بحث حول البكتيريا ( فوائد - أضرار - حياة - تكاثر )

كل شيء عن البكتيريــــــــــــــــا

تشكل البكتيريا مجموعة الكائنات الحية بدائية النوى التي لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة ، تعامل معها الإنسان من خلال آثارها أولاً دون أن يراها فقد عرف أنها تسبب المرض واستعمل بعضها في عمليات تخمر مختلفة . و كان لاكتشاف المجهر الأثر الكبير في التعرف عليها .

أول من اكتشف وجود البكتيريا العالم الكيميائي الفرنسي "باستير" حيث اكتشف البكتيريا الهوائية واللاهوائية من خلال تجاربه على التخمر واكتشف أيضاً طعومها وارتبط اسمه بعملية البسترة لقتل الكائنات الحية المجهرية التي يمكن ان توجد بالسوائل وخاصة الحليب . أما العالم الألماني روبرت كوخ فقد أسهم في اكتشاف علاقة البكتيريا بالمرض وأول من عمل مزارع نقية للبكتيريا . ولقد ارتبط اسم البكتيريا كثيراً بالأمراض التي تسببها للإنسان ولكن الاكتشافات الحديثة والتقدم السريع الذي حدث في العلوم التطبيقية أظهرت أن البكتيريا تلعب دوراًهاماً في كثير من الصناعات الغذائية والدوائية والتخلص من المواد العضوية وغير العضوية وكذلك معالجة المياه العادمة والمعالجة الحيوية لمخلفات المزارع واستخدامها في إنتاج الطاقة وغاز الميثان . تشتمل هذه المملكة على مخلوقات حية كثيرة تتميز بخصائص مشتركة جعلت العلماء يضعونها في هذه المجموعة من هذه الخصائص أنها :

1-تتميز ببساطة التركيب :

1- إذ تتركب من جدار وغشاء خلويين يحيطان بالسيتوبلازم الذي يحوي كروموسوماً حلقياً واحد DNA ولا يحتوي على بروتين الهستون وقد يحتوي على واحد أو اكثر من جزيئات DNA على شكل دوائر صغيرة تسمى البلازميدات وتتكاثر بصورة مستقلة عن الكروموسوم ، والرايبوسومات وبعض الأجسام التخزينية .

2-تتميز بصلابة جدارها الغني بمتعدد الببتيد :( ببتيد وغلايكان (peptedoglycon) ويكون هذا الجدار متعدد الطبقات في البكتيريا موجبة الغرام ، أو رقيقاً محاطاً بغلاف خارجي مكون من سكريات دهنية وبروتينات في البكتيريا سالبة الغرام .

3-تتحرك بواسطة الأسواط وهي وسيلة الحركة في كثير من أنواع البكتيريا وهي تتركب من مادة الغلاجين وقد يوجد عليها سوط واحد في أحد قطبي الخلية أو سوط في كل قطب أو مجموعة من الأسواط على أحد قطبي الخلية أو سوط في كل قطب أو مجموعة من الأسواط على أحد القطبين أو كلاهما أو قد تحيط الاسواط بجسم الخلية قد .

تنتشر على سطح خلايا أنواع من البكتيريا سالبة الغرام تراكيب تسمى الشعيرات وهي مشابهة للأسواط ، إلا أنها أقصر ومن وظائفها :

* تساعد البكتيريا في الالتصاق بالسطح .

* هناك نوع منها يسمى الشعيرات الجنسية يساعد على نقل المواد الوراثية أثناء عملية الاقتران .

4-تمتلك أغلفة( أغمدة ) خارج الجدار الخلوي ، وقد تحاط بعض أنواعها بطبقة مخاطية تسمى المحفظة Capsule تشكل غطاء وتخزن المواد الغذائية وتزيد من قدرة بعض أنواع البكتيريا في إحداث المرض .

 5-أحجام الخلية البكتيرية مختلفة لدرجة كبيرة نسبياً فمنها ما هو متناهي الصغر كما في الميكوبلازما يتراوح قطر خليتها بين 100-200 نانومتر – ومنها ما هو كبير قد يصل إلى 500 نانومتر،كما في بكتيريا القولون العصوية .

6--تتكاثرفي الحالة العامة بالانشطار الثنائي البسيط .

7بعضها ذاتي التغذية وبعضها الآخر تتغذى على المواد العضوية وغير العضوية تحت الظروف الهوائية واللاهوائية.

8-بدائية النواة حيث لا يوجد غشاء نووي يحيط بالمادة الوراثية فتكون على شكل كتل صغيرة مبعثرة في السيتوبلازم تضم هذه المملكة البكتريا التي تعتبر أكثر المخلوقات الحية انتشارا على سطح الأرض وتنقسم البكتيريا إلي شعبتين :

 أولاً- شعبة البكتيريا السيانية (البكتيريا الخضراء المزرقة ). 

ثانياً- شعبة البكتيريا .

أولاً : شعبة البكتيريا السيانية (البكتيريا الخضراء المزرقة ) • تضم هذه الشعبة أنواعا كثيرة من البكتيريا متنوعة في طرق المعيشة وكذلك في تركيبها الخلوي ، فبعضها ذات تركيب بسيط وبعضها الأخر معقد. • ومن أمثلة هذه الشعبة : البكتيريا السيانية وكانت تسمى بالطحالب الخضراء المزرقة لاحتوائها على صبغة زرقاء وصبغة الكلوروفيل الخضراء لذا فإن لها القدرة على القيام بعملية البناء الضوئي ، توجد في البيئات المائية العذبة والمالحة وعلى اليابسة ، ومن أمثلتها ( نوستك ، أوسيلاتوريا ) ، ويستفاد منها في مقدرتها على تثبيت النيتروجين حيث في جنوب شرق أسيا يمكن أن يعيش نبات الأرز لعدة سنوات بدون تسميد (علل ) وذلك لأن البيئة التي يزرع فيها الأرز غنية بهذه البكتيريا السيانية التي تقوم بتثبيت النتروجين الحيوي .

ثانياً : شعبــــــــــــــــة البكتيريـــــــــــــا تتركب الخلية البكتيرية من :

1- الزوائــــــد: ويوجد نوعان من الزوائد هما : أ- الأسواط : وتوجد بعض أنواع البكتريا وتنشأ من الغشاء السيتوبلازمى وتستخدمها البكتريا في الحركة . ب- النتوءات : وتوجد غالبا في البكتريا الممرضة لتساعدها في الالتصاق بخلايا العائل .

 2- الطبقة السطحية: وتوجد في جميع الخلايا البكتيرية ويصعب رؤيتها أثناء الفحص المجهري في بعض أجناس البكتريا لرقتها وتهتكها.

3- الغلاف الخلـوي: ويتكون من : أ - الجدار الخلوي : وهو الذي يعطي الخلية البكتيرية شكلها المحدد ب- الغشاء السيتوبلازمى : وهو غشاء رقيق يحيط بمحتويات الخلية ويتحكم في مرور المواد من وإلي سيتوبلازم الخلية .

4- السيتوبلازم: وهو الجزء الهلامي الموجود داخل الغشاء الخلوي وتوجد فيه التراكيب الخلوية المختلفة.

بـيئــة البكتيريــــــــــــا :

1- توجد في كل مكان تقريبا حتى في البيئات ذات الظروف القاسية .

 2- تعيش على عمق يزيد عن 400 متر في الثلوج .

3- بعضها يعيش في أعماق البحار.

4- بعضها يعيش بالقرب من فوهات البراكين حيث درجة الحرارة العالية .

 5- توجد في الهواء والماء والتربة .

6- داخل أمعاء الإنسان وفي أجهزة الهضم لبعض الحيوانات المجترة .

 تصنيـــــــف البكتيريـــــــــــــا تؤكد الدراسات الحديثة على وجود اختلافات وتنوع بين البكتيريا وقد تصنف إلى أكثر من مجموعة اعتمادا على صفات محددة منها :

 1-الاستجابة لصبغة غرام : نظراً لاختلاف التركيب الكيميائي بين جدار الخلايا في بعض أنواع البكتريا أمكن التعرف على هذه الأنواع باستخدام الصباغ الملونة . ولكي تتم رؤية خلايا البكتيريا بوضوح تحت المجهر فنحتاج إلى استعمال أصباغ مختلفة وهي : أ( الأصباغ العادية : مثل أزرق المثيلين وهو أكثرها استعمالاً تظهر البكتيريا مصبوغة باللون الأزرق . ب( صبغة غرام Gram Stain : نسبة إلي مكتشفها) كريستيان غرام ) ـ وهي تتلخص في استعمال صبغتين مختلفتين هما : البنفسج البلوري Crystal violet والصفرانين Safranin ـ تأخذ بعض أنواع البكتيريا الصبغة البنفسجية ( الأزرق ) فقط وتسمى موجبة لصبغة الغرام . ـ تأخذ أنواع أخرى صبغة الصفرانين وتظهر حمراء أو زهرية وتسمى بكتيريا سالبة لصبغة الغرام، وبذلك يمكن تمييز هذين النوعين من البكتيريا وتصنيفها ،ويعتمد ذلك على تركيب الجدار الخلوي لكل نوع . ج(الصبغة المقاومة للحمض acid fast stain : كالمستخدمة في بكتيريا السل . د(أصباغ خاصة تساعد على اظهار بعض التراكيب الخلوية : مثل الأبواغ ، الأسواط أو المحفظة.

 2- طريقة تكوين الجراثيم :

3- نمط التغذية (تطفلية ، ترمميه ، تكافلية)

4- وجود أسواط للخلية أو عدم وجودها .

 5- الشكل الخارجي للخلية وتجمعها : فعلى سبيل المثال لو أردناً تصنيف البكتريا على حسب الشكل والتجمع فأننا سنجد التصنيف التالي :

النوع	الشكل	الوجود - التجمع	مثال
البكتيريا الكروية	كروية الشكل	أحادية أو ثنائية أو رباعية أو سبحية أو عنقودية .	بكتيريا الالتهاب الرئوي والسحايا
عصوية	شبيهة بالعصا	أحادية أو ثنائية أو سبحية	بكتيريا التيفوئيد والدفتيريا
حلزونية	حلزونية الشكل	أحادية فرضاً	بكتيريا التيفوئيد والدفتيريا

2) المــــــــــــــــــــــــــاء : يعد الماء وسطاً مناسباً لنشاط البكتيريا وتكاثرها حيث يشكل 80% من كتلتها الخلوية ولذلك فإن عملية التجفيف تساعد في حفظ الغذاء أطول فترة ممكنة حيث لا تتمكن البكتيريا من التكاثر بعيداً عن الرطوبة .

 3)درجــــــــة الحـــــرارة : تزداد أنشطة البكتيريا الأيضية بازدياد درجة الحرارة إلى أن تصل إلى حد تعيق فيه نمو البكتيريا فتثبطه "درجة الحرارة العظمى" حيث تؤثر في الأنزيمات والحمض النووي DNA والرايبوسومات فتحد من نشاطها وتقتلها أما درجات الحرارة الصغرى فتحد من نمو البكتيريا ونشاطها دون أن تقتلها .

4) الرقــــــــم الهيدروجيني ( PH ): تنمو غالبية أنواع البكتيريا في الوسط المتعادل إلا أن بعضها ينمو في أوساط حمضية فتسمى البكتيريا الحمضية ، وأنواع أخرى تنمو في أوساط قاعدية وتسمى البكتيريا القاعدية .

5) الأكسجيــــــــــــــــــــــن : يمكن تقسيم البكتيريا إلى ثلاثة أنواع رئيسية حسب احتياجها للأكسجين . أ. بكتيريــا هوائيــــــة : تحتاج إلى وجود كمية من الأكسجين كعامل رئيسي في عمليات الأيض والتحول الغذائي لانتاج الطاقة. ب.بكتيريــا لاهوائيـــة: ويعد الاكسجين ساماً لها – حيث تعتمد في انتاج طاقتها في عمليات التنفس اللاهوائية أما عند وجود الاكسجين فإنه ينتج مواد كيميائية مؤكسدة تتلف أجزاء الخلية وأنزيماتها وتؤدي إلى موتها . ج. بكتيريا لاهوائية اختياريــــــة : تستطيع العيش بجود الاكسجين أو عدمه . 6) تأثير المضادات الحيوية والمواد المطهرة : وجود هذه المواد لها أثر فعّال في تثبيط نمو البكتيريا والقضاء عليها وكذلك بالنسبة للمواد الكيماوية المعقمة (antiseptics ) .

التكاثــــــــر عند البكتيريا

 تتكاثر البكتيريا بالانشطار الثنائي بنسب هندسية متصاعدة: 1 ، 2 ، 4 ، 8 ، 16 ، 32.......... وتتفاوت سرعة الانقسام من نوع إلى آخر ،وتتراوح المدة اللازمة لانقسام الخلية الواحدة بين 20 دقيقة واكثر من يوم واحد . يمر نمو الخلايا بمراحل يطلق عليها أطوار النمو وهي :

1). طور الركود : لا تنقسم فيه الخلية ولكنها تكون تراكيبها وعضياتها والمواد اللازمة للانقسام .

 2).طور النمو : الطور اللوغاريتمي) وتكون سرعة انقسام الخلايا بنسب هندسية متصاعدة .

3). طور التوقف أو الثبات : "عدد الخلايا الناتجة = عدد الخلايا الميتة" .

 4). طور الهبوط أو الموت : تزداد نسبة الخلايا الميتة (وتكون سرعة الموت لوغاريتمية أيضاً. (في البكتيريا العصوية : تنقسم الخلايا في مستوى واحد وإذا بقيت متصلة شكلت سلسلة من الخلايا مرض الجمرة الخبيثة) . 

في البكتيريا الكروية : تنقسم الخلايا في مستويات مختلفة وينتج تجمعات بكتيرية مميزة، وقد تنقسم في مستوى واحد وتبقى متصلة على شكل سلاسل (بكتيريا السبحية),أو قد تنقسم في مستويين متعامدين يشكلان صفائح منتظمة (بكتيريا البيديوكوكس ) ، أو في ثلاثة مستويات متعامدة مع بعضها لتشكل مكعباً من ثماني خلايا (بكتيريا السارسينا ، ( أو ثلاثة مستويات غير متعامدة أو منتظمة لتشكل عنقوداً غير منتظم (بكتيريا المكورات العنقودي( ومما هو جدير بالذكر لا يوجد تكاثر جنسي في البكتيريا ولا يتم فيها انقسام منصف وذلك نظراً لأنها غير حقيقية النوى ولا تحتوي إلا على كروموسوم واحد فقط ولكن يوجد هناك انتقال للمادة الوراثية يتم بثلاث طرائق رئيسية هي : طرق انتقال المادة الوراثية في البكتيريا

أ) التحــــــــــول : وهو انتقال حمض DNA من البيئة المحيطة إلى داخل اخلية وقد يحدث عبور تتبادل فيه المواد والمعلومات الوراثية لتنشأ صفات جديدة في الخلية البكتيرية المستلمة (المستقبلة).

ب) الاقتــــــــــران : وهو انتقال العوامل الوراثية من خلية بكتيرية معطية إلى خلية مستقبلة عن طريق الاتصال المباشر بينهما بواسطة الشعيرات الجنسية .

 ج) النقـــــــــــل : حيث يتم انتقال العوامل الوراثية من فيروس (لاقم البكتيريا) إلى خلية بكتيرية .

سؤال :هل يعتبر تكوين الجراثيم في البكتريا نوع من التكاثر ؟ للبكتيـريا طريقــــة تساعدها على حفظ الفرد مــن الظــروف البيئية غير المناسبــة وهــي تكـــوين الجراثيم ولا يتم فيــه زيـــادة عدديــة بل تقوم الخلية البكتيرية بإحاطة نفسها بغلاف سميك يتحمل الظروف البيئة غير المناسبة لعدة سنوات وعندما تكون الظروف البيئية مناسبة للبكتيريا فإن الجراثيم تتحرر لتكون خلايا بكتيرية نشطة .

أهمية البكتيريــــــــــــــــــــــا

اقترن اسم البكتيريا عادة عند عامة الناس بالمرض ، ولكن ينبغي عدم التغافل عن فوائد البكتيريا فقد خلقها الله سبحانه وتعالي لتسهم في المحافظة على توازن النظام الحيوي . ولها أهمية كبيرة على سطح الأرض . فكما أن بعضها ضار للمخلوقات الحية ، كذلك لبعضها الآخر فوائد جمة في الصناعات والبيئة ولولا وجود البكتيريا لأصبحت الحياة غير ممكنة على وجه الأرض، فهي كائن أساسي في دور الحياة والتوازن الأحيائي في الطبيعة .

فوائـــــــــد البكتيريـــــــــــا 

1- البكتيريا والبيئة : تنظيف البيئة ومعالجة المياه العادمة والتخلص من المواد العضوية وغير العضوية من مخلفات المصانع والمنازل بما فيها من عناصر ثقيلة سامة كالرصاص والزئبق ومعالجة المخلفات لإنتاج الطاقة من غاز الميثان ومعالجة التلوث بالبقع النفطية وفي دورات العناصر في الطبيعة كدورة الكربون والكبريت والنيتروجين ، وكذلك تسهم مع الفطريات في تحليل الأجسام الميتة مما يساعد في خصوبة التربة، فعندما تقوم بتحليل جثث المخلوقات الميتة لتتغذى عليها تعمل البكتيريا عندها على تحويل المركبات العضوية المعقدة إلى مركبات بسيطة يستفيد منها النبات لتصنع مواد غذائية جديدة وبذلك تتخلص البيئة من الجثث المتراكمة .

2- تقوم بتثبيت النيتروجين الجوي (البكتريا السيانية) في خلايا جذور بعض النباتات الفول والبرسيم .

3- تستخدم في صناعة الكثير من المواد الغذائية ومنها على سبيل المثال : صناعة الخل - وتحويل الحليب إلي لبن رائب - صناعة بعض أنواع الجبن ، وانتاج الحموض العضوية مثل حمض الخليك وحمض اللبن وانتاج بروتين الخلية الواحدة الذي يستعمل كغذاء للماشية والدواجن .

4- تستخدم في إنتاج العديد من المركبات الطبية ومنها إنتاج فيتامين B وفيتامين K وإنتاج هرمون الأنسولين عن طريق هندسة الجينات ، وانتاج مادة الآنترفيرون ، وانتاج حامض اللاكتيك وإنتاج الأنزيمات الهاضمة للسليلوز والبروتينات ،وصناعة المضادات الحيوية الحديثة.

5- تدخل في كثير من الصناعات مثل : صناعة الجلود - تعطين ألياف الكتان وجعلها صالحة للنسيج - استخراج النشا البدائي من جذور النباتات .

6- البكتيريا والإنسان: تستخدم بعض أنواع البكتيريا في المكافحة البيولوجية أي أنها تستخدم للقضاء على بعض المخلوقات الحية التي تفتك بمقدرات الإنسان الحيوية ، وبالمقابل تعيش بعض أنواع البكتيريا معيشة تكافلية في أمعاء الإنسان والحيوان فهي تساعد في هضم بعض المواد الدهنية وهضم السليلوز كما تساعد في بناء فيتاميني K, B في أمعائه.

 7- بعض أنواع البكتيريا لها القدرة على التهام بقع الزيت والتغذي عليه وبذلك تخلص البيئة من التلوث بآثار النفط وخاصة في البحار والمحيطات.

8- البكتيريا والحشرات: تنتج بعض أنواع البكتيريا العضوية بلورات سامة مرافقة للأبواغ الداخلية تستخدم في القضاء على كثير من الحشرات الممرضة التي تتخذ من هذه البكتيريا غذاء لها.

أضــــــــــرار البكتيريــــــــــا

 1- تسبب (البكتيريا الطفيلية ) العديد من الأمراض للإنسان.

2- البكتيريا والطعام : الطعام يمثل بيئة جيدة لنمو البكتيريا وتكاثرها وتسبب حالات من التسمم الغذائي مثل : السالمونيلا ( تسبب الاسهالات)، والكلوستريديوم ) تسبب التسمم الغذائي البوتيوليني بالإضافة الى أنها تسبب فساد الكثير من الأطعمة .

3- تسهم في تسوس الأسنان حيث تحول بقايا المواد السكرية على سطوح الأسنان إلى حمض اللبن الذي يعمل على تحليل وإتلاف الكالسيوم.

البكتيرياقد تكون بديلا للمضادات الحيوية

 أفاد باحثون بأن بعض البكتيريا التي تتغذى على مثيلاتها من الكائنات الدقيقة قد تستخدم كبديل للمضادات الحيوية. فقد خلص باحثون بريطانيون وألمان إلى أن البكتيريا المعروفة باسم "بدلوفيبريو" قد تكون بديلا مفيدا للمضادات الحيوية التي تضعف فاعليتها وقدرتها على القضاء على الأمراض مع الوقت، فهذا النوع من البكتيريا يسبح بسرعات فائقة حيث يستشعر وجود أجسام أخرى غريبة ويقتحمها ويقضي عليها. وقد أشار الباحثون الذين نشروا دراستهم الأخيرة في دورية "ساينس" (العلم) إلى أنهم يعكفون في الوقت الراهن على دراسة جينات هذه البكتيريا لمعرفة كيف تشن هجماتها على الأجسام الغريبة . الخريطة الجينية للبكتيريا يذكر أن العديد من الأمراض الشائعة بدأت تكتسب مناعة ضد المضادات الحيوية التقليدية. وفي الوقت الذي يتم فيه تطوير أنواع جديدة أكثر قوة من المضادات الحيوية يجري البحث عن بدائل لهذه المضادات. وجدير بالذكر أن بكتريا "بدلوفيبريو" Bdellovibrio bacteriovorus معروفة لدى العلماء منذ فترة، إلا أن قدراتها على محاربة العدوى لم تخضع لدراسة كافية حتى الآن. غير أن فريق الباحثين الذين يضم علماء من معهد ماكس بلانك لعلوم البيولوجيا الارتقائية وجامعة نوتنجهام، انتهى مؤخرا من وضع الخريطة الجينية لهذه البكتريا. ومبدئيا يأمل العلماء أن يتمكنوا من تطوير دواء قادر على القيام بنفس التفاعلات الكيميائية التي تقوم بها البكتريا لاختراق الكائنات الدقيقة الأخرى والقضاء عليها، ولكن هدفهم الأبعد هو أن يتمكنوا يوما من تجنيد تلك البكتريا نفسها داخل جسم الإنسان للقضاء على الميكروبات التي تصيبه.

دورة حياة معقدة

تمتاز البكتيريا محل الدراسة بدورة حياة معقدة حيث تستشعر أول الأمر "فريستها" من الكائنات الدقيقة الأخرى عن طريق المواد الكيماوية التي تفرزها، ثم تندفع نحوها بسرعة فائقة. وبمجرد أن تصطدم البكتريا بالخلية المستهدفة للكائن الدقيق فإنها تتعلق بها وتمد أليافا تشدها إليها ، وبإمكان البكتريا عندئذ إفراز مواد كيماوية تمكنها من ثقب الجدار الخلوي للجسم المستهدف، ثم تقوم بدفع نفسها داخل هذا الجسم لتبدأ في التهام الخلية الأخرى من الداخل ، وتستخدم البكتريا ما تستمده من فريستها في النمو والتكاثر، قبل أن تنطلق مستهدفة خلايا أخرى. ولا يمكن لبكتريا "بدلوفيبريو" عدوى خلايا الثدييات لذا يفترض أمانا في حالة وجودها داخل جسم الإنسان، وإن كان يلزم إجراء الكثير من التجارب للتحقق من تلك النظرية معمليا ، كما أن هذه البكتيريا لا تستحث عادة استجابة مناعية قوية في الثدييات.