آیا با ساختار باکتری آشنا هستید؟

زمانی که صحبت از باکتری‌ می‌شود، همه به یاد موجوداتی میکروسکوپی می‌افتیم. اما آیا می‌دانید ساختار یک باکتری به چه شکل است؟

 باکتری‌ها موجودی پروکاریوتی تک سلولی هستند. پروکاریوت به جانداران تک‌یاخته‌ای می‌گویند که در ساختار هسته مشخصی را تشکیل نمی‌دهند. ساختار باکتری از سه بخش اصلی زیر تشکیل شده است:

• لایه بیرونی (پوشش سلولی)
• داخل سلول
• ساختارهای اضافی

هریک از این بخش‌ها می‌تواند در تشخیص نوع باکتری و یافتن داروهای موثر بر عفونت‌های باکتریایی اهمیت قابل توجهی داشته باشد. به همین دلیل شناخت ساختار باکتری در علم میکروبیولوژی بسیار مهم است.

در این مطلب قصد داریم به زبان ساده به مرور ساختار باکتری بپردازیم. پس در ادامه با ما همراه باشید.

مروری بر ساختار باکتری

همانطور که در بخش مقدمه نیز گفته شد، ساختار باکتری از سه بخش اصلی تشکیل شده است.

• لایه بیرونی (Cell envelope): این لایه شامل دیواره سلولی باکتری و غشای پلاسمایی زیر آن است. پوشش بیرونی به عنوان یک مانع ساختاری و فیزیولوژیکی عمل می‌کند که از داخل سلول باکتری در برابر محیط خارجی بیرونی محافظت می‌کند. عملکرد پوشش سلولی محافظت از باکتری در برابر لیز اسمزی و شکل دادن به باکتری است.

• داخل سلول (Cell interior): ساختار داخلی سلول باکتری از پروتوپلاسم تشکیل شده است که حاوی سیتوپلاسم، انکلوزیون‌های سیتوپلاسمی (مزوزوم، ریبوزوم، گرانول‌های انکلوزیون) و DNA دایره‌ای منفرد (single circular DNA) است.

• ساختارهای اضافی (Additional structures): این ساختارها شامل کپسول، تاژک، فیمبریا و هاگ هستند که به فعالیت‌هایی مانند حرکت باکتری کمک می‌کنند.

در ادامه به بررسی اجزای مختلف این لایه‌ها و ویژگی‌های هریک خواهیم پرداخت.

۱. دیواره سلولی- لایه بیرونی

یکی از بخش‌های مهم ساختار باکتری، دیوراه سلولی آن است. دیواره سلولی باکتری یک نوع ساختار سفت و سخت بیرونی است که از نظر شیمیایی پیچیده است. این دیواره بین غشای سلولی و لایه کپسول قرار دارد.

دیواره سلولی باکتری شکل سلول را حفظ می‌کند و از باکتری‌ها در برابر تغییرات فشار اسمزی محافظت می‌کند.

دیواره سلولی باکتری 20 تا 30 درصد وزن خشک سلول را تشکیل می‌دهد. لایه پپتیدوگلیکان (Peptidoglycan) جزء اصلی دیواره سلولی است.

لایه پپتیدوگلیکان با نام “کیسه‌های مورئین” یا “مورئین” نیز شناخته می‌شود. ویژگی لایه پپتیدوگلیکان باکتری‌ها را به دو گروه بزرگ گرم منفی و گرم مثبت تقسیم می‌کند.

در باکتری‌های گرم منفی، لایه پپتیدوگلیکان بین غشای سلولی داخلی و خارجی وجود دارد. اما در باکتر‌های گرم مثبت، این لایه فقط در قسمت خارجی غشا قرار دارد.

دسته‌بندی باکتری‌ها بر اساس دیواره سلولی

دیواره سلولی یکی از قسمت‌های مهم ساختار باکتری است که سبب تمایز دسته‌های مختلف باکتری می‌شود.

الف- دیواره سلولی باکتری گرم مثبت

پپتیدوگلیکان موجود در دیواره سلولی باکتری‌های گرم مثبت ضخیم است و حدود 40 تا 80 درصد وزن خشک دیواره سلولی را تشکیل می‌دهد. دیواره سلولی باکتری‌های گرم مثبت از اسیدهای تیکوئیک و اسید تیکورونیک تشکیل شده است.

ب- دیواره سلولی باکتری گرم منفی

دیواره سلولی باکتری‌های گرم منفی شامل چند جزء اصلی زیر است:

• لیپوپلی ساکاریدها: لیپوپلی ساکاریدها با نام اختصاری LPS نیز شناخته می‌شوند. این مواد، در غشای خارجی باکتری‌های گرم منفی وجود دارند و شامل لیپید A، الیگوساکارید هسته و پلی ساکارید O هستند.
• غشای خارجی: غشای خارجی باکتری‌های گرم منفی ساختار دولایه‌ای دارد. یکی از این لایه‌ها پورین‌ها هستند. پورین‌ها مولکول‌های پروتئینی خاصی هستند که امکان انتشار غیرفعال مواد آبدوست با وزن مولکولی کم مانند قندها، اسیدهای آمینه و یون‌های خاص را فراهم می‌کنند.

لایه دیگر، پروتئین‌های غشای بیرونی (OMPs) هستند. این پروتئین‌ها در انتشار غشایی مالتوز و مالتودکسترین نقش دارند.

• لایه لیپوپروتئین: لیپوپروتئین غشای خارجی دیواره سلولی گرم منفی را تثبیت می‌کند و از لیپوپروتئین براون تشکیل شده است.
• پپتیدوگلیکان: لایه پپتیدوگلیکان در باکتری‌های گرم منفی کمتر از باکتری‌های گرم مثبت است. ضخامت آن ۲ تا ۳ نانومتر است.
• فضای پری پلاسمیک: فضای بین غشای سلولی و غشای خارجی در باکتری‌های گرم منفی، فضای پری پلاسمیک نامیده می‌شود. این لایه از آنزیم‌ها و پروتئین‌های مختلف تشکیل شده است. به عنوان مثال، آنزیم‌های هیدرولیتیک و پروتئین‌های اتصال بتالاکتاماز.

ج. دیواره سلولی باسیل اسید فست

ساختاری باکتری اسید فست (Acid-Fast) با باکتری‌های گرم مثبت و گرم منفی تفاوت‌هایی دارد. سلول باکتری‌های اسید فست در برابر بیشتر مواد شوینده و اسیدهای قوی مقاوم هستند. ساختار این باکتری‌ها را نمی‌توان با رنگ آمیزی گرم مشاهده کرد. بنابراین برای تجسم باکتری اسید فست باید از تکنیک رنگ‌آمیزی زیل نلسون (Ziehl-Neelsen) استفاده شود. مایکوباکتریوم توبرکلوزیس از این دسته باکتری‌ها است.

د. باکتری‌های فاقد دیواره سلولی

همانطور که گفته شد، دیواره سلولی یکی از بخش‌های مهم ساختار باکتری است که هم به آن شکل می‌دهد و هم از فروپاشی باکتری محافظت می‌کند. با این وجود یکسری از باکتری‌‌ها نیز وجود دارند که فاقد دیواره سلولی هستند.  مایکوپلاسما و باکتری‌های L form از این دسته هستند.

تفاوت بین دیواره سلولی باکتری گرم مثبت و گرم منفی

همانطور که گفته شد، لایه پپتیدوگلیکان یکی از بخش‌های مهم در ساختار باکتری است. این لایه سبب تفاوت بین دیواره سلولی باکتری‌های گرم مثبت و گرم منفی می‌شود. در جدول 1 مروری مختصر بر این تفاوت‌ها داشته‌ایم. در ادامه بیشتر به بررسی این موضوع خواهیم پرداخت.

۲. داخل سلول

الف- غشای پلاسمایی یا غشای سیتوپلاسمی

یکی دیگر از بخش‌های ساختار باکتری، غشای پلاسمایی یا غشای سیتوپلاسمی است. غشای پلاسمایی، یک غشای نیمه تراوا نازک است که در زیر دیواره سلولی قرار دارد. غشای سیتوپلاسمی یبه عنوان یک مانع عملکرده و ورودی و خروجی متابولیت‌ها را کنترل می‌کند. همچنین به انتقال الکترون و فسفوریلاسیون اکسیداتیو کمک می‌کند.

ب- سیتوپلاسم

سیتوپلاسم سلول باکتری شامل ریبوزوم‌ها، مزوزوم‌ها و اجسام انکلوژن داخل سیتوپلاسمی است.

• ریبوزوم‌ها به‌عنوان محل سنتز پروتئین عمل می‌کنند.
• مزوزوم‌ها مشابه میتوکندری‌های موجود در یوکاریوت‌ها بوده و محل اصلی آنزیم‌های تنفسی هستند.
• اجسام انکلوژن در ذخیره‌سازی نقش دارند. به عبارت دیگر، این اجسام به‌عنوان منبع کربن، مواد معدنی، انرژی و کاهش فشار اسمزی عمل می‌کنند. گرانول‌های متاکروماتیک یا گرانول‌های ولوتین نمونه‌هایی از اجسام انکلوژن داخل سیتوپلاسمی هستند.

ج- DNA

ساختار باکتری حاوی DNA دایره‌ای دو رشته ای است. تمام اطلاعات ژنتیکی در DNA رمزگذاری شده است.

د- پلاسمید

پلاسمیدها، DNA خارج کروموزومی هستند که می‌توانند خود به خود تکثیر شوند.

۳. ساختارهای اضافی

یکی دیگر از بخش‌های مهم در ساختار باکتری، ساختارهای اضافی مانند کپسول هستند. این اجسام در برخی گونه‌های باکتریایی وجد دارند. در ادامه به بررسی برخی از مهم‌ترین ساختارهای اضافی در باکتری‌ها خواهیم پرداخت.

الف- کپسول

کپسول لایه بیرونی نازک سلول باکتری است که از مواد چسبناک تشکیل شده است. کپسول نقش ضد فاگوسیتی در باکتری‌ را ایفا می‌کند. باکتری‌های غیر کپسولی بیشتر در معرض فاگوسیتوز هستند.

نمونه‌هایی از باکتری‌های دارای کپسول عبارتند از:

• استرپتوکوک پنومونیه
• هموفیلوس آنفولانزا
• کلبسیلا پنومونیه
• نایسریا مننژیتیدیس

ب- تاژک

تاژک (Flagella)، جسمی است که از دیواره سلولی بیرون زده است و به حرکت کمک می‌کند. تاژک‌ها از پروتئین فلاژلین ساخته شده‌اند. بر اساس تعداد و موقعیت تاژک‌ها، باکتری‌ها به  دسته‌‌های زیر تقسیم می‌شوند:

• آتریکوس (atrichous): فاقد تاژک
• مونوتریکوس (Monotrichous): یک تاژک در یک طرف بدن
• لوفوتریکوس(Lophotrichous): خوشه‌ای از تاژک‌ها در یک انتهای بدن
• آمفیتریک (Amphitrichous): یک تاژک در هر دو انتهای بدن
• سفالوتریکوس (Cephalotrichous) : یک خوشه تاژک در دو طرف بدن
• پریتروکوس (Peritrichous): تاژک در تمام بدن

ج- فیمبریا

فیمبریا (Fimbriae) رشته‌های مو مانندی هستند که در سطح سلولوجود دارند. فیمبریا نسبت به تاژک، کوتاه‌تر و صاف‌تر است. فیمبریا به چسبیدن باکتری‌ها به سلول‌های میزبان کمک می‌کند.

د- اسپور

می‌توان گفت که اسپورها شکل خفته باکتری‌ها هستند. باکتری‌هایی مانند باسیلوس و کلستریدیوم حین گرسنگی یا در شرایط نامساعد، اسپور تولید می‌کنند.  این اسپورها در برابر دمای بالا و مواد ضدعفونی کننده مقاوم هستند. به این ترتیب از نابود شدن باکتری جلوگیری می‌کنند. اسپور را می‌توان به کمک تکنیک رنگ‌آمیزی اندوسپور مشاهده کرد.

سخن پایانی

همانطور که در این مطلب گفته شد، شناختن ساختار باکتری می‌تواند کمک بسزایی به تشخیص گونه باکتریایی و درمان‌های موثر بر آن کند. به همین دلیل این موضوع در حوزه میکروبیولوژی و باکتری‌شناسی از اهمیت زیادی برخوردار است. در این مطلب سعی کردیم به زبانی ساده، مهم‌ترین اجزای ساختار باکتری‌ها را مرور کنیم.

امیدواریم این مطلب مورد توجه شما قرار گرفته باشد.