یوباکتریها چیستند؟ شناخت ویژگی‌ها، ساختار و انواع آن
یوباکتریها (Eubacteria) یکی از گروه‌های بزرگ باکتری‌ها هستند که در تمامی محیط‌های مختلف زمین از جمله خاک، آب، و حتی در بدن انسان یافت می‌شوند. این میکروارگانیسم‌ها از ویژگی‌های منحصر به فردی برخوردار هستند که آن‌ها را از سایر موجودات زنده متمایز می‌کند. یوباکتریها سلول‌هایی پروکاریوتی (بدون هسته) دارند و از طریق تولید مثل غیرجنسی مانند تقسیم دوتایی و جوانه‌زنی تکثیر می‌شوند. این باکتری‌ها از نظر ویژگی‌های ساختاری و نحوه تغذیه تنوع بالایی دارند و نقش مهمی در فرآیندهای طبیعی همچون نیتریفیکاسیون، تثبیت نیتروژن، و تجزیه مواد مرده ایفا می‌کنند.
در ادامه قصد داریم به بررسی ساختار و ویژگی‌های این گروه از باکتری‌ها بپردازیم. پس با ما همراه باشید.
مروری اجمالی بر یوباکتریها
یوباکتریها (Eubacteria) گروهی بزرگ از باکتری‌ها هستند که ساختار ساده اما مشخصی دارند. این موجودات تک‌سلولی فاقد هستههستند و ماده ژنتیکی آن‌ها به صورت یک کروموزوم حلقوی منفرد درون سلول قرار دارد. دیواره سلولی سخت و محکمی دارند که موجب حفظ شکل سلول و محافظت از آن در برابر عوامل محیطی می‌شود. بسیاری از یوباکتریها دارای تاژک هستند که به آن‌ها امکان حرکت در محیط‌های آبی را می‌دهد. به‌طور کلی، یوباکتریها نمونه‌ای از پروکاریوت‌ها محسوب می‌شوند که در محیط‌های گوناگون، از خاک و آب گرفته تا بدن موجودات زنده، حضور دارند و نقش‌های متنوعی ایفا می‌کنند. از جمله در فرایندهای زیستی، تجزیه مواد آلی، و حتی ایجاد برخی بیماری‌ها.
جایگاه و ویژگی‌های یوباکتریها در سیستم‌های زیستی
تمام انواع باکتری‌ها، اعم از باکتری‌های گرم-مثبت و گرم-منفی ، در گروه یوباکتریها طبقه‌بندی می‌شوند، به‌جز آرکی‌ها (Archaebacteria) که گروهی مجزا هستند.
یوباکتریها، که به عنوان باکتری‌های واقعی (true bacteria) نیز شناخته می‌شوند، میکروارگانیسم‌هایی تک‌سلولی (single-celled) و پروکاریوت (prokaryotic) هستند.
این گروه از موجودات دارای ویژگی‌های متنوعی‌اند و در شرایط زیستی گوناگونی در سراسر جهان یافت می‌شوند.
تقریبا می‌توان گفت کهتمام موجودات زنده در سه دامنه اصلی حیات دسته‌بندی می‌شوند:
- دامنه آرکی ( (Domain Archaea
- دامنه یوکاریوت‌ها ( (Domain Eukaryota
- دامنه یوباکتریها (Domain Eubacteria).
بخش اول: ساختار و ویژگی‌های اصلی یوباکتریها
این بخش شامل ویژگی‌های ساختاری و عمومی یوباکتریها می‌شود که به آن‌ها کمک می‌کند تا در محیط‌های مختلف زندگی کنند.
همانطور که در بخش‌های قبلی هم گفته شد، یوباکتریها میکروارگانیسم‌هایی تک‌سلولی و پروکاریوت هستند. اما برخی از کلنی‌های باکتری در فیلامنت‌ها یا تجمعاتی به صورت بیوفیلم سطحی (surface biofilm) یافت می‌شوند اندازه باکتری‌ها از ۰٫۲ میکرومتر تا بیش از ۵ میکرومتر متغیر است. آن‌ها دارای تاژک هستند که به حرکت آن‌ها کمک می‌کند .یوباکتریها از طریق تقسیم دوتایی یا جوانه‌زنی تولید مثل می‌کنند.
برخی از یوباکتریها دارای پیلی[۱] هستند. پیلی زائده‌های کوچکی روی سطح سلول است که در تولید مثل جنسی نقش دارد. یوباکتریها فاقد هسته محصور در غشاء هستند.
شکل یوباکتریها متفاوت است و می‌تواند به صورت کوکسی (cocci)، باسیلی (bacilli)، میله‌ای (rods)، ویبریو (vibrio)، فیلامنتی (filament) یا اسپیرواکیت (spirochetes) باشد.
بخش دوم: جزئیات مولکولی و بیوشیمیایی یوباکتریها
در این بخش، ویژگی‌های مولکولی و بیوشیمیایی یوباکتریها بررسی می‌شود که آن‌ها را از دیگر موجودات زنده متمایز می‌کند.
دیواره سلولی آن‌ها از پپتیدوگلیکان[۲] یا مورئین[۳] به صورت یک الگوی زنجیره‌ای متقاطع ساخته شده است.
کروموزوم آن‌ها به صورت تک و حلقوی است. اما برخی از باکتری‌ها دارای دو کروموزوم هستند (مانند Vibrio cholerae). در حالی که برخی دیگر ممکن است کروموزوم خطی داشته باشند. نوکلسوم‌ها نیز ممکن است دیده شوند.
نوکلسوم‌ها (Nucleosomes) در سلول‌های یوکاریوتی ساختارهایی هستند که از ترکیب پروتئین‌های هیستونی و DNA تشکیل شده‌اند. در این ساختار، DNA به صورت پیچیده در اطراف پروتئین‌های هیستونی پیچیده می‌شود، به طوری که به شکل یک «مهره‌های تسبیح» در می‌آید. این ترتیب به DNA کمک می‌کند تا به طور فشرده در هسته سلول قرار گیرد و در عین حال دسترسی به آن برای فرآیندهایی چون رونویسی و تکثیر فراهم شود.
یوباکتریها پروکاریوت‌ها هستند. این به این معناست که سلول‌های آن‌ها هسته‌ای ندارند و DNA آن‌ها به صورت آزاد در داخل سیتوپلاسم (سایر قسمت‌های سلول) قرار دارد. در نتیجه، یوباکتریها نوکلسوم ندارند.
سلول‌های آن‌ها شامل لیپیدها، کربوهیدرات‌ها، پروتئین‌ها و اسید نوکلئیک است.
بسته به نوع پپتیدوگلیکان موجود در دیواره سلولی و رنگ‌آمیزی گرم، یوباکتریها به دو دسته گرم-مثبت و گرم-منفی تقسیم می‌شوند.
غشای پلاسمایی آن‌ها حاوی سیتوزول است که عمدتاً از آب (۸۰%) تشکیل شده، اما به دلیل حضور مواد مغذی حل‌شده، DNA، عناصر سیتوسکلتال[۴] و سایر مواد، غلظت ژل‌مانند دارد.
آن‌ها ریبوزوم‌های نوع S70 دارند. این نوع ریبوزوم‌ها، اندامک‌هایی از جنس RNAو پروتئین هستند و فرآیند ترجمه را تکمیل می‌کنند.
در یوباکتریها، اینترون‌ها (introns) وجود ندارند.
آن‌ها هم گلیکولیز و هم چرخه کرپس را نشان می‌دهند.
یوباکتریها می‌توانند اسپور تولید کنند تا در شرایط نامساعد به حالت خواب درآیند و ممکن است بیماری‌های جدی ایجاد کنند.
ساختار یوباکتریها
در ادامه به بررسی اجزای ساختاری این نوع باکتری‌ها خواهیم پرداخت.
کپسول
کپسول (Capsule) اطراف برخی از سلول‌های یوباکتریها را می‌پوشاند که از پلی‌پپتیدها (polypeptides) یا پلی‌ساکاریدها (polysaccharides) تشکیل شده است.کپسول در برخی از باکتری‌ها نقش مهمی در ایجاد بیماری ایفا می‌کند و از باکتری‌ها در برابر فاگوسیتوز محافظت می‌کند. همچنین کپسول به عنوان محل دفع مواد زائد (disposal of waste material) عمل می‌کند و یکی دیگر از عملکردهای آن، ذخیره‌سازی مواد غذایی (storage of food material) است.
دیواره سلولی
دیواره سلولی از پپتیدوگلیکان (peptidoglycan) ساخته شده و زیر کپسول قرار دارد. دیواره سلولی یوباکتریها سخت (rigid) است و به سلول ویژگی‌ها، ساختار یا شکل می‌دهد. عملکرد دیواره سلولی محافظت از سلول در برابر تفاوت‌های فشار اسمزی بالا است.
تاژک
تاژک‌ها زائده‌های بلند هستند که از مولکول‌های فلاژلین تشکیل شده‌اند. تاژک مسئول حرکت باکتری‌ها است و آن‌ها به صورت موج‌های طولی حرکت می‌کنند.
هر باکتری ممکن است تاژک‌هایی در موقعیت‌ها و تعداد مختلف داشته باشد (برخی یک عدد دارند، برخی چند تا و برخی دیگر تعداد زیادی تاژک دارند).
پیلی یا فیبریه‌ها
پیلی از غشای سلولی بیرون می‌آید و یک زائده کوتاه و مویی است که از دیواره سلولی فراتر می‌رود. این ساختار از پروتئین پیلین (pilin) یا فبریلین (fibrillin) تشکیل شده است.
فیبریه‌ها به پیوست به میزبان کمک می‌کنند و در طول فرایند همجوشی نقش حیاتی دارند.
غشای پلاسمایی
غشای پلاسمایی یک غشای نیمه نفوذپذیر از نوع لیپید دوتایی است. لیپیدها و پروتئین‌ها اجزای اصلی غشای پلاسمایی هستند. یون‌ها، مولکول‌ها، مواد مغذی و آب از طریق غشا منتقل می‌شوند.
ریبوزوم
ریبوزوم‌های نوع ۷۰S ribosomes در سیتوپلاسم موجود هستند. آن‌ها نقش حیاتی در ترجمه دارند. زیرا پیام ژنتیکی موجود در mRNA را به پروتئین تبدیل می‌کنند.
نوکلوئید
نوکلوئید DNA باکتری است که معمولاً به آن کروموزوم گفته می‌شود. این ناحیه از کروموزوم‌های دایره‌ای تک‌تایی تشکیل شده است.
مزوئوم
مزوئوم به صورت لوله‌ها و رگ‌ها یافت می‌شود. عملکردهای مزوئوم شامل افزایش سطح تماس برای حمل و نقل، حمل محل پیوست یک پپتید واحد، درگیر شدن در کنترل فعالیت آنزیم‌های خودکشی و کمک به تشکیل سپتوم هنگام تقسیم سلولی است.
انواع یوباکتریها
باکتری‌ها بر اساس رنگ‌آمیزی گرم (Gram’s stain) به دو نوع تقسیم می‌شوند:
گرم-مثبت
باکتری‌های گرم-مثبت دیواره سلولی ضخیمی دارند و از مقدار زیادی (حدود ۸۰%) پپتیدوگلیکان تشکیل شده‌اند. آن‌ها رنگ آبی، بنفش یا ارغوانی را در رنگ‌آمیزی گرم حفظ می‌کنند. محتوای لیپید (lipid content) در باکتری‌های گرم-مثبت کم است، بنابراین آن‌ها به لیزوزیم (lysozyme) و آنتی‌بیوتیک‌ها حساس هستند. مزوئوم‌ها (mesosomes) در این باکتری‌ها وجود دارند. مانند Azotobacter ، Mycobacterium.
گرم-منفی
در باکتری‌های گرم-مثبت دیواره سلولی نازک است و مقدار کمی (حدود ۲۰%) پپتیدوگلیکان دارد. آن‌ها رنگ آبی را حفظ نمی‌کنند و رنگ صورتی یا قرمز سافرانین (safranin) می‌گیرند. مقدار محتوای لیپید بالا است. به همین دلیل می‌توانند در برابر لیزوزیم و آنتی‌بیوتیک‌ها مقاومت کنند. مزوئوم‌ها (mesosomes) به طور کلی در این باکتری‌ها وجود ندارند. مانند Salmonella ، E. coli.
سیانوباکتری‌ها
سیانوباکتری‌ها (Cyanobacteria) زیرگروه از یوباکتریها هستند. آن‌ها سلول‌های پروکاریوتی دارند. دیواره سلولی آن‌ها از مورئین (murein) با مقداری سلولز، همی‌سلولز (hemicellulose) و پکتین (pectin) تشکیل شده است. تاژک‌ها در این زیردسته وجود ندارند. آن‌ها فتوسنتز اکسیژنی انجام می‌دهند. برخی از سیانوباکتری‌ها شامل هتروسیست‌ها (heterocysts) هستند که نوع خاصی از سلول‌ها هستند. اندام‌های جنسی (sex organs) و اجسام تولید مثل متحرک (motile reproduction bodies) در آن‌ها وجود ندارند.
طبقه‌بندی باکتری‌ها بر اساس شکل و آرایش
یوباکتریها نیز مااند سایر باکتری‌ها طبقه بندی می‌شوند. این طبقه بندی به شرح زیر است که در مقاله “ اندازه، شکل و آرایش باکتری‌ها ” به تفصیل در مورد آن توضیح داده شده است.
کوکسی
باکتری‌های گرد، دایره‌ای یا بیضی‌شکل که به آن‌ها کوکسی گفته می‌شود. بر اساس آرایش، انواع مختلفی دارند:
- مونوکاکسی (Monococcus): این باکتری‌ها به صورت تکی (singly) ظاهر می‌شوند. مانند Micrococcus
- دیپلوکاکسی (Diplococcus): این باکتری‌ها به صورت جفت (pairs) وجود دارند. مانند Pneumonia
- تتراکوکسی (Tetracoccus): این باکتری‌ها در گروه‌هایی متشکل از چهار عدد (group of four) وجود دارند. مانند Tetracoccus cechi
- آرایش زنجیره‌ای (Chain arrangement): این باکتری‌ها به صورت زنجیره‌ای (chains) مرتب می‌شوند. مانند Streptococcus
- آرایش شبیه به انگور (Grapes-like arrangement): این باکتری‌ها به صورت خوشه‌ای مشابه انگور مرتب می‌شوند. مانند Staphylococcus sps
باکتری‌های باسیلوس یا میله‌ای‌شکل
باکتری‌های میله‌ای‌شکل یا کشیده که به آن‌ها باسیلوس (bacilli) گفته می‌شود. برخی از انواع این باکتری‌ها، بسیار کوتاه هستند که گاهی اوقات تقریباً با کوکسی‌ها اشتباه گرفته می‌شوند و به آن‌ها کُوکوباسیلوس (Coccobacilli) گفته می‌شود.
- مونو باسیلوس (Monobacillus): این باکتری‌ها به صورت تکی (singly) وجود دارند. مانند Lactobacillus
- دیپلو باسیلوس (Diplobacillus): این باکتری‌ها به صورت جفت (pairs) وجود دارند. مانند Moraxella
- استرپتو باسیلوس (Streptobacillus): این باکتری‌ها به صورت زنجیره‌ای (chains) مرتب می‌شوند. مانند Streptobacillus
باکتری‌های مارپیچی
این باکتری‌ها به صورت پیچ‌خورده یا مارپیچ (coiled or twisted) هستند. آن‌ها می‌توانند به صورت اسپیرواکت (Spirochete) یا ویبریو (comma-shaped) باشند. مانند Vibrio cholera
تولید مثل در یوباکتریها
معمولاً یوباکتریها از طریق تولید مثل غیرجنسی مانند تقسیم دوتایی و جوانه‌زنی تولید مثل می‌کنند. در این فرآیند، سلول والد به دو سلول دختر تقسیم می‌شود پس از اینکه ماده ژنتیکی تکثیر می‌یابد. این فرآیند به نام تقسیم دوتایی شناخته می‌شود.
باکتری‌های اسپور‌ساز در شرایط نامساعد مانند کمبود مواد مغذی، قرار گرفتن در معرض تابش، مواد شیمیایی ودماهای نامساعد، اسپورهایی تشکیل می‌دهند. این اسپورها نمی‌توانند تولید مثل کنند، اما در برابر حرارت ، مواد شیمیایی ، سم‌ها و بی آبی مقاومت دارند. زمانی که شرایط محیطی دوباره مناسب شود، اسپورها شروع به جوانه‌زنی و تولید مثل می‌کنند.
روش تغذیه یوباکتریها
بیشتر یوباکتریها هتروتروف (heterotrophic) هستند. یعنی نمی‌توانند غذای خود را سنتز کنند و آن را از منابع دیگر مانند گیاهان دیگر، منابع کربن آلی، یا مواد حیوانی مصرف می‌کنند. هتروتروف‌ها مواد مرده را تجزیه می‌کنند یا انگل‌هایی هستند که در بدن میزبان زندگی می‌کنند.
برخی از یوباکتریها اتوتروف (autotrophic) هستند. به این معنی که غذای خود را از طریق روش‌های شیمی‌سنتزی یا فتوسنتزی سنتز می‌کنند.
اهمیت یوباکتریها
- یوباکتریها از طریق فرایند تثبیت نیتروژن و آمونیفیکاسیون موجب افزایش حاصلخیزی خاک می‌شوند.
- گونه‌های مختلفی از یوباکتریها در سنتز ویتامین‌ها استفاده می‌شوند. این ویتامین‌ها ارزان، ایمن و غیرسمی هستند. به عنوان مثال Propionibacterium و Pseudomonas spp در تولید ویتامین B12 نقش دارند.
- برخی از یوباکتریها در صنعت داروسازی بسیار مفید هستند و انواع مختلفی از آنتی‌بیوتیک‌ها را تولید می‌کنند.
- Lactobacillus در صنعت لبنیات استفاده می‌شود.
- یوباکتریها به تجزیه موجودات مرده نیز کمک می‌کنند.
- برخی از یوباکتریها برای کنترل حشرات استفاده می‌شوند.
- یوباکتریها در بدن انسان زندگی می‌کنند و فلور نرمال را تشکیل می‌دهند که برای بدن مفید است.
سخن پایانی
یوباکتریها به دلیل ویژگی‌های خاص خود در فرآیندهای مختلف زیست‌محیطی و صنعتی اهمیت بالایی دارند. آن‌ها علاوه بر نقش‌های مهمی که در خاک، هوا، و آب دارند، در صنعت داروسازی، لبنیات، و تولید ویتامین‌ها نیز به کار می‌روند. تفاوت‌های قابل توجهی میان یوباکتریها و آرکئا وجود دارد که نشان‌دهنده پیچیدگی‌های تکاملی و ویژگی‌های منحصربه‌فرد هر یک از این گروه‌هاست. درک بیشتر درباره ساختار، نوع تغذیه، و اهمیت یوباکتریها می‌تواند به بهره‌برداری بهتر از این میکروارگانیسم‌ها در صنعت و علم زیستی کمک کند.
واژه نامه
| murein | [۳] | eptidoglycan | [۲] | pili | [۱] |
| cytoskeletal elements | [۴] |
