وفقًا لموقع السوط ، تنقسم البكتيريا إلى. عضيات الحركة: وظائف وهيكل ، وخصائص حركة البروتوزوا

بنية. حوالي نصف الأنواع المعروفة من البكتيريا الموجودة على السطح لها أعضاء حركية - سوط منحني يشبه الموجة. تصل كتلة السوط إلى 2٪ من الكتلة الجافة للبكتيريا. طول السوط أطول من طول جسم الكائن الدقيق وهو 3-12 ميكرومتر ؛ يبلغ سمك السوط 0.02 ميكرومتر ، ويكون السوط القطبي أكثر سمكًا من السوط الغضروفي.

يتكون فلاجيلا من بروتين فلاجيلين (سوط لاتيني - سوط) ، والذي ينتمي في بنيته إلى بروتينات مقلصة من نوع الميوسين. يحتوي السوط إما على خيوط بروتينية واحدة متجانسة أو 2-3 خيوط مطوية بإحكام في جديلة. خيط السوط هو حلزوني صلب ملتوي عكس اتجاه عقارب الساعة ؛ درجة اللولب خاصة بكل نوع من أنواع البكتيريا.

عدد وحجم وترتيب الأسواط هي ميزات ثابتة لأنواع معينة وتؤخذ في الاعتبار في التصنيف. ومع ذلك ، يمكن أن تشكل بعض البكتيريا سوطًا. أنواع مختلفة. بالإضافة إلى ذلك ، يعتمد وجود الأسواط على الظروف البيئية: على الوسائط الصلبة أثناء الزراعة على المدى الطويل ، يمكن أن تفقد البكتيريا الأسواط ، ويمكن اكتسابها مرة أخرى على الوسائط السائلة. يمكن تحديد عدد وموقع السوط في نفس النوع من خلال مرحلة دورة الحياة. لذلك ، لا ينبغي المبالغة في الأهمية التصنيفية لهذه الميزة.

تصنيف البكتيريا حسب عدد وموقع السوط:

1. أتريشي - السوط غائب.

2. Monotrichus- سوط واحد يقع في أحد أقطاب الخلية (جنس الضمة)- الترتيب أحادي القطب للسوط ، وهو البكتيريا الأكثر قدرة على الحركة.

3. Polytrichus - كثير من الأسواط:

– لوفوتريشوس- حزمة من السوط في أحد أقطاب الخلية (ولادة الزائفة, بوركولديريا) - ترتيب أحادي القطب متعدد الأشعار من سوط ؛

– برمائي- يوجد في كل عمود من أعمدة الخلية حزمة من السوط (جنس Spirillum)- الترتيب ثنائي القطب متعدد الأشعار من سوط ؛

– peritrichous- يتم ترتيب الأسواط دون ترتيب معين على كامل سطح الخلية (fam. المعوية(ولادة الإشريكية ، المتقلبة)، مألوف. عصيات ،الأسرة المطثيات) ، يختلف عدد الأسواط من 6 إلى 1000 لكل خلية ، اعتمادًا على نوع البكتيريا (الشكل 7).

الشكل 7.خيارات موقع السوط في البكتيريا:

1 - مونوتريش ، 2 - لوفوتريش ؛

3 - برمائي. 4 - بيريتريش.

- المجهر الإلكتروني يكشف ذلك يتكون السوط من ثلاثة أجزاء:خيوط لولبية وخطاف وجسم قاعدي (الشكل 8).

الجزء الرئيسي من السوط طويل خيط حلزوني (ليفي) - أسطوانة مجوفة صلبة يبلغ قطرها حوالي 120 نانومتر ، وتتكون من بروتين فلاجيلين. تشكل جزيئات البروتين 11 صفًا على طول الخيط ويتم ترتيبها في شكل حلزوني. أثناء نمو الخيط ، تمر جزيئات البروتين المركبة داخل الخلية عبر تجويف الأسطوانة وترتبط بحلقة حلزونية في نهايتها. يوجد في نهاية السوط غطاء بروتيني (غطاء) يغلق فتحة الأسطوانة ويمنع إطلاق جزيئات البروتين في البيئة. يمكن أن يصل طول خيوط السوط إلى عدة ميكرومتر. في بعض أنواع البكتيريا ، يتم تغطية السوط أيضًا بغمد من الخارج. على سطح CS ، يمر الخيط اللولبي في هيكل منحني سميك - خطاف.

أرز. ثمانية.مخطط هيكل السوط

2. هوك(20-45 نانومتر) بالقرب من سطح الخلية عبارة عن أسطوانة قصيرة نسبيًا ، تتكون من بروتين يختلف عن فلاجيلين ، وتعمل على توفير اتصال مرن للخيوط بالجسم القاعدي.

3. الجسم القاعديةيقع في قاعدة السوط ويضمن دورانه. يحتوي الجسم القاعدي على 9-12 بروتينًا مختلفًا ويتكون من قرصين أو أربعة أقراص (حلقات) معلقة على قضيب ، وهو استمرار للخطاف. يتم تركيب هذه الحلقات في CPM و CS. الحلقتان الداخليتان (M و S) هما مكونان إلزاميان للجسم القاعدي. الحلقة M موضعية في CPM ، والحلقة S تقع في الفضاء المحيط بالبكتيريا سالبة الجرام أو في كيس الببتيدوغليكان للبكتيريا موجبة الجرام. الحلقتان الخارجيتان (D و L) اختياريتان للحركة ، نظرًا لوجودهما فقط في البكتيريا سالبة الجرام وموضعتان ، على التوالي ، في طبقة الببتيدوغليكان وفي الغشاء الخارجي لـ CL. الحلقات S و D و L ثابتة وتعمل على إصلاح السوط في CS. يتم تحديد دوران السوط من خلال دوران الحلقة M المضمنة في CPM للخلية. وبالتالي ، يتم تحديد السمات الهيكلية للجسم الأساسي للسوط من خلال هيكل CS.

من الناحية الوظيفية ، فإن الجسم الأساسي هو محرك كهربائي يعمل بالبروتونات. الحلقة M من الجسم القاعدي (الدوار الدوار) محاطة ببروتينات غشائية بشحنات سالبة (الجزء الثابت للمحرك). تتمتع الخلية البكتيرية بآلية فعالة لتحويل الطاقة الكهروكيميائية إلى طاقة ميكانيكية. لذلك ، تنفق البكتيريا حوالي 0.1٪ من كل الطاقة التي تنفقها على عمل السوط. عندما يعمل السوط ، يتم استخدام قوة دافعة للبروتون ، والتي يتم توفيرها من خلال الاختلاف في تركيزات البروتون على الجانبين الخارجي والداخلي للغشاء (يوجد المزيد منها على الجانب الخارجي) ووجود شحنة سالبة أكثر على الجانب الداخلي من الغشاء. تجبر القوة المحركة للبروتونات البروتونات على المرور عبر الجسم القاعدي إلى الخلية ، بينما تظل باقية في أجزاء معينة من الدوار ، مما يمنحها شحنة موجبة ، ثم تدخل البروتونات داخل الخلية. توجد المقاطع المشحونة بطريقة تنشأ فيها قوة جذب بين الأجزاء المشحونة من الدوار والجزء الثابت ، وتبدأ الحلقة M في الدوران بسرعة حوالي 300 دورة في الدقيقة. آلية الدوران: إعادة شحن مجموعة COOH في الأحماض الأمينية. من أجل ثورة كاملة للحلقة ، يجب أن يمر 500-1000 بروتون عبر الجسم القاعدي. دوران الحلقة M من خلال المحور المتصل بها بقوة وينتقل الخطاف إلى خيوط السوط ، والتي تعمل كمروحة أو مروحة للسفينة. تسبح البكتيريا طالما أن المسمار يعمل ، فإن مساهمة القصور الذاتي صغيرة للغاية.

بالإضافة إلى ذلك ، تتحرك البكتيريا ، حتى الميتة ، في البيئة المائية نتيجة للحركة البراونية. تتعرض الخلية البكتيرية باستمرار لتأثيرات الجزيئات المحيطة ، والتي تكون في حركة حرارية. الضربات من اتجاهات مختلفة تقذف البكتيريا من جانب إلى آخر.

نوع حركة السوط دوراني. هناك نوعان من الحركة: الحركة المستقيمة والمتقلبة (تغييرات عشوائية دورية في اتجاه الحركة). عندما تدور السوط عكس اتجاه عقارب الساعة (حوالي ثانية واحدة) ، بتردد 40-60 دورة في الدقيقة (قريب من سرعة محرك كهربائي متوسط) ، يتم نسج خيوطها في حزمة واحدة (الشكل 9 أ). ينتقل دوران السوط إلى الخلية. نظرًا لأن الخلية أكبر بكثير من السوط ، فإنها تبدأ في التحرك في خط مستقيم في الاتجاه المعاكس ، بسرعة أقل بثلاث مرات من سرعة السوط.

هذا يضمن الحركة الانتقالية للخلية ، وسرعتها في وسط سائل لـ أنواع مختلفةالبكتيريا 20-200 ميكرومتر / ثانية (وهذا يتوافق مع حوالي 300-3000 من أطوال الجسم في الدقيقة) وحركة أبطأ على سطح الوسائط الصلبة.

يمكن للبكتيريا أن تسبح بشكل هادف في اتجاه واحد لمدة لا تزيد عن 3 ثوانٍ ، ثم تؤدي تأثيرات الجزيئات المحيطة بها إلى اتجاه عشوائي. لذلك ، طورت البكتيريا آلية لتغيير تلقائي في اتجاه الحركة - تبديل محرك السوط. عندما تبدأ في الدوران في اتجاه عقارب الساعة (حوالي 0.1 ثانية) ، تتوقف البكتيريا وتقلب (تؤدي "تعثر") في اتجاه عشوائي. في هذه الحالة ، تنتشر السوط في اتجاهات مختلفة (الشكل 9 ب). في البرمائيات ، عند الحركة ، يتم قلب حزمة واحدة من الأسواط من الداخل للخارج (مثل مظلة تحولت من الداخل إلى الخارج بفعل الرياح). ثم يتحول المحرك مرة أخرى إلى الدوران بعكس اتجاه عقارب الساعة ، وتسبح البكتيريا مرة أخرى في خط مستقيم ، ولكن في اتجاه عشوائي مختلف.

يمكن أن يغير السوط أيضًا اتجاهه استجابةً لحافز خارجي. إذا تحركت البكتيريا نحو تركيز الجاذب الأمثل ، فإن السوط يدفع الخلية عبر الوسط ، وتصبح حركتها المستقيمة أطول ، ويكون تردد الهبوط أقل ، مما يسمح لها في النهاية بالتحرك في الاتجاه المطلوب.

من المعروف أن حالات وجود الأسواط غير النشطة (المشلولة) معروفة. من أجل حركة البكتيريا المسوطية ، فإن سلامة (سلامة) CS ضرورية. يتسبب علاج الخلايا بالليزوزيم ، الذي يؤدي إلى إزالة طبقة الببتيدوغليكان من CS ، في فقدان قدرة البكتيريا على الحركة ، على الرغم من بقاء الأسواط سليمة.

تاكسي البكتيريا.وداعا بيئةيبقى دون تغيير ، تسبح البكتيريا بشكل عشوائي. ومع ذلك ، نادرًا ما تكون البيئة متجانسة تمامًا. إذا كانت البيئة غير متجانسة ، فإن البكتيريا تظهر تفاعلات سلوكية أولية: فهي تتحرك بنشاط في الاتجاه الذي تحدده عوامل خارجية معينة. تسمى هذه الحركات الهادفة المحددة وراثيًا للبكتيريا بسيارات الأجرة. اعتمادًا على العامل ، يتم تمييز الانجذاب الكيميائي (حالة خاصة هي الانجذاب الجوي) ، والتركيز الضوئي ، والانجذاب المغناطيسي ، والتحول الحراري ، والانحناء اللزج.

انجذاب كيميائي- الحركة في اتجاه معين بالنسبة لمصدر المادة الكيميائية. المواد الكيميائيةتنقسم إلى مجموعتين: سيارات الأجرة الخاملة والمسببة - المؤثرات الكيميائية. من بين المؤثرات الكيميائية هناك مواد تجذب البكتيريا - الجاذبات (السكريات والأحماض الأمينية والفيتامينات والنيوكليوتيدات) والمواد التي تطردها - المواد الطاردة (بعض الأحماض الأمينية والكحوليات والفينولات والأيونات غير العضوية). الجاذب للهوائي وطارد بدائيات النوى اللاهوائية هو الأكسجين الجزيئي. غالبًا ما يتم تمثيل الجاذبات بواسطة ركائز الطعام ، على الرغم من أنه ليس كل المواد الضرورية للجسم تعمل كجاذبات. أيضًا ، ليست كل المواد السامة بمثابة طارد وليس كل المواد الطاردة ضارة. وبالتالي ، فإن البكتيريا غير قادرة على التفاعل مع أي مركبات ، ولكن فقط مع مركبات معينة ومختلفة للبكتيريا المختلفة.

في الهياكل السطحية للخلية البكتيرية ، توجد جزيئات بروتينية خاصة - مستقبلات تتصل على وجه التحديد بمؤثر كيميائي معين ، بينما جزيء المؤثر الكيميائي لا يتغير ، ولكن تحدث تغييرات توافقية في جزيء المستقبل. توجد المستقبلات بشكل غير متساو على سطح الخلية بالكامل ، وتتركز في أحد القطبين. تعكس حالة المستقبل التركيز خارج الخلية للمستجيب المقابل.

إن الانجذاب الكيميائي له قيمة تكيفية. على سبيل المثال ، تكون أشكال ضمة الكوليرا المصحوبة بضعف الانجذاب الكيميائي أقل ضراوة.

انجذاب جوي- البكتيريا التي تحتاج إلى الأكسجين الجزيئي تتراكم حول فقاعات الهواء التي سقطت تحت الغطاء.

محور ضوئي- الحركة تجاه الضوء أو بعيدًا عنه ، وهي خاصية للبكتيريا الضوئية التي تستخدم الضوء كمصدر للطاقة.

انجذاب مغناطيسي- قدرة البكتيريا المائية التي تحتوي على بلورات من المعادن المحتوية على الحديد على السباحة على طول خطوط المجال المغناطيسي للأرض.

انجذاب حراري- الحركة في اتجاه تغير درجة الحرارة أهمية عظيمةلبعض البكتيريا المسببة للأمراض.

تحفيز اللزوجة- القدرة على الاستجابة للتغيرات في لزوجة المحلول. تميل البكتيريا عادة إلى وسط ذو لزوجة أعلى ، وهو أمر ذو أهمية كبيرة للأنواع المسببة للأمراض.

انزلاق البكتيريا.تم العثور على القدرة على الانزلاق بسرعة منخفضة (2-11 ميكرومتر / ثانية) فوق ركيزة صلبة أو لزجة في بعض بدائيات النوى ، على سبيل المثال ، الميكوبلازما.

هناك عدة فرضيات تشرح حركة الانزلاق. وفق فرضية الدفع النفاثإنه ناتج عن إفراز المخاط من خلال العديد من المسام المخاطية في SC ، ونتيجة لذلك يتم طرد الخلية من الركيزة في الاتجاه المعاكس لاتجاه إفراز المخاط. وفق فرضية الموجة المتنقلةترتبط الحركة الانزلاقية في أشكال متحركة خالية من السوط مع وجود بين طبقة الببتيدوغليكان والغشاء الخارجي لـ CL لطبقة بروتينية رقيقة من الألياف المرتبة ، على غرار خيوط السوط. تؤدي الحركة الدورانية للألياف ، التي "أطلقتها" هذه الهياكل ، إلى ظهور "موجة متنقلة" (انتفاخات مجهرية من CL) على سطح الخلية ، ونتيجة لذلك يتم صد الخلية من الركيزة. أخيرًا ، تم وصف الهياكل التي تشبه الأجسام القاعدية ذات الأشكال الجلدية في بعض البكتيريا المنزلقة.

وظائف الأسواط:

1. توفير الالتصاق - المرحلة الأوليةعملية معدية.

2. توفير حركية البكتيريا.

3. تحديد خصوصية المستضد ، هذا هو مستضد H.

الكشف عن الأسواط:

1. الفحص المجهري الطوري للمستحضرات المحلية (القطرات "المسحوقة" و "المعلقة"). مجهريًا ، يتم تحديد الحركة في خلايا الثقافة اليومية. من أجل التمييز بين التنقل والحركة البراونية السلبية ، يضاف قطرة من محلول مائي 5٪ من الفينول إلى قطرة من الثقافة المدروسة ؛ وفي هذه الحالة تتوقف الحركة النشطة.

2. الفحص المجهري للمجال المظلم للمستحضرات المحلية.

3. الفحص المجهري الخفيف للمستحضرات الملطخة بالأصباغ أو المعادن. نظرًا لأن السوط يتلف بسهولة أثناء التحضير ، نادرًا ما تستخدم هذه الطرق في الممارسة اليومية.

ملطخة الأسواط باستخدام الخلايا التي تنمو على أجار مائل. يتم اختيار الخلايا الموجودة بالقرب من ماء التكثيف بحلقة بكتيرية ويتم نقلها بعناية إلى ماء مقطر معقم بنفس درجة حرارة حضانة البكتيريا على أجار مائل ، ولا يتم التخلص من البكتيريا من الحلقة ، ولكن يتم غمرها بعناية في الماء. يُترك الأنبوب الذي يحتوي على البكتيريا في درجة حرارة الغرفة لمدة 30 دقيقة. يتم استخدام زجاج نقي كيميائيًا (مغسول في خليط الكروم) ، حيث يتم وضع 2-3 قطرات من المعلق. ينتشر التعليق فوق السطح الزجاجي عن طريق إمالته برفق. جفف الدواء بالهواء.

الأسواط رقيقة جدًا ، لذا لا يمكن اكتشافها إلا بمعالجة خاصة. في البداية ، بمساعدة النقش ، يتم تحقيق التورم وزيادة حجمها ، ثم يتم تلوين المستحضر ، مما يجعلها مرئية تحت المجهر الضوئي.

في كثير من الأحيان تستخدم طريقة الفضة وفقًا لموروزوف (الشكل 10):

- يتم تثبيت المستحضر بمحلول من حمض الأسيتيك الجليدي لمدة دقيقة واحدة ، ويُغسل بالماء ؛

- ضع محلول التانين (الدباغة ، مما يجعل السوط أكثر كثافة) لمدة دقيقة واحدة ، وغسلها بالماء ؛

- تتم معالجة المستحضر عن طريق التسخين بمحلول تشريب من نترات الفضة لمدة 1-2 دقيقة ، وغسله بالماء ، وتجفيفه ومجهريًا.

مجهريًا ، تظهر الخلايا البنية الداكنة والأسواط الفاتحة.

أرز. عشرة.تحديد السوط بالفضة

أرز. أحد عشر.تحديد الأسواط

بالمجهر الإلكتروني

الشكل 4. المجهر الإلكتروني للمستحضرات المترسبة مع المعادن الثقيلة (الشكل 11).

5. بشكل غير مباشر - حسب طبيعة نمو البكتيريا عندما تزرع في أجار شبه سائل 0.3٪. بعد احتضان المحاصيل في منظم الحرارة لمدة 1-2 أيام ، يتم ملاحظة طبيعة النمو البكتيري:

- في البكتيريا غير المتحركة (على سبيل المثال. S.saprophyticus) يوجد نمو على طول الحقن - "مسمار" ، والوسيط شفاف ؛

في البكتيريا المتحركة (على سبيل المثال. بكتريا قولونية) هناك نمو في جانب الحقن ، في جميع أنحاء عمود الأجار - "عظم السمكة" ، والعكارة المنتشرة للوسط.

كل أنواع البكتيريامقسمة إلى متحرك وغير متحرك. أعضاء الحركة في البكتيريا هي سوط. تتكون من فلاجيلين ، وهو بروتين مرتبط هيكليًا ببروتينات مقلصة من نوع الميوسين.

قاعدة فلاجيلومهو جسم قاعدي يتكون من نظام من الأقراص (الجفن: قرص واحد - الجانب الخارجي لجدار الخلية ، قرصان - الجانب الداخلي لجدار الخلية ، 3 أقراص - الغشاء السيتوبلازمي) ، "مضمن" في السيتوبلازم الغشاء وجدار الخلية. طول السوط أكبر من طول جسم الميكروب نفسه.
حسب عدد الأسواطوموقعها ، تنقسم الكائنات الحية الدقيقة المتحركة إلى:

1. وحيد الشعر ، له سوط واحد في نهاية البدن (الأكثر قدرة على الحركة). على سبيل المثال ، ضمة الكوليرا.

2. Lophotrichous ، وجود حزمة من الأسواط في أحد أقطاب الخلية. على سبيل المثال ، Burkholderia (Pseudomonas) pseudomalei هو العامل المسبب لمرض الكَلْم.
3. برمائي ، له سوط في كلا قطبي الخلية. على سبيل المثال ، Spirillum volutans.
4. Peritrichous ، وجود سوط حول محيط الخلية بأكمله. على سبيل المثال ، الإشريكية القولونية ، السالمونيلا التيفية.

الكشف عن الأسواط.الأسواط رقيقة جدًا ، لذا لا يمكن اكتشافها إلا بمعالجة خاصة. على وجه الخصوص ، في البداية ، بمساعدة حادة ، يتم تحقيق التورم وزيادة حجمها ، ثم يتم تلوين المستحضر ، مما يجعلها مرئية تحت المجهر الضوئي. يمكن الكشف عن فلاجيلا عن طريق تلطيخها وفقًا لموروزوف ، ليفلر ، وكذلك عن طريق الفحص المجهري الإلكتروني. يمكن أيضًا اكتشاف الأسواط من خلال الحركة النشطة للبكتيريا.

يتم ملاحظة حركة الميكروبات في مستحضرات القطرات "المسحوقة" و "المعلقة" من الثقافات الحية. يتم فحص هذه المستحضرات مجهريًا بعدسة جافة أو مغمورة في حقل مظلم أو في تباين طوري. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تحديد الحركة من خلال طبيعة نمو البكتيريا في أجار شبه سائل.

شربت من البكتيريا.

Pili (pili) ، المرادفات: الزغابات ، fimbria ، هي خيوط رفيعة مجوفة ذات طبيعة بروتينية تغطي سطح الخلايا البكتيرية. على عكس الأسواط ، فإنها لا تؤدي وظيفة حركية.

يمتد بيلي من سطح الخلية ويتكون من البروتين بيلينا.

وفقًا لغرضهم الوظيفي ، يتم تقسيمهم إلى نوعين.

1) Pili من النوع الأول موجودة في معظم البكتيريا ، لذلك يطلق عليها "النوع العام الزغابات" (الشعيرة الشائعة). تسبب تعلق أو التصاق البكتيريا بخلايا معينة من الكائن الحي المضيف. الالتصاق هو المرحلة الأولى من أي عملية معدية.
2) بيلي من النوع الثاني (المرادفات: الاقتراني أو الجنسي - pili الجنس) متوفرة فقط في البكتيريا المانحة التي تحتوي على بلازميد خاص. عددهم صغير - 1-4 لكل خلية.

تؤدي المناشير الأرضية الوظائف التالية:

1. المشاركة في نقل المادة الوراثية من خلية إلى أخرى أثناء اقتران البكتيريا.

2. أنها تمتص فيروسات بكتيرية معينة - عاثيات البكتيريا

الجراثيم البكتيرية وظروف التكوين والموقع والآلية ومراحل تلطيخ أوجيسكي.

الجدل- شكل غريب من بكتيريا الراحة مع نوع إيجابي الجرام من بنية جدار الخلية.

التجرثم- هذه طريقة للحفاظ على نوع (genophore) في البيئة الخارجية في ظل ظروف معاكسة ، وليس طريقة للتكاثر.

تتشكل الجراثيمفي ظل ظروف غير مواتية لوجود البكتيريا (التجفيف ، نقص المغذيات ، إلخ). داخل الخلية البكتيرية ، يتم تكوين بوغ واحد (endospore).

مراحل تكوين البوغ

1. التحضيري. في سيتوبلازم البكتيريا ، تتشكل منطقة مضغوطة لا تحتوي على مياه خالية ، تسمى "المنطقة البوغية" ، والتي تحتوي على النواة.

2. مرحلة prespores (المنقبون). حول المنطقة البوغية ، يتم تشكيل غشاء من الغشاء السيتوبلازمي المزدوج.

3. تكوين قشرة دماغية تتكون من ببتيدوغليكان وغشاء خارجي يحتوي على نسبة عالية من أملاح الكالسيوم والدهون.

4. مرحلة النضج. يتم تشكيل غلاف بوغ على الجانب الخارجي من الغشاء الخارجي ، وبعد ذلك يتم فصل الجزء الخضري من الخلية ، وإطلاق البوغ.

جلب تطور علم الأحياء الدقيقة العديد من الاكتشافات في العقود الأخيرة. وإحدى هذه الخصائص المميزة لحركة البكتيريا الجلدية. تبين أن تصميم محركات هذه الكائنات الحية القديمة معقد للغاية ، ووفقًا لمبدأ عملها ، يختلف تمامًا عن سوط أقرب أقربائنا من حقيقيات النوى من البروتوزوا. كان محرك البكتيريا السوطية أكثر الجدل سخونة بين الخلقيين والتطوريين. حول البكتيريا ومحركاتها السوطية وغير ذلك الكثير - هذه المقالة.

علم الأحياء العام

بادئ ذي بدء ، دعونا نتذكر ما هو نوع الكائنات الحية والمكان الذي يشغلونه في نظام العالم العضوي على كوكبنا. يوحد مجال البكتيريا عددًا كبيرًا من الكائنات بدائية النواة أحادية الخلية (بدون نواة مشكلة).

ظهرت هذه الخلايا الحية على مسرح الحياة منذ ما يقرب من 4 مليارات سنة وكانت أول مستوطنين على هذا الكوكب. يمكن أن تكون ذات أشكال مختلفة جدًا (cocci ، و rods ، و vibrios ، و spirochetes) ، لكن معظمها مُجلد.

أين تعيش البكتيريا؟ في كل مكان. يعيش أكثر من 5 × 10 30 على هذا الكوكب. يوجد حوالي 40 مليون منهم في 1 جرام من التربة ، ويعيش ما يصل إلى 39 تريليون في أجسامنا. يمكن العثور عليها في الجزء السفلي من خندق ماريانا ، في "المدخنين السود" الحار في قاع المحيطات ، في جليد القارة القطبية الجنوبية ، ولديك حاليًا ما يصل إلى 10 ملايين بكتيريا على يديك.

القيمة لا يمكن إنكارها

على الرغم من حجمها المجهري (0.5-5 ميكرون) ، فإن إجمالي كتلتها الحيوية على الأرض أكبر من الكتلة الحيوية للحيوانات والنباتات مجتمعة. دورهم في تداول المواد لا يمكن الاستغناء عنه ، وخصائصهم للمستهلكين (مدمرات المواد العضوية) لا تسمح بتغطية الكوكب بجبال من الجثث.

حسنًا ، لا تنس مسببات الأمراض: العوامل المسببة للطاعون والجدري والزهري والسل والعديد من الأمراض المعدية الأخرى هي أيضًا بكتيريا.

وجدت البكتيريا تطبيقًا في النشاط الاقتصادي البشري. بدءا من صناعة المواد الغذائية ( منتجات الألبانوالجبن والخضروات المخللة مشروبات كحولية) الاقتصاد "الأخضر" (الوقود الحيوي والغاز الحيوي) لأساليب هندسة الخلايا وإنتاج الأدوية (لقاحات ، أمصال ، هرمونات ، فيتامينات).

الصرف العام

كما ذكرنا سابقًا ، هؤلاء الممثلون أحادي الخلية للحياة ليس لديهم نواة ، حيث توجد موادهم الوراثية (جزيئات الحمض النووي على شكل حلقة) في منطقة معينة من السيتوبلازم (نوكليويد). تحتوي خليتهم على غشاء بلازما وكبسولة كثيفة مكونة من ببتيدوغليكان مورين. من عضيات الخلية ، تمتلك البكتيريا ميتوكوندريا ، وقد تكون هناك صانعات خضراء وهياكل أخرى ذات وظائف مختلفة.

معظم البكتيريا هي سوط. تمنع الكبسولة الضيقة الموجودة على سطح الخلية من التحرك عن طريق تغيير الخلية نفسها ، كما تفعل الأميبا. سوطها عبارة عن تكوينات بروتينية كثيفة بأطوال مختلفة ويبلغ قطرها حوالي 20 نانومتر. تحتوي بعض البكتيريا على سوط واحد (أحادي الشعر) ، في حين أن البعض الآخر يحتوي على سوطين (برمائي). في بعض الأحيان يتم ترتيب الأسواط في حزم (lophotrichous) أو تغطي كامل سطح الخلية (peritrichous).

يعيش الكثير منهم كخلايا مفردة ، لكن بعضها يشكل مجموعات (أزواج ، سلاسل ، خيوط ، خيوط).

ميزات الحركة

يمكن أن تتحرك البكتيريا ذات الجلد بطرق مختلفة. يتحرك البعض إلى الأمام فقط ، ويغير الاتجاه عن طريق الهبوط. بعضها قادر على الارتعاش ، والبعض الآخر يتحرك بالانزلاق.

لا تؤدي سوط البكتيريا وظائف "المجذاف" الخلوي فحسب ، بل يمكن أن تكون أيضًا أداة "متنقلة".

حتى وقت قريب ، كان يُعتقد أن سوط البكتيريا يهتز مثل ذيل الثعبان. أظهرت الدراسات الحديثة أن سوط البكتيريا أكثر تعقيدًا. تعمل مثل التوربينات. متصل بالمحرك ، يدور في اتجاه واحد. المشغل ، أو المحرك السوطي للبكتيريا ، هو بنية جزيئية معقدة تعمل مثل العضلات. مع الفارق أن العضلة يجب أن تسترخي بعد الانقباض ، ويعمل المحرك البكتيري باستمرار.

آلية النانو للجلد

دون الخوض في الكيمياء الحيوية للحركة ، نلاحظ أن ما يصل إلى 240 بروتينًا تشارك في إنشاء محرك السوط ، والذي ينقسم إلى 50 مكونًا جزيئيًا بوظيفة محددة في النظام.

في نظام الدفع هذا للبكتيريا ، يوجد دوار يتحرك والجزء الثابت الذي يوفر هذه الحركة. يوجد عمود دفع ، جلبة ، قابض ، مكابح ومسرعات

يسمح هذا المحرك المصغر للبكتيريا بالسفر 35 مرة حجمها في ثانية واحدة فقط. وفي نفس الوقت ، فإن عمل السوط نفسه ، والذي يحدث 60 ألف دورة في الدقيقة ، لا ينفق الجسم سوى 0.1٪ من إجمالي الطاقة التي تستهلكها الخلية.

ومن المدهش أيضًا أن البكتيريا يمكنها استبدال وإصلاح جميع قطع غيار آلية محركها "أثناء التنقل". فقط تخيل أنك على متن طائرة. ويقوم الفنيون بتغيير شفرات محرك يعمل.

بكتيريا فلاجيلات مقابل داروين

محرك قادر على العمل بسرعات تصل إلى 60 ألف دورة في الدقيقة ، يبدأ ذاتي التشغيل ويستخدم فقط الكربوهيدرات (السكر) كوقود ، وله جهاز يشبه المحرك الكهربائي - هل يمكن أن يكون مثل هذا الجهاز قد نشأ في عملية التطور؟

هذا هو السؤال الذي طرحه مايكل بيهي ، دكتوراه في علم الأحياء ، على نفسه في عام 1988. لقد أدخل في علم الأحياء مفهوم النظام غير القابل للاختزال - وهو نظام تكون فيه جميع أجزائه ضرورية في نفس الوقت لضمان تشغيله ، وإزالة جزء واحد على الأقل يؤدي إلى تعطيل كامل لوظائفه.

من وجهة نظر تطور داروين ، تحدث جميع التغييرات الهيكلية في الجسم تدريجياً ويتم اختيار التغييرات الناجحة فقط عن طريق الانتقاء الطبيعي.

استنتاجات م. بيهي ، الواردة في كتاب "صندوق داروين الأسود" (1996): محرك بكتيريا سوطية هو نظام غير قابل للتجزئة يتكون من أكثر من 40 جزءًا ، وغياب جزء واحد على الأقل سيؤدي إلى خلل كامل في النظام ، مما يعني أن هذا النظام لا يمكن أن يحدث من خلال الانتقاء الطبيعي.

بلسم للخلقيين

جذبت نظرية الخلق كما قدمها العالم وأستاذ علم الأحياء ، عميد كلية العلوم البيولوجية في جامعة ليهاي في بيت لحم (الولايات المتحدة الأمريكية) م. بيهي على الفور انتباه قساوسة الكنيسة وأنصار النظرية الإلهية. أصل الحياة.

في عام 2005 ، في الولايات المتحدة ، كانت هناك دعوى قضائية حيث كان بيهي شاهدًا من مؤيدي نظرية "التصميم المعقول" ، والتي نظرت في إدخال دراسة نظرية الخلق في مدارس دوفر في الدورة " على الباندا والناس ". ضاعت العملية ، وتم الاعتراف بتدريس مثل هذا الموضوع على أنه مخالف للدستور الحالي.

لكن الجدل بين الخلقيين والتطوريين مستمر حتى اليوم.

السوط هو البنية السطحية للخلية البكتيرية ، والتي تخدمها للحركة في الوسائط السائلة.

اعتمادًا على موقع السوط ، تنقسم البكتيريا إلى (الشكل 1):

عمود

قطبي

• peritrichial

  مختلط

سوط القطب- يوجد واحد أو أكثر من الأسواط على أحد القطبين (أحادي القطب) أو كلاهما (ثنائي القطب) للخلية وتكون القاعدة موازية للمحور الطويل للخلية.

سوط قطبي(قطبي) - يوجد واحد أو أكثر من الأسواط عند نقطة انتقال السطح الجانبي إلى قطب الخلية في واحد أو اثنين من نهاياتها. في القاعدة الزاوية اليمنى مع المحور الطويل للخلية.

سوط الوحشي(جانبي) - يوجد واحد أو أكثر من الأسواط على شكل حزمة في منتصف أحد نصفي الخلية.

سوط peritrichial- تقع فوق سطح الخلية بأكمله واحدًا تلو الآخر أو في حزم ، وعادة ما يتم حرمان الأقطاب منها.

السوطيات المختلطة- يوجد سوطان أو أكثر في نقاط مختلفةالخلايا.

اعتمادًا على عدد الأسواط ، هناك:

أحادي - سوط واحد

Polytrichs - حفنة من سوط

مميز أيضا:

لوفوتريشوس- الترتيب الأحادي متعدد الثراء للسوط.

أمفيتريتش- ترتيب ثنائي القطب متعدد الأشعار من سوط.

هيكل السوط الجرثومي والجسم القاعدي. السوط.

يتم ترتيب السوط نفسه بكل بساطة: خيط متصل بالجسم القاعدي. في بعض الأحيان ، يمكن إدخال قسم منحني من الأنبوب ، يسمى الخطاف ، بين الجسم القاعدي والخيوط ؛ وهو أكثر سمكًا من الخيط ويشارك في الربط المرن للخيوط بالجسم القاعدي.

من حيث التركيب الكيميائي ، يتكون السوط من 98٪ بروتين فلاجيلين (سوط - سوط) ، ويحتوي على 16 حمضًا أمينيًا ، ويسود الجلوتامين وأحماض الأسبارتيك ، ويغيب التربتوفان والسيستين والسيستين في كمية صغيرة من الأحماض الأمينية العطرية. يفرض فلاجيلين خصوصية مستضدية ، ويسمى مستضد H. لا تحتوي الأسواط البكتيرية على نشاط ATPase.

سمك السوط هو 10-12 نانومتر ، وطوله 3-15 ميكرومتر.

إنه حلزوني صلب ملتوي عكس اتجاه عقارب الساعة. يتم أيضًا تدوير السوط عكس اتجاه عقارب الساعة بتردد 40 دورة في الدقيقة إلى 60 دورة في الدقيقة ، مما يتسبب في دوران الخلية في الاتجاه المعاكس ، ولكن منذ ذلك الحين الخلية أثقل بكثير من السوط ، ثم يكون دورانها أبطأ من 12 إلى 14 دورة في الدقيقة.

ينمو السوط من النهاية البعيدة ، حيث تدخل الوحدات الفرعية عبر القناة الداخلية. في بعض الأنواع ، يتم تغطية السوط أيضًا من الخارج بغمد ، وهو استمرار لجدار الخلية وربما له نفس الهيكل.

جسم أساسي

يتكون الجسم الأساسي من 4 أجزاء:

تزاوج قضيب مع خيوط أو خطاف

قرصان مشدودان على قضيب. (M و S)

مجموعة مجمعات البروتين (ستاتور)

غطاء البروتين

تحتوي البكتيريا التي لها غشاء داخلي وخارجي على قرصين إضافيين (P و L) وهياكل بروتينية موجودة على الغشاء الخارجي بالقرب من الجسم القاعدي ، وبالتالي لا تلعب دورًا مهمًا في الحركة.

يتم تحديد خصوصية بنية الجسم القاعدي من خلال بنية جدار الخلية: سلامتها ضرورية لحركة الأسواط. تؤدي معالجة الخلايا بالليزوزيم إلى إزالة طبقة الببتيدوغليكان من جدار الخلية ، مما يؤدي إلى فقدان الحركة ، على الرغم من عدم اضطراب بنية السوط.

تحدد الأسواط البكتيرية حركية الخلية البكتيرية. الأسواط هي خيوط رفيعة تنشأ من الغشاء السيتوبلازمي وهي أطول من الخلية نفسها. يبلغ سمك السوط 12-20 نانومتر وطوله 3-15 ميكرومتر. تتكون من 3 أجزاء: خيط حلزوني وخطاف وجسم قاعدي يحتوي على قضيب به أقراص خاصة (زوج واحد من الأقراص موجبة الجرام وزوجان من الأقراص للبكتيريا سالبة الجرام). ترتبط أقراص السوط بالغشاء السيتوبلازمي وجدار الخلية. هذا يخلق تأثير محرك كهربائي بقضيب محرك يقوم بتدوير السوط. يتكون فلاجيلا من بروتين - فلاجيلين (من سوط - سوط) ؛ هو مستضد H. يتم لف الوحدات الفرعية فلاجيلين. يختلف عدد الأسواط في البكتيريا من الأنواع المختلفة من واحد (monotrich) في Vibrio cholerae إلى عشرة أو مئات من الأسواط التي تمتد على طول محيط البكتيريا (peritrich) في Escherichia coli ، و Proteus ، وما إلى ذلك. نهاية الخلية. البرمائيات لها سوط واحد أو حزمة من الأسواط على طرفي نقيض من الخلية.

بيلي (فيمبريا ، الزغابات) - تكوينات خيطية ، أرق وأقصر (3-10 نانومتر × 0.3-10 ميكرون) من السوط. يمتد بيلي من سطح الخلية ويتكون من بروتين بيلين ، الذي له نشاط مستضدي. توجد الشعيرات المسؤولة عن الالتصاق ، أي عن ربط البكتيريا بالخلية المصابة ، وكذلك الشعيرات المسؤولة عن التغذية ، واستقلاب الماء والملح والجنس (F-pili) ، أو الاقتران. المشروبات وفيرة - عدة مئات في القفص. ومع ذلك ، فإن الجنس الشعري عادة ما يكون 1-3 لكل خلية: يتم تشكيلها من قبل ما يسمى بالخلايا المانحة "الذكورية" التي تحتوي على بلازميدات قابلة للانتقال (F- ، R- ، Col-plasmids). السمة المميزة للشعيرة الجنسية هي التفاعل مع العاثيات الكروية "الذكورية" الخاصة ، والتي يتم امتصاصها بشكل مكثف على الشعيرات الجنسية.

الجراثيم هي شكل غريب من البكتيريا الثابتة النائمة ، أي البكتيريا ذات بنية جدار الخلية إيجابية الجرام. تتشكل الجراثيم في ظل ظروف غير مواتية لوجود البكتيريا (التجفيف ، نقص المغذيات ، إلخ. يتكون بوغ واحد (endospore) داخل الخلية البكتيرية. يساهم تكوين الأبواغ في الحفاظ على النوع وليس طريقة للتكاثر كما هو الحال في الفطريات ، البكتيريا المكونة للأبواغ من جنس العصيات لها جراثيم لا تتجاوز قطر الخلية ، وتسمى البكتيريا التي يتجاوز حجم بوغها قطر الخلية كلوستريديا ، على سبيل المثال ، بكتيريا جنس كلوستريديوم (لات. Clostridium - spindle) ، الجراثيم مقاومة للأحماض ، لذلك فهي ملطخة باللون الأحمر وفقًا لطريقة Aujeszky أو ​​وفقًا لطريقة Ziehl-Neelsen ، وتتحول الخلية النباتية إلى اللون الأزرق.

يمكن أن يكون شكل النزاع بيضاويًا كرويًا ؛ الموقع في الخلية هو المحطة الطرفية ، أي في نهاية العصا (في العامل المسبب للكزاز) ، تحت الأرض - أقرب إلى نهاية العصا (في مسببات الأمراض من التسمم الغذائي ، الغرغرينا الغازية) والمركزية (في عصيات الجمرة الخبيثة). يستمر الجراثيم لفترة طويلة بسبب وجود قشرة متعددة الطبقات ، وثنائي بيكولينات الكالسيوم ، وانخفاض محتوى الماء وعمليات التمثيل الغذائي البطيئة. في ظل ظروف مواتية ، تنبت الأبواغ من خلال ثلاث مراحل متتالية: التنشيط ، والبدء ، والإنبات.

8. أهم أشكال البكتيريا

البكتيريا الكروية (cocci)عادة ما تكون كروية ، ولكنها قد تكون بيضاوية قليلاً أو على شكل حبة. يمكن أن توجد Cocci منفردة (micrococci) ؛ في أزواج (مكورات ثنائية) ؛ على شكل سلاسل (العقديات) أو عناقيد العنب (المكورات العنقودية) ، عبوة (السرخس). يمكن أن تسبب المكورات العقدية التهاب اللوزتين والحمراء والمكورات العنقودية - عمليات التهابية وصديدية مختلفة.

البكتيريا على شكل قضيبالأكثر شيوعا. يمكن أن تكون القضبان مفردة ومتصلة في أزواج (بكتريا مضاعفة) أو في سلاسل (بكتريا ستربتوباكتيريا). تشمل البكتيريا على شكل قضيب الإشريكية القولونية ، ومسببات مرض السالمونيلا ، والدوسنتاريا ، وحمى التيفود ، والسل ، إلخ. النزاعات.تسمى قضبان تشكيل البوغ عصيات.تسمى عصيات المغزل كلوستريديا.

التبويض عملية معقدة. تختلف الجراثيم بشكل كبير عن الخلايا البكتيرية الطبيعية. لديهم قشرة كثيفة وكمية صغيرة جدًا من الماء ، ولا يحتاجون إلى عناصر غذائية ، ويتوقف التكاثر تمامًا. الجراثيم قادرة على تحمل درجات الحرارة المرتفعة والمنخفضة للجفاف لفترة طويلة ويمكن أن تكون في حالة قابلة للحياة لعشرات ومئات السنين (جراثيم الجمرة الخبيثة ، والتسمم الغذائي ، والكزاز ، وما إلى ذلك). بمجرد أن تكون في بيئة مواتية ، تنبت الجراثيم ، أي أنها تتحول إلى شكل التكاثر الخضري المعتاد.

البكتيريا الملتويةيمكن أن يكون على شكل فاصلة - vibrios ، مع عدة تجعيد - spirilla ، في شكل عصا ملتوية رفيعة - spirochetes. الضمات هي العامل المسبب للكوليرا ، والعامل المسبب لمرض الزهري هو spirochete.

9. ملامح مورفولوجيا الريكتسيا والكلاميديا

الريكتسيا هي كائنات دقيقة صغيرة سالبة الجرام تتميز بتعدد الأشكال الواضح - فهي تشكل أشكالًا مكورة ، على شكل قضيب وخيطية (الشكل 22). تختلف أحجام الريكتسيا من 0.5 إلى 3-4 ميكرون ، ويصل طول الأشكال الخيطية إلى 10-40 ميكرون. لا تشكل جراثيم وكبسولات ، فهي ملطخة باللون الأحمر وفقًا لـ Zdrodovsky.

الكلاميديا ​​هي كروية أو بيضاوية الشكل أو على شكل قضيب. تتقلب أحجامها في حدود 0.2-1.5 ميكرون. يعتمد شكل وحجم الكلاميديا ​​على مرحلة دورة تطورها داخل الخلايا ، والتي تتميز بتحويل تكوين أولي كروي صغير إلى جسم أولي كبير مع انقسام ثنائي. قبل الانقسام ، يتم تغليف جسيمات الكلاميديا ​​في تكوين يشبه كبسولة بكتيرية. صبغة الكلاميديا ​​"* وفقًا لرومانوفسكي-جيمسا ، سالبة الجرام ، مرئية بوضوح في المستحضرات داخل الحجاج مع الفحص المجهري الطوري.

10. هيكل وبيولوجيا الميكوبلازما.

طلب واحد فقط ، Mycoplasmatales ، ينتمي إلى فئة Mollicutes. ممثلو هذا النظام - الميكوبلازما -

إنها تختلف عن البكتيريا في أنها تفتقر إلى جدار خلوي. بدلاً من ذلك ، فإنها تحتوي على غشاء سيتوبلازمي مكون من ثلاث طبقات من البروتين الدهني. تتقلب أحجام المايكوبلازما في حدود 125-250 ميكرون. فهي مستديرة ، بيضاوية أو خيطية ، سلبية الغرام.

تتكاثر الميكوبلازما عن طريق الانشطار الثنائي ، مثل معظم البكتيريا ، خاصة بعد تكوين تكوينات كروية صغيرة (الأجسام الأولية ، EB) في الهياكل الخيطية.

الميكوبلازما قادرة على التبرعم والتجزئة. الحد الأدنى لوحدة الاستنساخ هو ET (0.7-0.2 ميكرون). المكون الرئيسي لغشاء الخلية هو الكوليسترول. الميكوبلازما ليست قادرة على تكوين الكوليسترول والاستفادة منه من الأنسجة أو الوسائط الغذائية المكملة بإدخالها. تلطيخ الجرام سلبي ، لكن تلطيخ رومانوفسكي-جيمسا يعطي أفضل النتائج. تتطلب المايكوبلازما ظروف الزراعة: يجب إضافة المصل الأصلي والكوليسترول والأحماض النووية والكربوهيدرات والفيتامينات والأملاح المختلفة إلى وسائط المغذيات. على وسط كثيف ، تشكل مستعمرات صغيرة شفافة ذات مركز حبيبي مرتفع ، مما يعطيها مظهر "بيض مقلي". بعض أنواع الميكوبلازما على الوسائط التي تحتوي على الدم ، تعطي انحلال الدم A وبيتا. في الوسط شبه السائل ، تنمو الميكوبلازما على طول خط الحقن ، وتشكل مستعمرات متناثرة ومتفتتة. في الوسائط السائلة ، تؤدي إلى ضباب خفيف أو براق ؛ بعض السلالات قادرة على تشكيل أنحف فيلم دهني. في البشر ، يتم عزل ممثلي أجناس Mycoplasma و Ureaplasma و Acholeplasma ، بما في ذلك الأنواع المسببة للأمراض والورم.