الخلية البكتيرية

الخلية البكتيرية

مقدمة

البكتيريا كائنات حية بسيطة تحتوي على خلية واحدة، وتُعتبر من أصغر الكائنات الحية. يتراوح قطر معظم البكتيريا ما بين 03, و 2,0 ميكرون، (الميكرون الواحد يساوي 0,001 مليمتر) وتُرَى فقط من خلال المجهر. يُصنّف بعض العلماء البكتيريا على أنها نبات، ويعتقد بعضهم الآخر بأن البكتيريا ليست نباتاً ولاحيواناً. ويُصنِّف هؤلاء العلماء البكتيريا على أنها من المونيرا (الفرطيسيات). الفراديان، كائن.

وتوجد البكتيريا في كل مكان تقريباً. وهناك آلاف الأنواع من البكتيريا معظمها غير ضار للإنسان. ويعيش عدد كبير من البكتيريا داخل جسم الإنسان، ولايسبب أية أضرار. وتسبب بعض الأنواع أمراضاً، وهناك أنواع كثيرة أخرى نافعة.

أهمية البكتيريا

     أ‌)        البكتيريا النافعة.

تعيش بعض أنواع البكتيريا في أمعاء الإنسان والحيوانات الأخرى. وتساعد هذه البكتيريا في الهضم والقضاء على الكائنات الحية الضارة. كما تفرز البكتيريا الموجودة في الأمعاء بعض الفيتامينات الضرورية للجسم.

تؤدي البكتيريا التي تعيش في التربة والماء دوراً مهمًا في دورات الكربون والنيتروجين والكبريت، وعناصر كيميائية أخرى تستخدمها الكائنات الحية. ويساعد كثير من البكتيريا في تحلُّل الكائنات الميتة وفضلات الحيوان إلى عناصر كيميائية. وبدون التحلل البكتيري تبقى العناصر في الكائنات الميتة وفضلات الحيوان كما هي، وسرعان ما تتوقف الحياة بأكملها. وتساعد أنواع أخرى من البكتيريا على تحوُّل العناصر الكيميائية إلى أشكال يمكن أن يستخدمها النبات والحيوان. فمثلاً، تُحوِّل أنواع معينة من البكتيريا النيتروجين في الهواء والتربة إلى مركبات نيتروجين يمكن أن يستخدمها النبات. النيتروجين.

تتسبب أنواع عديدة من البكتيريا في عملية كيميائية ُتسَمَّى التخمّر، تُستخدم في صنع المشروبات الكحولية والجبن والعديد من الأطعمة الأخرى. وتَستخدِم محطات معالجة الصرف الصحي البكتيريا لتنقية المياه.كذلك تُستخدم البكتيريا في صنع بعض الأدوية.

تشبه الخلايا البكتيرية خلايا الكائنات الحية الأخرى في نواحٍ كثيرة، ولذلك يدرس العلماء البكتيريا كي يعلموا المزيد عن الكائنات الحية الأكثر تعقيدًا. فمثلاً، ساعدت دراسة البكتيريا الباحثين على فهم كيفية انتقال بعض الصفات المميزة عن طريق الوراثة. وتتكاثر معظم أنواع البكتيريا بسرعة، مما يسمح للعلماء بزراعة كميات كبيرة منها لأغراض البحث.

     ب‌)     البكتيريا الضارة.

تسبب بعض أنواع البكتيريا الأمراض للبشر. وتشمل هذه الأمراض الكوليرا والسيلان والجذام والالتهاب الرئوي والزُهري والدرن الرئوي وحُمَّى التيفوئيد والسعال الديكي. وتدخل البكتيريا إلى الجسم عن طريق الفتحات الطبيعية، مثل فتحة الأنف أو الفم، أو عبر شقوق في الجلد. وإضافة لذلك يحمل الهواء والطعام والماء، البكتيريا من شخص إلى آخر. وتمنع البكتيريا الضارة الجسم من أداء وظيفته كما ينبغي عن طريق تحطيم الخلايا السليمة.

تنتِج بعض أنواع البكتيريا ذيفانات (سمومًا) تسبب أمراضًا مثل الديفتيريا والحمى القرمزية والكزاز. تُنْتَج بعض الذيفانات من بكتيريا حية، وتفْرَز بعض الذيفانات الأخرى بعد موت البكتيريا فقط. وتسبب ذيفانات البكتيريا نوعاً من أنواع التسمم الغذائي يسمى التسمم الوشيقي في الأطعمة المعلبة بطريقة غير جيدة.

ويمكن أن تسبب البكتيريا المتعايشة في جسم الإنسان المرض عندما تقل مقاومة الإنسان للمرض. فمثلاً، إذا كان تكاثر البكتيريا في الحلق أسرع من قدرة الجسم على التخلص منها، فمن المحتمل أن يصاب الشخص بالتهاب في الحلق.

كما تسبب البكتيريا أمراضاً في بعض الحيوانات والنباتات الأخرى. فالجمرة مرض بكتيري يصيب العديد من الحيوانات وبصفة خاصة الضأن. وتشمل أمراض النبات التي تسببها البكتيريا آفة اللفحة النارية، التي تصيب أشجار التفاح والكمثرى، والتعفن البكتيري، الذي يسبب تلف بعض الفواكه والخضراوات. تسبب البكتيريا أيضاً نمواً يسمَّى الورم التاجي، يصيب نباتات مختلفة.

الوقاية من البكتيريا الضارة.

يعيش عدد كبير من البكتيريا على الجلد وداخل الفم، والأمعاء، والممرات الهوائية. وتخلو بقية أنسجة الجسم عادة من البكتيريا. يمنع الجلد والأغشية التي تبطن الجهازين التنفسي والهضمي معظم البكتيريا الضارة من الدخول إلى بقية أجزاء الجسم. وعندما تدخل البكتيريا الضارة الجسم، تُطوِّقها كُرَيَّات الدم البيضاء وتهاجمها، كما يُكَوِّن الدم أجساماً مضادة، وهي مواد تقتل أو تُضعف البكتيريا. وتقضي بعض الأجسام المضادة المسماة مضادات الذيفانات على تأثير الذيفانات. وفي بعض الأحيان لايستطيع الجسم تكوين مضادات السُّموم الخاصة به بسرعة كافية، وفي تلك الحالات يمكن للطبيب أن يحقن مضاد السم من حيوان، مثل الفرس أو الأرنب، أو من أي شخص آخر.

وتُستخدم البكتيريا الميتة أو المضعفة في صنع بعض اللقاحات. وهي تُمَكِّن من منع الأمراض الناتجة بسبب تلك الأنواع من البكتيريا. تُحقن اللقاحات داخل الجسم وتؤدي إلى قيام الدم بتكوين أجسام مضادة تهاجم البكتيريا. وبعض اللقاحات تحمي الجسم من العدوى عدة سنوات. وتُصنع الأدوية المسماة المضادات الحيوية من الكائنات الحية الدقيقة التي تعيش في الهواء والتربة والماء. ويمكن للمضادات الحيوية أن تقتل أو تُضعِف البكتيريا المُسببة للأمراض. ومع ذلك، فإن كثرة استخدام هذه المُضادات يمكن أن تؤدي إلى مقاومة البكتيريا للأدوية.

يستخدم الناس مواد كيميائية تسمى المُطَهِّرات لمنع نمو البكتيريا على الأنسجة الحية. وتُستخدم مواد كيميائية أخرى، تسمى المعقِّمات، لتدمير البكتيريا في الماء وعلى أشياء أخرى مثل الملابس والأواني. ويمكن أيضاً قتل البكتيريا بالحرارة، وهي طريقة تُستخدم عادة لتعقيم الأطعمة والأواني.

تركيب البكتيريا

  تحيط بـجميع أنواع البكتيريا تقريباً طبقة واقية تسمى جدار الخلية. ويُعطي جدار الخلية البكتيريا شكلها ويساعدها على العيش في بيئات متعددة. يحيط بـبعض الأنواع، إضافة إلى ذلك، حافظة، وهي طبقة لزجة خارج جدار الخلية. وتجعل هذه الحافظة الخلية مُقاوِمة للمواد الكيميائية الفتَّاكة.

وتحتوي جميع البكتيريا على غشاء الخلية، وهو بِنْيَة مطاطة تشبه الكيس داخل جدار الخلية. وتدخل جزيئات الطعام الصغيرة الخلية من خلال فتحات هذا الغشاء، ولكن لايمكن لجزيئات الطعام الكبيرة أن تمر من خلاله. ويوجد داخل الغشاء، السيتوبلازم، وهي مادة رخوة تشبه الهلام. وتحتوي السيتوبلازم على مواد كيميائية كثيرة تسمى الإنزيمات، تساعد على تحلُّل الطعام وبناء أجزاء الخلية.

وتحتوي خلايا البكتيريا، مثل خلايا جميع الكائنات الحية، على د ن أ (الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين) الذي يتحكم في نمو الخلية، وتكاثرها وجميع النشاطات الأخرى. يشكل د ن أ الخلية البكتيرية، منطقة من السيتوبلازم تُسمى الجسم النووي. وفي جميع الكائنات الحية الأخرى، ماعدا الطحالب الخضراء المزرقة، يوجد د ن أ داخل النواة. وهو جزء من الخلية يفصله عن السيتوبلازم غشاء.

يُقسِّم العلماء البكتيريا عادة إلى أربع مجموعات تبعاً لشكلها. فبعض البكتيريا مكورة الشكل وتسمى المكورات وبعضها يأخذ شكل العصا وتسمى العصويات، وتسمى البكتيريا الشبيهة بالفاصلة أو الضمة الضميات، وتلك التي لها شكل لولبي تسمى اللولبيات. يمكن وصف خليتين من البكتيريا أو أكثر يتصل بعضها ببعض باستخدام المصطلحات مزدوج (ثنائي) وعنقودي وعقدي (سلسلي). فالمكورات العقدية على سبيل المثال، نوع من البكتيريا الكروية متصل بعضها ببعض في سلاسل.

حياة البكتيريا

أين تعيش البكتيريا.

تعيش البكتيريا في كل مكان تقريباً، حتى في الأماكن التي لاتستطيع فيها أشكال أخرى للحياة أن تبقى حية. ويحتوي الماء والهواء والطبقة السطحية للتربة على كثير من البكتيريا. وتوجد البكتيريا بصورة دائمة في الجهاز الهضمي والتنفسي، وعلى جلد الإنسان وحيوانات أخرى. وتحتاج بكتيريا معينة تسمى البكتيريا الهوائية، إلى الأكسجين كي تعيش. ولكن يمكن لبكتيريا أخرى، تُسمى البكتيريا اللاهوائية أن تبقى حية بدونه. ويمكن لبعض اللاهوائيات أن تبقى حية في وجود أو عدم وجود الأكسجين. كما توجد لاهوائيات أخرى لايمكنها أن تعيش إذا وجدت كمية ضئيلة جداً من الأكسجين في بيئتها.

تحمي بعض البكتيريا نفسها ضد أي نقص في الغذاء، أو الأكسجين، أو الماء بتكوين غشاء خلوي جديد أكثر سُمْكاً داخل الغشاء القديم. وتموت مواد الخلية المحيطة بالغشاء الجديد. ويصبح الكائن الحي المتبقي غير نشط ويُسمّى بوغًا بكتيريًا. ويمكن أن تعيش الأبواغ البكتيرية، لعدة عقود أو أكثر لأنها تستطيع مقاومة الحرارة المرتفعة، أو المنخفضة جداً والأحوال البيئية الصعبة الأخرى. وإذا توافر الغذاء والأكسجين والماء مرة أخرى، تتحول الأبواغ ثانية إلى بكتيريا نشطة.

كيف تتحرك البكتيريا.

تحمل تيارات الهواء والماء البكتيريا لمسافات طويلة، كما تحمل أيضاً الملابس والأواني والكائنات الأخرى البكتيريا. يوجد بأنواع مختلفة من البكتيريا أسواط (شعر رفيع) تساعدها على السباحة. كما أن بعض الأنواع التي تفتقر إلى الأسواط تتحرك بالتَّلَوِّي.

كيف تحصل البكتيريا على الطعام.

تتغذى معظم أنواع البكتيريا، وتُسمّى البكتيريا متغايرة التغذية، بالكائنات الحية الأخرى. وتُنتج بعض الأنواع، التي تعرف باسم البكتيريا ذاتية التغذية طعامها بنفسها. فمثلاً، تَصْنع بكتيريا التركيب الضوئي طعامها من ثاني أكسيد الكربون، وأشعة الشمس، والماء. بعض البكتيريا تَكُون متغايرة التغذية وذاتية التغذية معاً ويتوقف ذلك على الطعام المتاح لها في حينه. وتتغذى معظم البكتيريا متغايرة التغذية بالكائنات الميتة. وبعضها الآخر طفيليات. وتسبب بعض البكتيريا الطفيلية أضرارًا قليلة أو لا تسبب أضراراً للكائن العائل، ولكن بعضها الآخر يسبب أمراضاً.

الانشطار الثنائي يحدث عند انشطار الخلية البكتيرية إلى خليتين، كل واحدة منهما مطابقة للخلية الأصلية.

تكاثر البكتيريا.

تتكاثر معظم البكتيريا لاجنسيا. ويعني ذلك أن كل خلية تنقسم، ببساطة، إلى خليتين متماثلتين بطريقة تسمى الانشطار الثنائي. وتتكاثر معظم البكتيريا بسرعة، وبعض الأنواع تُضاعف عددها كل 20 دقيقة. وإذا أعطيت إحدى هذه الخلايا طعاماً كافياً، نتج عن ذلك أكثر من بليون خلية بكتيرية في 10 ساعات. وتُنتج عمليات المصانع والمختبرات عادة تلك الأعداد الهائلة من البكتيريا. ولكن في الطبيعة، لايمكن الاحتفاظ بهذا المعدل المرتفع للتكاثر، لأن البكتيريا سرعان ما تستنفد إمدادها الغذائي.

الاقتران هو نقل د ن أ من خلية بكتيرية واحدة إلى أخرى من خلال أنبوب يصل بين الخليتين.

وعندما تتكاثر البكتيريا بطريقة الانشطار الثنائي، فإن د ن أ كل من الخليتين الناتجتين عن الانشطار يتطابق مع د ن أ الموجود في الخلية البكتيرية الأصلية. ويمكن لبعض البكتيريا تبادل د ن أ بنوع من العمليات التناسلية البسيطة يسمى الاقتران. ويشتمل الاقتران على انتقال د ن أ المباشر من نوع واحد من خلايا البكتيريا، يسمى الذكر، إلى نوع آخر، يسمى الأنثى. كذلك يُنقَل د ن أ عن طريق الفيروسات. ويمكن أيضاً أن تلتقط البكتيريا أجزاء من د ن أ خلايا بكتيرية ميتة. وبانتقال دن أ، تَنْقل الخلايا البكتيرية السمات الفردية. فإذا كانت الخلايا البكتيرية مقاومة لنوع معين من المضادات الحيوية مثلاً، فمن الممكن أن تنقل هذه الصفة المميَّزة إلى خلايا بكتيرية غير مقاومة.

نبذة تاريخية

يرى بعض الآخذين بنظرية التطور أنه من المحتمل أن تكون الكائنات الحية الأولى على الأرض قد اشتملت على الأشكال البسيطة للبكتيريا، لأن أقدم الأحافير المعروفة كانت خاصة ببكتيريا عاشت منذ مايقرب من 3,5 بلايين سنة. ويعتقد بعض العلماء أن بعض البكتيريا تطورت بصورة تدريجية إلى كائنات متعددة الخلايا كانت أسلافاً لنباتات وحيوانات أكثر تعقيدًا في الوقت الحاضر.

وفي أواسط العقد الثامن من القرن السابع عشر، شاهد أنطون ليفنهوك، وهو عالم هولندي غير محترف، البكتيريا لأول مرة. واعتقد العلماء، لعدة سنوات، أن البكتيريا نشأت من مادة غير حية. ولكن في أواخر القرن التاسع عشر، أثبت الكيميائي الفرنسي لويس باستير، أن الكائنات الحية فقط هي التي يمكنها أن تُنتج كائنات حية أخرى. وأنتج باستير اللقاحات الأولى وأظهر أن البكتيريا تسبب التخمر. واكتشف روبرت كوخ، وهو طبيب ألماني معاصر لباستير، أن بكتيريا معينة تسبب أمراضاً مُحدَّدة. كما طوّر أيضاً الأساليب التقنية لفصل وإنماء مستنبتات نقية للبكتيريا.