ممكن تقرير عن البكتيريا والنيتروجين

galaxsy — 2010-11-18 13:28

بحث جاهز عن البكتيريا

البكتيريا

تشكل البكتيريا مجموعة الكائنات بدائية النوى ، تعامل معها الإنسان دون أن يراها فقد عرف أنها تسبب المرض واستعمل بعضها في عمليات تخمر مختلفة . ولقد 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 دوراً هاماً 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 .

_________________________________________________

الخصائص العامه للبكتيريا :-

1) كائنات دقيقة مجهرية بدائية النوى .
2) تتميز ببساطة التركيب :
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 .

3) تأتي صلابة جدارها لوجود متعدد 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 .

4) توجد أغلفة خارج الجدار الخلوي مثل الأغمدة – وقد تحاط بعض أنواعها بطبقة مخاطية تسمى المخفظة Capsule تشكل غطاء وتخزن المواد الغذائية وتزيد من قدرة بعض أنواع البكتيريا في إحداث المرض .

5) يختلف حجم الخلية البكتيرية 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) تتكاثر بالانشطار الثنائي البسيط
7) تتغذى على المواد العضوية وغير العضوية تحت الظروف الهوائية واللاهوائية وبعضها ذاتي التغذية .

8) تعد الأسواط 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 .
9) 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 .

10) لكي 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 :

ـ وهي تتلخص في استعمال صبغتين مختلفتين هما : البنفسج البلوري Crystal violet والصفرانين Safranin
ـ تأخذ بعض أنواع البكتيريا الصبغة البنفسجية 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

أشكال البكتيريا :-

أ) بكتيريا كروية :
وقد تكون مفردة أو على شكل سلاسل مثل بكتيريا التهاب الرئة أو تجمعات ثنائية أو رباعية أو أكثر بأشكال غير منتظمة .
ب) بكتيريا عصوية :
وقد تكون مفردة أو على شكل سلاسل أو واوية الشكل مثل بكتيريا الكوليرا .
ج) بكتيريا لولبية :
وهي أكبرها حجماً مثل بكتيريا مرض الزهري .

_________________________________________________

الظروف الملائمة لتكاثر البكتيريا ونموها :-

تتميز البكتيريا بمقدرتها على التأقلم حسب الظروف المحيطة ومما تحتاجه البكتيريا :
1) الغذاء :
تقسم البكتيريا حسب طريقة تغذيتها إلى :
أ ) ذاتية التغذية: حيث تقوم بتجهيز احتياجاتها الغذائية من عناصر أو مركبات غير عضوية ومنها :
• ذاتية التغذية الضوئية تستخدم الطاقة الشمسية للقيام بعملية البناء الضوئي .
• ذاتية التغذية الكيمائية حيث تستخدم الطاقة الكيميائية الناتجة من أكسدة العناصر والمواد الكيميائية لتثبيت ثاني أكسيد الكربون وبناء احتياجاتها من المواد العضوية مثل اكسدة النيتروجين أو الكبريت أو مركباتهما .

ب) غير ذاتية التغذية :
أي عضوية التغذية وتحصل على الطاقة اللازمة لها عن طريق التحليل الكيميائي للمركبات العضوية كالكربوهيدرات والدهون والبروتينات كما يحدث في عملية التخمر (التنفس اللاهوائي) أو استخدام الاكسجين مباشرة كما في التنفس الهوائي للحصول على الطاقة اللازمة .

2) الماء :
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) درجة الحرارة :
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) الرقم 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) الأكسجين :
يمكن تقسيم البكتيريا إلى ثلاثة أنواع رئيسية حسب احتياجها للأكسجين .
أ. بكتيريا هوائية : تحتاج إلى وجود كمية من الأكسجين كعامل رئيسي في عمليات الأيض والتحول الغذائي لانتاج الطاقة.

ب. بكتيريا لاهوائية : 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 اختيارية : 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

تكاثر البكتيريـا :
* تتكاثر البكتيريا بالانشطار الثنائي بنسب هندسية متصاعدة
* تتفاوت سرعة الانقسام من نوع إلى آخر .
* تتراوح 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 العنقودية) .
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 :
أ) التحول :
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) الاقتران :
وهو انتقال العوامل الوراثية من خلية بكتيرية معطية إلى خلية مستقبلة عن طريق الاتصال المباشر بينهما بواسطة الشعيرات الجنسية .
ج) النقل :
حيث يتم انتقال العوامل الوراثية من فيروس (لاقم البكتيريا) إلى خلية بكتيرية

_________________________________________________

الآثار الاقتصادية للبكتيريـا :-

ليست البكتيريا كلية مسببة للأمراض أو مضرة بالكائنات الحية وإنما للبكتيريا فوائد جمة في الصناعات والبيئة ولولا وجود البكتيريا لأصبحت الحياة غير ممكنة على وجه الأرض .

1) البكتيريا والطعام :
الطعام يمثل بيئة جيدة لنمو البكتيريا وتكاثرها وتسبب حالات من التسمم الغذائي مثل :
• السالمونيلا : تسبب الاسهالات
• الكلوستريديوم : تسبب التسمم الغذائي البوتيوليني botulism .

2) البكتيريا والصناعات الغذائية :
تلعب البكتيريا دوراً هاماً في الصناعات الغذائية مثل :
الالبان / الأجبان / الزبدة / المخللات / انتاج الحموض العضوية مثل حمض الخليك وحمض اللبن وانتاج بروتين الخلية الواحدة الذي يستعمل كغذاء للماشية والدواجن .

3) البكتيريا والصناعة :
- انتاج بعض الهرمونات مثل الانسولين عن طريق هندسة الجينات .
- صناعة المضادات الحيوية الحديثة .
- صناعة بعض المواد العضوية (الستيرويدات – الفيتامينات) .
4) 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 لانتاج 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 .

5) البكتيريا والانسان :
تعيش بعض أنواع البكتيريا معيشة تكافلية في أمعاء الانسان والحيوان فهي تساعد في هضم بعض المواد الدهنية وهضم السليلوز كما تساعد في بناء فيتاميني K , B في أمعائه .

6) 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.

_________________________________________________

الوظائف الحيويه في البكتيريا : -

1) التغذية في البكتيريا
تقسم البكتيريا من حيث تغذيتها الى :
أ) بكتيريا ذاتية التغذية :
هي البكتيريا التي تقوم بصنع الاحتياجات الغذائية لها من مصادرها الأولية فقد تقوم باستغلال الطاقة الضوئية فتسمى ذاتية التغذية الضوئية أو استغلال الطاقة الكيميائية فتسمى ذاتية التغذية الكيميائية .
1) بكتيريا ذاتية التغذية الضوئية
مثل البكتيريا الخضراء أو القرمزية التي تحتوي الكلورفيل البكتيري فهي قادرة على القيام بعملية البناء الضوئي باستخدام الطاقة الشمسية
* طريقة تثبيت ثاني أكسيد الكربون
تختلف طريقة تثبيت النباتات الخضراء و عن البكتيريا فالبكتيريا لا تستطيع النمو في وجود الاكسجين الحر لذلك تستخدم ثاني كبريتيد الأيدروجين .
2) البكتيريا ذاتية التغذية الكيميائية
هي نوع من البكتيريا التي تحصل على الطاقة اللازمة لاختزال ثاني أكسيد الكربون عن طريق اجراء بعض التفاعلات الكيميائية و في كل الحالات تنطلق طاقة نتيجة الأكسدة تستفيد منها البكتيريا ذاتية التغذية الكيميائية في تثبيت ثاني أكسيد الكربون في مركبات كربوهيدراتية .
امثلة على البكتيريا ذاتية التغذية الكيميائية
بكتيريا الكبريت الكيميائية
بكتيريا الحديد الكيميائية
بكتيريا النتروجين الكيميائية
ومنها بكتيريا النيتروزوموناس تستفيد من أكسدة الأمونيا في تثبيت ثاني أكسيد الكربون .
و بكتيريا الأزوتوباكتر التي تحول النيتروجين الى مواد عضوية مفيدة

ب) البكتيريا الغير ذاتية التغذية :
تعد غالبية انواع البكتيريا غير ذاتية التغذية , حيث تستمد الطاقة اللازمة لبناء مادتها البرتوبلازمية من تكسير مواد عضوية من الكائنات الحية الأخرى .
أنواعــها
البكتيريا التي تعيش رمية مثال - بكتيريا التحلل
البكتيريا التي تعيش متطفلة مثال - جميع البكتيريا المسببة للأمراض .
البكتيريا التي تعيش معيشة تكافلية مع غيرها من الأحيــاء مثال - بكتيريا العقد الجذرية

علل :
العدول عن أستخدام الأنابيب الحديدية الى الأنابيب المصنوعة من اللدائن لنقل الماء من مكان الى آخر .

لوجود بكتيريا الحديد الذاتية التغذية الكيميائية التي تقوم بتفاعلات كيميائية و تستخدم الطاقة الناتجة من تلك التفاعلات في تثبيت ثاني أكسيد الكربون التي تعمل على ترسيب أيدروكسيد الحديديك في الأنبوب الناقل للماء و عند استمرار الترسيب تقل كفاءة الأنابيب في نقل المياه لأنها تعمل على زيادة الترسيب .

2) التنفس في البكتيريا
أ) البكتيريا الهوائية - ِAerobic Bacterira
تعيش في وجود الأكسجين و لا تستطيع العيش بدونه
مثال : بكتيريا الألتهاب الرئوي
ب) بكتيريا لا هوائية Anaerobic Bacteria
تعيش في غياب الأكسجين الحر , بل أي كمية منه تعتبر قاتلة بالنسبة اليه .
مثال بكتيريا التيتانوس و بكتيرياالكلوستريديوم
ج) بكتيريااختيارية - Facultitative aerobes
تستطيع النمو في وجود الأكسجين الحر - أو غياب الأكسجين الحر
مثال : بكتيريا التفوئيد و بكتيريا الكوليرا

فوائد البكتيريـا :

1) تحليل جثث المخلوقات الميتة لتتغذى عليها . وبذلك تحول المركبات المعقدة إلى مركبات بسيطة يستفيد منها النبات لتصنيع مواد غذائية جديدة .. وبذلك تخلص البيئة من الجثث المتراكمة .
2) تقوم بتثبيت النيتروجين الجوي ( البكتيريا السيانية ) في خلايا جذور بعض النباتات ( الفول والبرسيم )
3) تستخدم في صناعة الكثير من المواد الغذائية ومنها على سبيل المثال :
· صناعة الخل
· تحويل الحليب إلى لبن ( زبادي)
· صناعة بعض أنواع الجبن .
4) تستخدم في انتاج العديد من المركبات الطبية ومنها :
· إنتاج فيتامين B&K
· إنتاج هرمون الأنسولين .
· إنتاج مادة انترفيرون .
· إنتاج حامض اللاكتيك .
· إنتاج الانزيمات الهاضمة للسليلوز والبروتينات .
5) تدخل في كثير من الصناعات منها :
· صناعة الجلود .
· تعطين ألياف الكتان وجعلها صالحة للنسيج .
· استخراج النشا البدائي من جذور النباتات .
6) تستخدم بعض أنواع البكتيريا في المكافحة البيولوجية . أي أنها تستخدم للقضاء على بعض المخلوقات الحية التي تفتك بمقدرات الانسان الحيوية .
7) بعض أنواع البكتيريا لها القدرة على التهام بقع الزيت والتغذي عليه وبذلك تخلص البيئة من التلوث بآثار النفط وخاصة في البحار والمحيطات .
ويدرس الآن امكانية تطبيق الهندسة الوراثية على الجينات في البكتيريا لانتاج سلالة لها القدرة على تحويل بقايا النفط والفضلات الصناعية إلى مواد مفيدة

أضرار البكتيريا:
1) تسبب البكتيريا الطفيلية العديد من الأمراض للانسان كالدفتيريا والالتهاب الرئوي والتيفوئيد والزهري .
2) 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 واتلاف الكالسيوم .

_________________________________________________

*** الإتجاهات الحديثه في دراسه البكتيريا ***

علماء أميركيون وألمان يكتشفون كيف تبقى البكتيريا على قيد الحياة في الظروف غير المؤاتية
من الممكن أن يؤدي الاكتشاف إلى اختراع عقاقير تقضي على الجراثيم المسببة للمرض بتجويعها
جامعة أوريغون، 26 تشرين الأول/أكتوبر، 2004 - وفر اكتشاف تم التوصل إليه أخيراً للعلماء معلومات مفصّلة مرئية حول كيفية بقاء أنواع معينة من البكتيريا، بما فيها تلك المسببة للأمراض المهلكة، على قيد الحياة في الأحوال البيئية غير الملائمة لها.
ويمكن أن تؤدي هذه المعلومات، التي نُشرت في مجلة "سيلز" (الخلايا) ووصفها بيان صحفي أصدرته جامعة أريغون للصحة والعلوم في 21 تشرين الأول/أكتوبر، إلى صنف جديد من العقاقير التي تقوم أساساً بقتل الجراثيم عن طريق تجويعها حتى الموت.
وقد قامت بتمويل المشروع كل من مراكز الصحة القومية الأميركية، وصندوق بَروز وِلكَم البريطاني، ومؤسسة الأبحاث الألمانية.
فقد اكتشف بحاثة جامعة أوريغون للصحة والعلوم، لدى فحصهم تركيبة البروتينات الثلاثية الأبعاد بتفصيل يصل إلى مستوى تفحص ذراتها، الآلية التي تمكّن البكتيريا "الإيجابية لصبغ غرام" من تحويل برامجها الأيضيّة بحيث تستفيد من أفضل مصدر متوفر للكربون لتزويده بالطاقة. وتشمل البكتيريا "الإيجابية لصبغ غرام" تلك البكتيريا المسببة للالتهابات العنقودية والتهاب الحنجرة العقدي والتهابات الرئة والبتيولية (التسمم الوشيقي) ومتلازمة الصدمة السمّية ومرض الجمرة الخبيثة (الآنثراكس).

وقال البروفسور رتشارد برنان، الذي أتم مختبره العمل بالتعاون مع جامعة إيرلانغِن، بألمانيا: "إن البكتيريا موجودة في العالم تتنازع مع بعضها البعض على موارد الغذاء المحدودة. كما أنها تصطدم بمجموعة كبيرة من أنواع السكر والكربوهيدرات المختلفة. وفي حال عدم توفر الغلوكوز (سكر العنب) لها، ولكنها تستطيع الحصول على نوع آخر من السكر مثل الزيلوس )سكر الخشب(، فإنها تستطيع استخدام هذا النوع من الكربوهيدرات كمصدر للكربون فتسد حاجتها للطاقة بهذه الطريقة."

ويعتبر أسلوب البقاء على قيد الحياة واحداً من أقدم وأهم الآليات التي تستخدمها البكتيريا لسبر البيئة وإرسال الإشارات، وهو حاسم الأهمية لنجاحها في التنافس في الظروف المتباينة المتغيرة بشكل متكرر

*** في ما يلي نص البيان الصحفي الذي أصدرته جامعة أوريغون للصحة والعلوم:
جامعة أوريغون للصحة والعلوم
بيان صحفي، 21 تشرين الأول/أكتوبر، 2004

دراسة جامعة أوريغون للصحة والعلوم:
آلية التحويل لدى البكتيريا عنصر أساسي لبقائها على قيد الحياة

فريق أبحاث يحدد الأساس البنيوي الذي يرتكز إليه الأسلوب الأيضي للبقاء على قيد الحياة
بورتلاند، (ولاية) أوريغون- قدم اكتشاف تم التوصل إليه أخيراً في جامعة أوريغون للصحة والعلوم للعلماء معلومات مفصلة مرئية حول كيفية بقاء البكتيريا الإيجابية لصبغ غرام، بما فيها تلك المسببة للأمراض المهلكة، على قيد الحياة في الأحوال البيئية غير الملائمة لها.

ويمكن أن تؤدي هذه المعلومات، التي نُشرت في مجلة "سيلز" (الخلايا)، في يوم من الأيام إلى تطوير صنف جديد من العقاقير التي تعطل آلية حاسمة الأهمية تستخدمها البكتيريا للتكيف مع مصادر الطاقة المتوفرة، فتقوم أساساً بقتل الجراثيم عن طريق تجويعها حتى الموت.

وقد اكتشف العلماء في دائرة الكيمياء الحيوية وعلم الأحياء الجزيئي في كلية الطب في جامعة أوريغون للصحة والعلوم، عن طريق استخدام علم بلورات أشعة إكس لفحص تركيب البروتينات الثلاثي الأبعاد بشكل مفصل جداً يصل إلى مستوى تفحص ذراتها، الآلية الكامنة وراء قدرة البكتيريا "الإيجابية لصبغ غرام" على تحويل برامجها الأيضية للاستفادة من أفضل مصدر كربون متوفر لتزيدها بالطاقة.

وتشمل أنواع البكتيريا الإيجابية لصبغ غرام البكتيريا المسببة للالتهابات العنقودية والتهاب الحنجرة العقدي والتهابات الرئة والبتيولية (التسمم الوشيقي) ومتلازمة الصدمة السمّية ومرض الجمرة الخبيثة (الآنثراكس).

وقال البروفسور الدكتور رتشارد برنان، الذي أتم مختبره المشروع بالتعاون مع البروفسورة الدكتورة ماريا شوماخر، وهي أيضاً من جامعة أوريغون للصحة والعلوم، والبروفسور وولفغانغ هيلن، من جامعة إيرلانغن بألمانيا: "إن ما قمنا به هو حل التركيبة البلورية لعنقود الحمض الريبي النووي المنقوص الأوكسجين (دنا) لبروتين-بروتين فوسفوري."

وأضاف: "إن الأمر الحسن في ما يتعلق بعلم البلورات هو أنها تمنحك صورة بالغة الوضوح تعطيك صورة مفصلة عن الجزيئيات التي تسبب في نهاية الأمر استجابات بيولوجية محددة."

وكان فريق البحاثة يعلم أن البكتيريا المسببة للأمراض المعدية تتمتع بقدرة كبيرة على مقاومة الضغط والصدمات عندما تنهمك في البحث عن مصادر الكربون واستخدامها لتوليد الطاقة حين تشح مصادرها المعهودة مثل غلوكوز الكربوهيدرات.

وقال برنان: " إن البكتيريا موجودة في العالم تتنازع مع بعضها البعض على موارد الغذاء المحدودة. كما أنها تصطدم بمجموعة كبيرة من أنواع السكر والكربوهيدرات المختلفة. وفي حال عدم قدرتها على الحصول على الغلوكوز (سكر العنب) ولكنها تستطيع الحصول على نوع آخر من السكر مثل الزيلوس (سكر الخشب)، فإنها تستطيع استخدام هذا النوع من الكربوهيدرات كمصدر للكربون فتسد حاجتها إلى الطاقة بهذه الطريقة. ومن المثير للاهتمام أنه إذا ما وضعها المرء في بيئة تحتوي على الغلوكوز والزيلوس، فإنها تستخدم الغلوكوز، أي أن لديها أنواعاً مفضلة من السكر تود استهلاكها أكثر من غيرها."

ويعتبر أسلوب البقاء على قيد الحياة هذا، كبت الكربون المنتقَض، واحداً من أهم وأقدم الآليات التي تستخدمها البكتيريا لسبر البيئة وإرسال المؤشرات، وهو حاسم الأهمية لنجاحها في التنافس في أوضاع متباينة متكررة التغير.

وبما أن الغلوكوز جزيء حيادي، فإنه يستطيع التحرك بحرية إلى داخل وخارج غلاف البكتيريا الخلوي. وعندما يتوفر الغلوكوز كمصدر للطاقة، تصطاد الخلية الجزيء مبقية إياه داخل جدرانها عن طريق إضافة الفوسفات، وهو ما يعرف بعملية الفَسْفرة، بمساعدة نظام الإمداد بالفوسفات الذي يتطلب وجود بروتين يُعرف بإتش بي آر. ويمكن فسفرة بروتين إتش بي آر نفسه بطريقتين، يتم في الأولى ضم بروتينات التنظيم الأساسي لكبت الكربون المنتقض، المعروف بسي سي بي إيه، والسماح لها بعد ذلك بضم عدد كبير من مواقع الدنا (الحمض الريبي النووي) المحددة على كروموزوم البكتيريا. ويقوم مثل هذا الضم بدوره بإعادة توجيه برنامج الخلية الأيضي بحيث لا يتم إنتاج أي نوع من البروتينات سوى تلك الضرورية لاستقلاب الغلوكوز (أي استخدامه لتزويد الطاقة)

أما في حال عدم توفر الغلوكوز، فإنه لا يتم عند ذلك فسفرة بروتين إتش بي آر بالشكل الملائم لتحقيق عملية كبت الكربون المنتقض، مما يؤدي إلى سقوط بروتينات التنظيم الأساسي لكبت الكربون المنتقض عن الحمض النووي الريبي. ويتيح هذا للخلية صنع بروتينات أخرى تستطيع تحليل كربوهيدرات بديلة موجودة في البيئة.

وقال برنان: "إن لم يتوفر أي غلوكوز، يكون الوقت قد حان لزيادة تنظيم الجينات المشتركة في عملية الأيض الهدمي (التقويض) في مصادر الكربون الثانوية."

وأضاف برنان أن التوصل إلى تصور مرئي لتركيبة أو بنية البروتين عن طريق علم بلورات أشعة إكس يساعد علماء الطب الأحيائي على فهم وظيفته بشكل أفضل.

ومضى إلى القول: "إن تركيزنا الرئيسي ينصب على تحديد طريقة تركيب البروتينات وتعقيداتها المهمة بيولوجياً كي نستطيع فهم البيولوجيا بشكل أشمل. ويركز مختبري على الأنظمة البكتيرية. وإن استطاع المرء فهم وظيفة كل العناصر التي تلعب دوراً، وهي التي تتحكم بوظائف أساسية حاسمة الأهمية في البكتيريا، فإنها تتيح فرصة التوصل إلى مضادات حيوية جديدة غير مألوفة، تقوم بتعطيل قيامها بهذه الوظائف."

وفي حال الدراسة التي نشرتها مجلة "سيلز"، يمكن التوصل إلى اكتشاف مضاد حيوي لتمزيق السطح البيني لإتش بي آر وسي سي بي إيه، مما يجعل البكتيريا غير قادرة على القيام بوظيفتها، وإن كان لا يؤدي بالضرورة إلى موتها.

وقال برنان: "ولكنها ستكون عندئذ في حالة ضعف كبير. ذلك أنها ستكون أقل قدرة على التنافس وأقل نشاطاً وأبطأ نمواً، هذا إن نمت. وفي أحيان كثيرة، لا يحتاج المرء إلى أكثر من ذلك كي يقوم جسم الإنسان بهجوم مضاد للتغلب على عدوى سببتها البكتيريا."

_________________________________________________

*** خصائص البكتيريا الممرضة (عوامل الضراوة) :-

1) تحمل الميكروب الحياة والتنقل من عائل لآخر.
2) تحمل الميكروب وسائل دفاع الجسم لفترة من الزمن.
3) المقدرة على تحطيم أنسجة الجسم أو تعطيلها.

أهم الصفات لإحداث المرض

1) الالتصاق بمنطقة الدخول Adhesion (attachment)
هي أولى خطوات الإمراضية
2) غزو الأنسجة Invasiveness
هي مقدرة الميكروب على الانتشار داخل الجسم ومقدرته على هدم وتعطيل وسائل الدفاع، وذلك من خلال:
إفرازه للإنزيمات
3) إفراز السموم
السموم : خارجية exotoxins ، داخلية endotoxins
* السموم الخارجية:
مواد بروتينية سامة، تتأثر بالحرارة، تحث الجسم على إنتاج مضاد للسم antitoxin، تتحول إلى سم عاطل يستخدم كلقاح toxoid، تُفرز أثناء نمو البكتيريا، تأثيرها إما
موضعي كمثال:
سم فيبريو كوليرا على أدينوسين مونوفوسفات الحلقي في الأمعاء.
أو على مناطق بعيدة من وجود البكتيريا كمثال:
سم Corynebacterium diphtheriae وسم كلوستريديم تيتاني الذي يؤثر على الجهاز العصبي.
* السموم الداخلية:
مواد عديدة السكاكر الدهنية lipopolysaccharide، من مكونات جدار الخلية الخارجي للبكتيريا السالبة لجرام، تتحرر عند موت الخلية البكتيرية أو تحللها، لا تتأثر بالحرارة، غير نوعية.
مثال: السم الداخلي لسالمونيللا التيفود، السم الداخلي للنايسيريا السحائية.
4) الإنزيمات
هي مواد بروتينية تفرزها البكتيريا تحطم الأنسجة مما يُسهل انتشار البكتيريا في الجسم، أمثلة لبعض الإنزيمات:
أ) هيالورونيديز: يفكك حمض الهيالورونيك المكون الأساسي للأنسجة الضامة فيساعد على انتشار البكتيريا
تفرزه : المكورات العنقودية الذهبية --المكورات العقدية المقيحة
ب) ستريبتوكاينيز: يفكك الفيبرين فيمنع محاصرة البكتيريا
ج) أنزيم حال للحمض الريبي النووي المنقوص الأكسجين Deoxyribonucease الذي يفكك الحمض النووي الموجود في الصديد فيؤدي إلى تخفيف لزوجة الإفرازات الصديدية فيسهل انتشار البكتيريا.

تفرزهما أيضاً: المكورات العنقودية الذهبية -- المكورات العقدية المقيحة

ء) أنزيم الكوأجيوليز: أنزيم التخثر (التجلط) يخثر بلازما الإنسان والأرنب ويغلف المكورات العنقودية الذهبية مانعاً بذلك عملية البلعمة.

5) مكونات سطح الخلية
المحفظة:
عامل ضراوة كبير، يمنع وجودها عملية البلعمة.
مثال:
بكتيريا المكورات الرئوية، محبات الدم الإنفلونزية نوع b
بروتين M:
عامل ضراوة كبير وأساسي في جدار المكورات العقدية المقيحة ويمنع عملية البلعمة.
البيللاي Pili:
تتم بواسطتها عملية الالتصاق بخلايا الأنسجة، تثبت نفسها فتقاوم وسائل دفاع الجسم مثل عمليات الغسل والطرد.
هام:

عملية الالتصاق هي أولى خطوات إحداث المرض وبدونها لا يتمكن الميكروب من الاستقرار وإحداث المرض بواسطة عوامل الضراوة الأخرى.