با توجه به محل قرارگیری تاژک ها، باکتری ها به دو دسته تقسیم می شوند. اندامک های حرکت: توابع و ساختار، ویژگی های حرکت تک یاخته ها

ساختار. حدود نیمی از گونه های شناخته شده باکتری روی سطح دارای اندام های حرکتی هستند - تاژک های منحنی موج مانند. جرم تاژک تا 2 درصد جرم خشک باکتری است. طول تاژک از طول بدن میکروارگانیسم بیشتر است و 3-12 میکرومتر است. ضخامت تاژک 0.02 میکرومتر است و تاژک‌های قطبی ضخیم‌تر از تاژک‌های اطراف هستند.

تاژک ها از پروتئین فلاژلین (لاتین flagella - flagellum) تشکیل شده اند که در ساختار خود به پروتئین های انقباضی از نوع میوزین تعلق دارد. تاژک شامل یک رشته پروتئینی همگن یا 2 تا 3 رشته است که محکم به صورت یک بافته تا شده اند. نخ تاژک یک مارپیچ سفت و سخت است که در خلاف جهت عقربه های ساعت پیچ خورده است. گام مارپیچ برای هر گونه باکتری خاص است.

تعداد، اندازه و چینش تاژک ها ویژگی هایی هستند که برای یک گونه خاص ثابت هستند و در طبقه بندی مورد توجه قرار می گیرند. با این حال، برخی از باکتری ها می توانند تاژک ایجاد کنند. انواع متفاوت. علاوه بر این، حضور تاژک ها به شرایط محیطی بستگی دارد: در محیط های جامد در طول کشت طولانی مدت، باکتری ها می توانند تاژک ها را از دست بدهند، و در محیط های مایع می توان آنها را دوباره به دست آورد. تعداد و محل تاژک ها در همان گونه را می توان با مرحله چرخه زندگی تعیین کرد. بنابراین، اهمیت طبقه بندی این ویژگی را نباید بیش از حد تخمین زد.

طبقه بندی باکتری ها بر اساس تعداد و محل تاژک:

1. آتریچی - تاژک ها وجود ندارند.

2. مونوتریکوس- یک تاژک واقع در یکی از قطب های سلول (جنس ویبریو)- آرایش تک قطبی تک قطبی تاژک ها، متحرک ترین باکتری ها.

3. Polytrichus - بسیاری از تاژک ها:

– لوفتریک- دسته ای از تاژک ها در یک قطب سلول (تولد سودوموناس, بورکولدریا) - آرایش تک قطبی چندشاخه تاژک.

– آمفیتریک- در هر قطب سلول یک دسته تاژک وجود دارد (جنس Spirillum)- آرایش چند تریشی دوقطبی تاژک ها؛

– پری تریکوز- تاژک ها بدون ترتیب خاصی در سراسر سطح سلول قرار گرفته اند (فام. انتروباکتریاسه(تولد اشریشیا، پروتئوس، فام. باسیلاسه،خانواده Clostidiaceaeتعداد تاژک ها بسته به نوع باکتری از 6 تا 1000 تاژک در هر سلول متغیر است (شکل 7).

شکل 7.گزینه هایی برای محل تاژک در باکتری ها:

1 - monotrich، 2 - lophotrich;

3 - آمفیتریک; 4 - پریتریچ.

- میکروسکوپ الکترونی نشان می دهد که تاژک از سه بخش تشکیل شده است:رشته مارپیچ، قلاب و بدنه پایه (شکل 8).

قسمت اصلی تاژک بلند است نخ مارپیچ (فیبریل) - یک استوانه توخالی سفت و سخت با قطر حدود 120 نانومتر، متشکل از پروتئین فلاژلین. مولکول های پروتئین 11 ردیف در طول نخ تشکیل می دهند و به صورت مارپیچی قرار می گیرند. در طول رشد نخ، مولکول های پروتئین سنتز شده در داخل سلول از حفره استوانه عبور می کنند و در انتهای آن به یک مارپیچ متصل می شوند. در انتهای تاژک یک کلاهک پروتئینی (درب) وجود دارد که دهانه سیلندر را می بندد و از آزاد شدن مولکول های پروتئین در محیط جلوگیری می کند. طول رشته تاژک می تواند به چند میکرومتر برسد. در برخی از گونه های باکتری، تاژک علاوه بر این با یک غلاف در خارج پوشیده شده است. در سطح CS، موضوع مارپیچ به یک ساختار منحنی ضخیم - یک قلاب عبور می کند.

برنج. 8.طرح ساختار تاژک

2. قلاب(ضخامت 20 تا 45 نانومتر) در نزدیکی سطح سلول، یک استوانه نسبتاً کوتاه است که از پروتئینی متفاوت از فلاژلین تشکیل شده است و برای ایجاد اتصال انعطاف‌پذیر رشته به بدن پایه عمل می‌کند.

3. بدن پایهدر پایه تاژک قرار دارد و چرخش آن را تضمین می کند. بدن پایه شامل 9 تا 12 پروتئین مختلف است و شامل دو یا چهار دیسک (حلقه) است که روی یک میله بسته شده است که ادامه قلاب است. این حلقه ها در CPM و CS نصب می شوند. دو حلقه داخلی (M و S) اجزای واجب بدن پایه هستند. حلقه M در CPM موضعی است، حلقه S در فضای پری پلاسمیک باکتری های گرم منفی یا در کیسه پپتیدوگلیکان باکتری های گرم مثبت قرار دارد. دو حلقه بیرونی (D و L) برای حرکت اختیاری هستند، زیرا فقط در باکتری های گرم منفی وجود دارند و به ترتیب در لایه پپتیدوگلیکان و در غشای خارجی CL موضعی هستند. حلقه های S، D و L بی حرکت هستند و برای تثبیت تاژک در CS عمل می کنند. چرخش تاژک با چرخش حلقه M ساخته شده در CPM سلول تعیین می شود. بنابراین، ویژگی های ساختاری بدن پایه تاژک توسط ساختار CS تعیین می شود.

از نظر عملکردی، بدنه پایه یک موتور الکتریکی است که توسط پروتون ها کار می کند. حلقه M بدنه پایه (روتور چرخان) توسط پروتئین های غشایی با بارهای منفی (استاتور موتور) احاطه شده است. سلول باکتری مکانیزم کارآمدی برای تبدیل انرژی الکتروشیمیایی به انرژی مکانیکی دارد. بنابراین، این باکتری حدود 0.1٪ از کل انرژی را که صرف عملکرد تاژک می کند، صرف می کند. هنگامی که تاژک عمل می کند، یک نیروی محرکه پروتون استفاده می شود که با تفاوت در غلظت پروتون در دو طرف بیرونی و داخلی غشاء (در طرف بیرونی تعداد بیشتری از آنها وجود دارد) و وجود بار منفی بیشتر ایجاد می شود. در سمت داخلی غشا. نیروی محرکه پروتون، پروتون‌ها را مجبور می‌کند که از جسم پایه به داخل سلول عبور کنند، در حالی که در قسمت‌های خاصی از روتور معطل می‌شوند و به آنها بار مثبت می‌دهند، سپس پروتون‌ها به داخل سلول می‌روند. قسمت های باردار به گونه ای قرار گرفته اند که یک نیروی جاذبه بین بخش های باردار روتور و استاتور ایجاد می شود، حلقه M با سرعت حدود 300 دور در دقیقه شروع به چرخش می کند. مکانیسم چرخش: شارژ مجدد گروه COOH در اسیدهای آمینه. برای چرخش کامل حلقه، 500 تا 1000 پروتون باید از جسم پایه عبور کند. چرخش حلقه M از طریق محوری که به طور صلب به آن متصل است و قلاب به رشته تاژک منتقل می شود که به عنوان پروانه یا ملخ کشتی عمل می کند. تا زمانی که پیچ کار می کند، باکتری شنا می کند، سهم اینرسی بسیار ناچیز است.

علاوه بر این، باکتری ها، حتی مرده ها، در محیط آبی در نتیجه حرکت براونی حرکت می کنند. سلول باکتری به طور مداوم تحت تأثیر مولکول های اطراف قرار می گیرد که در حرکت حرارتی هستند. ضربه از جهات مختلف باکتری را از این طرف به طرف دیگر پرتاب می کند.

نوع حرکت تاژک ها چرخشی است. دو نوع حرکت وجود دارد: مستقیم و غلتشی (تغییرهای تصادفی دوره ای در جهت حرکت). هنگامی که تاژک ها در خلاف جهت عقربه های ساعت (حدود 1 ثانیه)، با فرکانس 40-60 دور در دقیقه (نزدیک به سرعت یک موتور الکتریکی متوسط) می چرخند، رشته های آنها در یک بسته واحد بافته می شود (شکل 9a). چرخش تاژک ها به سلول منتقل می شود. از آنجایی که سلول بسیار حجیم تر از تاژک است، شروع به حرکت در یک خط مستقیم در جهت مخالف می کند، با سرعتی 3 برابر کمتر از سرعت تاژک.

این حرکت انتقالی سلول را تضمین می کند که سرعت آن در یک محیط مایع برای انواع متفاوتباکتری 20-200 میکرومتر بر ثانیه است (این معادل حدود 300-3000 طول بدن در دقیقه است) و حرکت کندتر روی سطح محیط جامد.

این باکتری می تواند به طور هدفمند در یک جهت بیش از 3 ثانیه شنا کند، سپس ضربه های مولکول های اطراف آن را در جهت تصادفی می چرخاند. بنابراین، باکتری ها مکانیزمی را برای تغییر خود به خود در جهت حرکت ایجاد کرده اند - تعویض موتور تاژک. هنگامی که شروع به چرخش در جهت عقربه‌های ساعت می‌کند (حدود 0.1 ثانیه)، باکتری می‌ایستد و در جهتی تصادفی می‌چرخد. در این حالت، تاژک ها در جهات مختلف پراکنده می شوند (شکل 9b). در آمفیتریک، هنگام حرکت، یک دسته تاژک از داخل به بیرون می چرخد ​​(مانند چتری که توسط باد از داخل به بیرون می چرخد). سپس موتور دوباره به چرخش خلاف جهت عقربه های ساعت سوئیچ می کند و باکتری دوباره در یک خط مستقیم شنا می کند، اما در جهتی متفاوت و تصادفی.

تاژک همچنین می تواند در پاسخ به یک محرک خارجی تغییر جهت دهد. اگر باکتری به سمت غلظت جاذب بهینه حرکت کند، تاژک سلول را از طریق محیط عبور می دهد، حرکت مستقیم آن طولانی تر می شود و فرکانس غلتش کمتر می شود که در نهایت به آن اجازه می دهد در جهت مورد نظر حرکت کند.

مواردی از وجود تاژک های غیرفعال (فلج) شناخته شده است. برای حرکت باکتری های تاژک دار، یکپارچگی (دست نخوردگی) CS ضروری است. درمان سلول ها با لیزوزیم، که منجر به حذف لایه پپتیدوگلیکان CS می شود، باعث از بین رفتن توانایی حرکت باکتری می شود، اگرچه تاژک ها دست نخورده باقی می مانند.

تاکسی باکتری هاخدا حافظ محیطبدون تغییر باقی می ماند، باکتری ها به طور تصادفی شنا می کنند. با این حال، محیط به ندرت کاملاً همگن است. اگر محیط ناهمگن باشد، باکتری‌ها واکنش‌های رفتاری اولیه را نشان می‌دهند: آنها به طور فعال در جهتی که توسط عوامل خارجی مشخص تعیین می‌شود حرکت می‌کنند. به این گونه حرکات هدفمند ژنتیکی باکتری ها تاکسی می گویند. بسته به عامل، کموتاکسی (یک مورد خاص آئروتاکسی)، فوتوتاکسی، مگنتوتاکسی، ترموتاکسی و ویسکوزیتاکسی متمایز می شود.

کموتاکسی- حرکت در جهت معینی نسبت به منبع ماده شیمیایی. مواد شیمیاییبه دو گروه تاکسی‌های بی‌اثر و مسبب - شیمی‌افکتورها تقسیم می‌شوند. در بین عوامل شیمیایی موادی وجود دارد که باکتری ها را جذب می کنند - جذب کننده ها (قندها، اسیدهای آمینه، ویتامین ها، نوکلئوتیدها) و موادی که آنها را دفع می کنند - دافع ها (برخی اسیدهای آمینه، الکل ها، فنل ها، یون های معدنی). جاذب هوازی و دافع پروکاریوت های بی هوازی، اکسیژن مولکولی است. جذب کننده ها اغلب با بسترهای غذایی نشان داده می شوند، اگرچه همه مواد لازم برای بدن به عنوان جذب کننده عمل نمی کنند. همچنین، همه مواد سمی به عنوان دافع عمل نمی کنند و همه مواد دفع کننده مضر نیستند. بنابراین، باکتری ها قادر به واکنش به هیچ ترکیبی نیستند، بلکه فقط به ترکیبات خاص و متفاوت برای باکتری های مختلف می توانند واکنش نشان دهند.

در ساختارهای سطحی یک سلول باکتری، مولکول‌های پروتئینی خاصی وجود دارد - گیرنده‌هایی که به طور خاص به یک شیمی‌افکتور خاص متصل می‌شوند، در حالی که مولکول شیمی‌افکتور تغییر نمی‌کند، اما تغییرات ساختاری در مولکول گیرنده رخ می‌دهد. گیرنده ها به طور ناهموار در تمام سطح سلول قرار دارند و در یکی از قطب ها متمرکز شده اند. وضعیت گیرنده غلظت خارج سلولی عامل مربوطه را منعکس می کند.

کموتاکسی ارزش تطبیقی ​​دارد. به عنوان مثال، اشکال ویبریو وبا با کموتاکسی مختل شده کمتر بدخیم هستند.

آئروتاکسی- باکتری‌هایی که به اکسیژن مولکولی نیاز دارند در اطراف حباب‌های هوا که زیر یک لغزۀ پوششی افتاده‌اند جمع می‌شوند.

فوتوتاکسی- حرکت به سمت یا دور از نور، مشخصه باکتری های فوتوتروف که از نور به عنوان منبع انرژی استفاده می کنند.

مگنتوتاکسی- توانایی باکتری های آبزی حاوی کریستال های مواد معدنی حاوی آهن برای شنا در امتداد خطوط میدان مغناطیسی زمین.

ترموتاکسی- حرکت در جهت تغییر دما که دارد پراهمیتبرای برخی از باکتری های بیماری زا

ویسکوزیتاکسی- توانایی پاسخ به تغییرات ویسکوزیته محلول. باکتری ها معمولاً به محیطی با ویسکوزیته بالاتر تمایل دارند که برای گونه های بیماری زا از اهمیت بالایی برخوردار است.

باکتری های لغزندهتوانایی لغزش با سرعت کم (2 تا 11 میکرومتر بر ثانیه) روی یک بستر جامد یا چسبناک در برخی از پروکاریوت ها، به عنوان مثال، مایکوپلاسماها، یافت شده است.

چندین فرضیه وجود دارد که حرکت لغزشی را توضیح می دهد. مطابق با فرضیه رانش جتاین به دلیل ترشح موکوس از طریق منافذ مخاطی متعدد در SC است که در نتیجه سلول از بستر در جهت مخالف جهت ترشح مخاط دفع می شود. مطابق با فرضیه موج سفرحرکت سر خوردن در اشکال متحرک بدون تاژک با حضور بین لایه پپتیدوگلیکان و غشای خارجی CL یک لایه پروتئینی نازک از فیبرهای مرتب شده، شبیه به رشته‌های تاژک مرتبط است. حرکت چرخشی فیبریل ها، "پرتاب" توسط این ساختارها، منجر به ظهور یک "موج سفر" (برآمدگی های میکروسکوپی متحرک CL) روی سطح سلول می شود که در نتیجه سلول از بستر دفع می شود. در نهایت، ساختارهایی شبیه به اجسام پایه شکل های تاژک دار در برخی از باکتری های سرخورده توصیف شده است.

وظایف تاژک:

1. ایجاد چسبندگی - مرحله اولیهفرآیند عفونی

2. تحرک باکتری ها را فراهم می کند.

3. اختصاصیت آنتی ژنی را تعیین کنید، این آنتی ژن H است.

تشخیص تاژک:

1. میکروسکوپ فاز کنتراست آماده سازی های بومی (قطره های "له شده" و "آویزان"). از نظر میکروسکوپی، تحرک در سلول های کشت روزانه تعیین می شود. به منظور تشخیص تحرک از حرکت براونی غیرفعال، یک قطره از محلول آبی 5 درصد فنل به یک قطره از کشت مورد مطالعه اضافه می شود؛ در این حالت، حرکت فعال متوقف می شود.

2. میکروسکوپ میدان تاریک آماده سازی بومی.

3. میکروسکوپ نوری از آماده سازی های رنگ آمیزی شده با رنگ یا فلز. از آنجایی که تاژک ها در حین آماده سازی به راحتی آسیب می بینند، از این روش ها به ندرت در تمرین روزمره استفاده می شود.

تاژک‌ها با استفاده از سلول‌های رشد یافته روی مایل آگار رنگ‌آمیزی می‌شوند. سلول های واقع در نزدیکی آب تراکم با یک حلقه باکتریایی انتخاب می شوند و با دقت به آب مقطر استریل با همان دمای دمای انکوباسیون باکتری ها در آگار مایل منتقل می شوند و باکتری ها از حلقه تکان نمی خورند، بلکه با دقت در آب غوطه ور می شوند. لوله حاوی باکتری به مدت 30 دقیقه در دمای اتاق باقی می ماند. از شیشه خالص شیمیایی (شسته شده در مخلوط کروم) استفاده می شود که روی آن 2-3 قطره سوسپانسیون ریخته می شود. تعلیق با کج کردن ملایم روی سطح شیشه پخش می شود. دارو را در هوا خشک کنید.

تاژک ها بسیار نازک هستند، بنابراین آنها را فقط می توان با پردازش خاص تشخیص داد. در ابتدا به کمک اچ، تورم و افزایش اندازه آنها حاصل می شود و سپس آماده سازی رنگی می شود که به دلیل آن در زیر میکروسکوپ نوری قابل مشاهده می شوند.

بیشتر استفاده می شود روش نقره‌کاری طبق موروزوف (شکل 10):

- آماده سازی با محلول اسید استیک یخبندان به مدت 1 دقیقه ثابت می شود و با آب شسته می شود.

- محلول تانن (برنزه کردن، متراکم تر کردن تاژک ها) را به مدت 1 دقیقه بمالید و با آب شسته شود.

- آماده سازی با حرارت دادن با محلول اشباع کننده نیترات نقره به مدت 1-2 دقیقه، شسته شده با آب، خشک شده و میکروسکوپی درمان می شود.

از نظر میکروسکوپی، سلول های قهوه ای تیره و تاژک های روشن تر قابل مشاهده هستند.

برنج. 10.شناسایی تاژک ها با نقره کاری

برنج. یازدهشناسایی تاژک

توسط میکروسکوپ الکترونی

شکل 4. میکروسکوپ الکترونی آماده سازی های رسوب شده با فلزات سنگین (شکل 11).

5. غیرمستقیم - با توجه به ماهیت رشد باکتری هنگام کاشت در آگار نیمه مایع 0.3٪. پس از انکوباسیون محصولات در یک ترموستات به مدت 1-2 روز، ماهیت رشد باکتری ها مشخص می شود:

- در باکتری های غیر متحرک (مثلا S.saprophyticus) در طول تزریق رشد می کند - "ناخن" و محیط شفاف است.

در باکتری های متحرک (مثلا E. coli) رشد در سمت تزریق، در سراسر ستون آگار - "هرینگبون" و کدورت منتشر محیط وجود دارد.

همه باکتری هابه متحرک و غیر متحرک تقسیم می شود. اندام های حرکتی در باکتری ها تاژک هستند. آنها از فلاژلین تشکیل شده اند، پروتئینی که از نظر ساختاری با پروتئین های انقباضی نوع میوزین مرتبط است.

پایه تاژکیک جسم پایه است، متشکل از سیستمی از دیسک ها (بلفاروپلاست: 1 دیسک - سمت بیرونی دیواره سلولی، 2 دیسک - سمت داخلی دیواره سلولی، 3 دیسک - غشای سیتوپلاسمی)، "جاسازی شده" در سیتوپلاسمی غشاء و دیواره سلولی طول تاژک از طول بدن خود میکروب بیشتر است.
با توجه به تعداد تاژک هاو مکان آنها، میکروارگانیسم های متحرک به دو دسته تقسیم می شوند:

1. یکنواخت، داشتن یک تاژک در انتهای بدن (متحرک ترین). به عنوان مثال، ویبریو کلرا.

2. Lophotrichous، داشتن دسته ای از تاژک در یکی از قطب های سلول. به عنوان مثال، Burkholderia (Pseudomonas) pseudomalei عامل ایجاد کننده ملیوئیدوز است.
3. آمفیتریک، داشتن تاژک در هر دو قطب سلول. به عنوان مثال، Spirillum volutans.
4. پریتریک، داشتن تاژک در سراسر محیط سلول. به عنوان مثال، اشرشیاکلی، سالمونلا تیفی.

تشخیص تاژک.تاژک ها بسیار نازک هستند، بنابراین آنها را فقط می توان با پردازش خاص تشخیص داد. به ویژه، ابتدا با کمک یک موم، تورم و افزایش اندازه آنها حاصل می شود و سپس آماده سازی رنگی می شود که به دلیل آن در زیر میکروسکوپ نوری قابل مشاهده می شوند. تاژک را می توان با رنگ آمیزی طبق موروزوف، لفلر و همچنین با میکروسکوپ الکترونی تشخیص داد. تاژک را می توان با تحرک فعال باکتری ها نیز تشخیص داد.

حرکت میکروب ها در آماده سازی قطره های "له شده" و "آویزان" از فرهنگ های زنده مشاهده می شود. این آماده سازی ها با یک عدسی خشک یا غوطه ور در یک میدان تاریک یا در کنتراست فاز میکروسکوپی می شوند. علاوه بر این، تحرک را می توان با ماهیت رشد باکتری ها در آگار نیمه مایع تعیین کرد.

از باکتری می نوشید.

پیلی (پیلی)، مترادف: پرز، فیمبریا، رشته‌های توخالی نازکی از طبیعت پروتئینی هستند که سطح سلول‌های باکتریایی را می‌پوشانند. بر خلاف تاژک ها، آنها عملکرد حرکتی را انجام نمی دهند.

پیلی از سطح سلول گسترش یافته و از پروتئین تشکیل شده است پیلینا.

با توجه به هدف عملکردی آنها به 2 نوع تقسیم می شوند.

1) پیلی از نوع اول در اکثر باکتری ها وجود دارد، به همین دلیل به آنها "پرزهای نوع عمومی" (پرزهای معمولی) می گویند. آنها باعث چسبیدن یا چسبندگی باکتری ها به سلول های خاصی از ارگانیسم میزبان می شوند. چسبندگی مرحله اولیه هر فرآیند عفونی است.
2) پیلی از نوع دوم (مترادف: مزدوج، یا جنسی - پیلی جنسی) فقط در باکتری های اهدایی که دارای پلاسمید خاص هستند موجود است. تعداد آنها کوچک است - 1-4 در هر سلول.

اره های کفی وظایف زیر را انجام می دهند:

1. در انتقال مواد ژنتیکی از یک سلول به سلول دیگر در طول کونژوگاسیون باکتری ها شرکت کنید.

2. آنها ویروس های باکتریایی خاص - باکتریوفاژها را جذب می کنند

هاگ های باکتری، شرایط تشکیل، مکان، مکانیسم و ​​مراحل رنگ آمیزی اوژسکی.

جنجال - جدال سرسختانه- شکل عجیبی از باکتری های استراحت با نوع گرم مثبت ساختار دیواره سلولی.

هاگ زایی- این روشی برای حفظ یک گونه (ژنوفور) در محیط خارجی در شرایط نامطلوب است و نه روشی برای تولید مثل.

هاگ تشکیل می شوددر شرایط نامطلوب برای وجود باکتری ها (خشک شدن، کمبود مواد مغذی و غیره). در داخل سلول باکتری، یک هاگ (اندوسپور) تشکیل می شود.

مراحل تشکیل هاگ

1. مقدماتی. در سیتوپلاسم باکتری ها ناحیه متراکم شده ای تشکیل می شود که آب آزاد ندارد به نام «منطقه اسپوروژن» که حاوی نوکلوئید است.

2. مرحله پرسپورها (پرسپورها). در اطراف منطقه اسپوروژن، غلاف یک غشای سیتوپلاسمی دوگانه تشکیل می شود.

3. تشکیل قشر متشکل از پپتیدوگلیکان و یک غشای خارجی با محتوای بالای نمک های کلسیم و لیپیدها.

4. مرحله بلوغ. یک پوشش اسپور در سمت بیرونی غشای خارجی تشکیل می شود، پس از آن قسمت رویشی سلول لیز می شود و اسپور را آزاد می کند.

توسعه میکروبیولوژی در دهه های اخیر اکتشافات زیادی را به همراه داشته است. و یکی از آنها ویژگی های حرکت باکتری های تاژک دار است. طراحی موتورهای این موجودات باستانی بسیار پیچیده بود و طبق اصل کار آنها، بسیار متفاوت از تاژک های نزدیکترین خویشاوندان یوکاریوتی ما از تک یاخته ها است. موتور باکتری تاژک دار داغ ترین مناقشه بین خلقت گرایان و تکامل گرایان بوده است. درباره باکتری ها، موتورهای تاژک دار آنها و موارد دیگر - این مقاله.

زیست شناسی عمومی

برای شروع، اجازه دهید به یاد بیاوریم که آنها چه نوع موجوداتی هستند و چه جایگاهی را در سیستم دنیای ارگانیک سیاره ما اشغال می کنند. دامنه باکتری تعداد زیادی از موجودات پروکاریوتی تک سلولی (بدون هسته تشکیل شده) را متحد می کند.

این سلول های زنده تقریباً 4 میلیارد سال پیش در صحنه زندگی ظاهر شدند و اولین ساکنان این سیاره بودند. آنها می توانند اشکال بسیار متفاوتی داشته باشند (کوکسی، میله، ویبریو، اسپیروکت)، اما بیشتر آنها تاژکدار هستند.

باکتری ها کجا زندگی می کنند؟ هر کجا. بیش از 5 × 10 30 در این سیاره زندگی می کنند. حدود 40 میلیون از آنها در 1 گرم خاک وجود دارد که تا 39 تریلیون در بدن ما زندگی می کنند. آنها را می توان در پایین ترانشه ماریانا، در "سیگاری های سیاه" داغ در کف اقیانوس ها، در یخ های قطب جنوب پیدا کرد و در حال حاضر تا 10 میلیون باکتری روی دستان خود دارید.

ارزش غیر قابل انکار است

علیرغم اندازه میکروسکوپی آنها (0.5-5 میکرون)، کل زیست توده آنها در زمین بیشتر از زیست توده حیوانات و گیاهان است. نقش آنها در گردش مواد بی بدیل است و خواص مصرف کنندگان آنها (نابود کننده مواد آلی) اجازه نمی دهد کره زمین با کوه های اجساد پوشیده شود.

خوب، عوامل بیماری زا را فراموش نکنید: عوامل ایجاد کننده طاعون، آبله، سیفلیس، سل و بسیاری از بیماری های عفونی دیگر نیز باکتری هستند.

باکتری ها در فعالیت های اقتصادی انسان کاربرد پیدا کرده اند. شروع از صنایع غذایی ( محصولات لبنیپنیر، ترشی سبزیجات، مشروبات الکلیاقتصاد "سبز" (سوخت های زیستی و بیوگاز) تا روش های مهندسی سلولی و تولید داروها (واکسن ها، سرم ها، هورمون ها، ویتامین ها).

مورفولوژی عمومی

همانطور که قبلاً ذکر شد ، این نمایندگان تک سلولی زندگی هسته ندارند ، مواد ارثی آنها (مولکول های DNA به شکل حلقه) در منطقه خاصی از سیتوپلاسم (نوکلوئید) قرار دارد. سلول آنها دارای یک غشای پلاسمایی و یک کپسول متراکم است که توسط پپتیدوگلیکان مورئین تشکیل شده است. از اندامک های سلولی، باکتری ها دارای میتوکندری هستند، ممکن است کلروپلاست ها و ساختارهای دیگر با عملکردهای مختلف وجود داشته باشد.

بیشتر باکتری ها تاژک هستند. کپسول محکم روی سطح سلول با تغییر خود سلول، مانند آمیب ها، از حرکت آنها در اطراف جلوگیری می کند. تاژک های آنها تشکیلات پروتئینی متراکم با طول های مختلف و حدود 20 نانومتر قطر است. برخی از باکتری ها دارای یک تاژک منفرد (یک تک تک)، در حالی که برخی دیگر دارای دو تاژک (آمفیتریک) هستند. گاهی اوقات تاژک ها به صورت دسته هایی قرار می گیرند (لوفوتریک) یا تمام سطح سلول را می پوشانند (پریتریک).

بسیاری از آنها به صورت تک سلولی زندگی می کنند، اما برخی از آنها خوشه هایی (جفت، زنجیره، رشته ها، هیف) تشکیل می دهند.

ویژگی های حرکتی

باکتری های تاژک دار می توانند به روش های مختلفی حرکت کنند. برخی فقط به سمت جلو حرکت می کنند و با غلتیدن جهت را تغییر می دهند. برخی از آنها می توانند تکان بخورند، برخی دیگر با لغزش حرکت می کنند.

تاژک های باکتری ها نه تنها عملکرد یک "پارو" سلولی را انجام می دهند، بلکه می توانند یک ابزار "شبیه سواری" نیز باشند.

تا همین اواخر اعتقاد بر این بود که تاژک یک باکتری مانند دم مار تکان می خورد. مطالعات اخیر نشان داده است که تاژک باکتری ها بسیار پیچیده تر است. مانند یک توربین کار می کند. متصل به درایو، در یک جهت می چرخد. محرک یا موتور تاژک دار باکتری ها یک ساختار مولکولی پیچیده است که مانند یک ماهیچه عمل می کند. با این تفاوت که بعد از انقباض عضله باید شل شود و موتور باکتریایی دائما کار می کند.

نانو مکانیزم تاژک

بدون پرداختن به بیوشیمی حرکت، متوجه می شویم که تا 240 پروتئین در ایجاد محرک تاژک نقش دارند که به 50 جزء مولکولی با عملکرد خاصی در سیستم تقسیم می شوند.

در این سیستم رانش باکتریایی، روتوری وجود دارد که حرکت می کند و استاتوری که این حرکت را فراهم می کند. شفت محرک، بوش، کلاچ، ترمز و گاز وجود دارد

این موتور مینیاتوری به باکتری ها اجازه می دهد تنها در یک ثانیه 35 برابر اندازه خود حرکت کنند. در همان زمان، کار خود تاژک، که 60 هزار دور در دقیقه انجام می دهد، بدن تنها 0.1٪ از کل انرژی مصرفی سلول را صرف می کند.

همچنین تعجب آور است که این باکتری می تواند تمام قطعات یدکی مکانیزم موتور خود را "در حال حرکت" جایگزین و تعمیر کند. فقط تصور کنید که در هواپیما هستید. و تکنسین ها تیغه های یک موتور در حال کار را عوض می کنند.

باکتری تاژک دار در مقابل داروین

موتوری که می تواند با سرعت 60000 دور در دقیقه کار کند، خود راه انداز شود و فقط از کربوهیدرات ها (قند) به عنوان سوخت استفاده کند، و دستگاهی شبیه به موتور الکتریکی داشته باشد - آیا چنین وسیله ای می تواند در فرآیند تکامل به وجود آمده باشد؟

این سوالی است که مایکل بیه، دکترای زیست شناسی، در سال 1988 از خود پرسید. او مفهوم یک سیستم غیرقابل تقلیل را در زیست شناسی معرفی کرد - سیستمی که در آن تمام اجزای آن به طور همزمان برای اطمینان از عملکرد آن ضروری هستند و حذف حداقل یک قسمت منجر به اختلال کامل در عملکرد آن می شود.

از نقطه نظر تکامل داروین، تمام تغییرات ساختاری در بدن به تدریج رخ می دهد و تنها تغییرات موفق با انتخاب طبیعی انتخاب می شوند.

نتیجه گیری M. Behe، که در کتاب "جعبه سیاه داروین" (1996) بیان شده است: موتور یک باکتری تاژک دار یک سیستم تقسیم ناپذیر از بیش از 40 قسمت است و فقدان حداقل یکی منجر به اختلال عملکرد کامل آن می شود. سیستم، به این معنی که این سیستم نمی تواند از طریق انتخاب طبیعی رخ دهد.

مرهم برای خلقت گرایان

نظریه آفرینش که توسط دانشمند و استاد زیست شناسی، رئیس دانشکده علوم زیستی دانشگاه لیهای بیت لحم (ایالات متحده آمریکا) M. Behe ​​ارائه شده است، بلافاصله توجه خادمین کلیسا و طرفداران نظریه الهی را به خود جلب کرد. منشا زندگی

در سال 2005، در ایالات متحده، حتی یک دعوی قضایی وجود داشت که در آن بهه شاهدی از طرفداران نظریه "طراحی معقول" بود که معرفی مطالعه آفرینش گرایی در مدارس دوور را در دوره "در نظر گرفت. روی پانداها و مردم." این روند از بین رفت، تدریس چنین موضوعی مغایر با قانون اساسی فعلی شناخته شد.

اما بحث بین خلقت گرایان و تکامل گرایان امروز ادامه دارد.

تاژک ساختار سطحی یک سلول باکتریایی است که به آنها برای حرکت در محیط مایع کمک می کند.

بسته به محل تاژک، باکتری ها به دو دسته تقسیم می شوند (شکل 1):

قطب

زیر قطبی

• پریتریشیال

  مختلط

تاژک قطبی- یک یا چند تاژک روی یک قطب (تک قطبی) یا هر دو (دو قطبی) سلول قرار دارند و قاعده موازی با محور طولانی سلول است.

تاژک های زیر قطبی(subpolar) - یک یا چند تاژک در نقطه انتقال سطح جانبی به قطب سلول در یک یا دو انتهای آن قرار دارند. در پایه یک زاویه قائمه با محور طولانی سلول قرار دارد.

تاژک های جانبی(جانبی) - یک یا چند تاژک به شکل یک بسته نرم افزاری در نقطه میانی یکی از نیمه های سلول قرار دارند.

تاژک های پریتریشیال- در تمام سطح سلول یک به یک یا به صورت دسته‌ای قرار دارند، قطب‌ها معمولاً از آنها محروم هستند.

تاژک های مختلط- دو یا چند تاژک در آن قرار دارند نقاط مختلفسلول ها.

بسته به تعداد تاژک ها عبارتند از:

یکنواخت - یک تاژک

Polytrics - دسته ای از تاژک

همچنین متمایز شد:

لوفتریک- آرایش چند تریشیال انحصاری تاژک ها.

آمفیتریک ها- آرایش چند تریشیال دوقطبی تاژک ها.

ساختار تاژک باکتریایی و بدن پایه. تاژک.

خود تاژک کاملاً ساده چیده شده است: رشته ای که به بدن پایه متصل است. گاهی اوقات یک بخش منحنی از لوله، به اصطلاح قلاب، را می توان بین بدن پایه و فیلامنت قرار داد، ضخیم تر از فیلامنت است و در اتصال انعطاف پذیر رشته به بدنه پایه شرکت می کند.

تاژک از نظر ترکیب شیمیایی 98 درصد از پروتئین فلاژلین (فلاژل - تاژک)، حاوی 16 اسید آمینه، گلوتامین و اسیدهای آسپارتیک غالب است، تریپتوفان، سیستئین و سیستین در مقدار کمی اسیدهای آمینه معطر وجود ندارد. فلاژلین خاصیت آنتی ژنی را تحمیل می کند که به آن آنتی ژن H گفته می شود. تاژک های باکتریایی فعالیت ATPase ندارند.

ضخامت تاژک 10-12 نانومتر و طول آن 3-15 میکرومتر است.

این یک مارپیچ سفت و سخت است که در خلاف جهت عقربه‌های ساعت می‌پیچد. چرخش تاژک نیز در خلاف جهت عقربه های ساعت با فرکانس 40 دور در دقیقه تا 60 دور در دقیقه انجام می شود که باعث می شود سلول در جهت مخالف بچرخد، اما از آنجایی که سلول بسیار سنگین تر از تاژک است، سپس چرخش آن از 12 تا 14 دور در دقیقه کندتر است.

تاژک از انتهای دیستال رشد می کند، جایی که زیر واحدها از طریق کانال داخلی وارد می شوند. در برخی گونه ها، تاژک علاوه بر این از بیرون با یک غلاف پوشیده شده است که ادامه دیواره سلولی است و احتمالاً ساختار مشابهی دارد.

بدن پایه

بدن پایه از 4 قسمت تشکیل شده است:

جفت گیری میله با رشته یا قلاب

دو دیسک که روی یک میله بسته شده اند. (M و S)

گروه کمپلکس های پروتئینی (استاتورها)

کلاه پروتئینی

باکتری هایی که دارای یک غشای داخلی و خارجی هستند دارای 2 دیسک اضافی (P و L) و ساختار پروتئینی هستند که در غشای خارجی نزدیک بدن پایه قرار دارند، بنابراین نقش مهمی در حرکت ندارند.

ویژگی ساختار بدن پایه توسط ساختار دیواره سلولی تعیین می شود: دست نخورده بودن آن برای حرکت تاژک ها ضروری است. درمان سلول ها با لیزوزیم منجر به حذف لایه پپتیدوگلیکان از دیواره سلولی می شود که منجر به از دست دادن حرکت می شود، اگرچه ساختار تاژک مختل نشد.

تاژک های باکتریایی تحرک سلول باکتری را تعیین می کنند. تاژک ها رشته های نازکی هستند که از غشای سیتوپلاسمی سرچشمه می گیرند و از خود سلول بلندتر هستند. ضخامت تاژک ها 12 تا 20 نانومتر و طول آن 3 تا 15 میکرومتر است. آنها از 3 قسمت تشکیل شده اند: یک نخ مارپیچ، یک قلاب و یک بدنه پایه حاوی میله ای با دیسک های مخصوص (1 جفت دیسک برای گرم مثبت و 2 جفت دیسک برای باکتری های گرم منفی). دیسک های تاژک به غشای سیتوپلاسمی و دیواره سلولی چسبیده اند. این باعث ایجاد اثر یک موتور الکتریکی با یک میله موتور می شود که تاژک را می چرخاند. تاژک از یک پروتئین - فلاژلین (از تاژک - تاژک) تشکیل شده است. آنتی ژن H است. زیرواحدهای فلاژلین مارپیچ هستند. تعداد تاژک‌ها در باکتری‌های گونه‌های مختلف از یک (مونوتریچ) در Vibrio cholerae تا ده یا صدها تاژک که در امتداد محیط باکتری (peritrich) در اشریشیا کلی، پروتئوس و غیره گسترش می‌یابند متفاوت است. انتهای سلول آمفیتریک ها دارای یک تاژک یا دسته ای از تاژک ها در انتهای مخالف سلول هستند.

پیلی (فیمبریا، پرزها) - تشکیلات رشته ای، نازک تر و کوتاه تر (3-10 نانومتر x 0.3-10 میکرون) از تاژک. پیلی از سطح سلول گسترش یافته و از پروتئین پیلین تشکیل شده است که فعالیت آنتی ژنی دارد. پیلی‌هایی وجود دارند که مسئول چسبندگی هستند، یعنی برای اتصال باکتری‌ها به سلول آسیب‌دیده، و همچنین پیلی‌هایی که مسئول تغذیه، متابولیسم آب-نمک و جنسی (F-pili) یا کونژوگاسیون هستند. نوشیدنی فراوان است - چند صد در هر قفس. با این حال، پیلی‌های جنسی معمولاً 1-3 در هر سلول هستند: آنها توسط سلول‌های اهداکننده به اصطلاح "نر" حاوی پلاسمیدهای قابل انتقال (F-, R-, Col-plasmids) تشکیل می‌شوند. یکی از ویژگی های متمایز جنسیت پیلی تعامل با باکتریوفاژهای کروی "نر" ویژه است که به شدت روی پیل جنسی جذب می شوند.

اسپورها شکل عجیبی از باکتری های سفت و خفته هستند، به عنوان مثال. باکتری با ساختار دیواره سلولی گرم مثبت اسپورها در شرایط نامطلوب برای وجود باکتری ها (خشک شدن، کمبود مواد مغذی و غیره) تشکیل می شوند. یک هاگ (اندوسپور) در داخل سلول باکتری تشکیل می شود. تشکیل هاگ به حفظ گونه کمک می کند و روشی برای تولید مثل نیست. مانند قارچ ها.باکتری های اسپورساز از جنس باسیلوس هاگ هایی دارند که از قطر سلول تجاوز نمی کند.به باکتری هایی که اندازه هاگ آنها از قطر سلول بیشتر است کلستریدیا می گویند، برای مثال باکتری های جنس کلستریدیوم (lat. کلستریدیوم - دوک نخ ریسی) هاگ ها در برابر اسید مقاوم هستند، بنابراین طبق روش Aujeszky یا طبق روش Ziehl-Neelsen به رنگ قرمز و سلول رویشی به رنگ آبی رنگ می شوند.

شکل اختلاف می تواند بیضی، کروی باشد. مکان در سلول ترمینال است، یعنی. در انتهای چوب (در عامل ایجاد کننده کزاز)، ساب ترمینال - نزدیک به انتهای چوب (در پاتوژن های بوتولیسم، گانگرن گازی) و مرکزی (در باسیل سیاه زخم). اسپور به دلیل وجود پوسته چند لایه، دی پی کولینات کلسیم، محتوای کم آب و فرآیندهای متابولیک کند برای مدت طولانی باقی می ماند. در شرایط مساعد، هاگ ها در سه مرحله متوالی جوانه می زنند: فعال سازی، شروع، جوانه زنی.

8. اشکال اصلی باکتری ها

باکتری های کروی (کوکسی)معمولا کروی هستند، اما ممکن است کمی بیضی یا لوبیا شکل باشند. کوکسی ها را می توان به تنهایی (میکروکوکی) قرار داد. به صورت جفت (دیپلوکوک)؛ به شکل زنجیره ای (استرپتوکوک) یا خوشه های انگور (استافیلوکوک)، یک بسته (سارسینا). استرپتوکوک ها می توانند باعث التهاب لوزه و اریسیپل، استافیلوکوک - فرآیندهای مختلف التهابی و چرکی شوند.

باکتری های میله ای شکلرایج ترین. میله ها می توانند منفرد باشند، به صورت جفت (دیپلوباکتری) یا زنجیره ای (استرپتوباکتری) به هم متصل شوند. باکتری های میله ای شکل عبارتند از اشریشیا کلی، پاتوژن های سالمونلوز، اسهال خونی، تب حصبه، سل و غیره. برخی از باکتری های میله ای شکل توانایی تشکیل در شرایط نامساعد را دارند. اختلافاتمیله های تشکیل دهنده هاگ نامیده می شوند باسیل هاباسیل های دوکی شکل نامیده می شوند کلستریدیا

اسپورزایی فرآیند پیچیده ای است. هاگ ها به طور قابل توجهی با یک سلول باکتریایی معمولی متفاوت است. آنها دارای پوسته متراکم و مقدار بسیار کمی آب هستند، آنها به مواد مغذی نیاز ندارند و تولید مثل به طور کامل متوقف می شود. هاگ ها قادر به تحمل خشک شدن، دماهای بالا و پایین برای مدت طولانی هستند و می توانند ده ها و صدها سال در حالت زنده باشند (اسپور سیاه زخم، بوتولیسم، کزاز و غیره). پس از قرار گرفتن در یک محیط مساعد، هاگ ها جوانه می زنند، یعنی به شکل معمول تکثیر رویشی تبدیل می شوند.

باکتری های پیچیدهمی تواند به شکل یک کاما - ویبریو، با چندین حلقه - اسپیرلا، به شکل یک چوب پیچ خورده نازک - اسپیروکت باشد. ویبریوها عامل ایجاد وبا هستند و عامل ایجاد کننده سیفلیس اسپیروکت است.

9. ویژگی های مورفولوژی ریکتزیا و کلامیدیا

ریکتزیا میکروارگانیسم های گرم منفی کوچکی هستند که با پلی مورفیسم مشخص مشخص می شوند - آنها کوکسی ها، شکل های میله ای شکل و رشته ای را تشکیل می دهند (شکل 22). اندازه ریکتزیا از 0.5 تا 3-4 میکرون متفاوت است، طول فرم های رشته ای به 10-40 میکرون می رسد. آنها هاگ و کپسول تشکیل نمی دهند، طبق گفته Zdrodovsky قرمز رنگ می شوند.

کلامیدیا کروی، بیضی یا میله ای شکل است. اندازه آنها بین 0.2-1.5 میکرون در نوسان است. مورفولوژی و اندازه کلامیدیا به مرحله چرخه رشد درون سلولی آنها بستگی دارد که با تبدیل یک تشکیل اولیه کروی کوچک به یک جسم اولیه بزرگ با تقسیم دوتایی مشخص می شود. قبل از تقسیم، ذرات کلامیدیا در ساختاری شبیه کپسول باکتری قرار می گیرند. رنگ کلامیدیا "* طبق رومانوفسکی-گیمسا، گرم منفی، به وضوح در آماده سازی داخل حیاتی با میکروسکوپ فاز کنتراست قابل مشاهده است.

10. ساختار و بیولوژی مایکوپلاسماها.

فقط یک راسته، Mycoplasmatales، متعلق به کلاس Mollicutes است. نمایندگان این راسته - مایکوپلاسما -

آنها با باکتری ها تفاوت دارند زیرا فاقد دیواره سلولی هستند. در عوض، آنها حاوی یک غشای سیتوپلاسمی لیپوپروتئین سه لایه هستند. اندازه مایکوپلاسماها بین 125-250 میکرون در نوسان است. آنها گرد، بیضی یا رشته ای، گرم منفی هستند.

مایکوپلاسماها مانند اکثر باکتری ها از طریق شکافت دوتایی تکثیر می شوند، به ویژه پس از تشکیل تشکیلات کوکوئیدی کوچک (جسم ابتدایی، EB) در ساختارهای رشته ای.

مایکوپلاسماها قادر به جوانه زدن و تقسیم بندی هستند. حداقل واحد تولید مثل ET (0.7-0.2 میکرون) است. جزء اصلی غشای سلولی کلسترول است. مایکوپلاسماها قادر به تشکیل کلسترول نیستند و آن را از بافت ها یا مواد مغذی مکمل شده با معرفی آنها استفاده می کنند. رنگ آمیزی گرم منفی است، اما رنگ آمیزی Romanovsky-Giemsa بهترین نتیجه را می دهد. مایکوپلاسماها در شرایط کشت نیازمند هستند: سرم بومی، کلسترول، اسیدهای نوکلئیک، کربوهیدرات ها، ویتامین ها و نمک های مختلف باید به محیط های غذایی اضافه شوند. در محیط های متراکم، آنها کلنی های نیمه شفاف کوچک مشخصی را با یک مرکز دانه ای برجسته تشکیل می دهند که به آنها ظاهر "تخم مرغ سرخ شده" می دهد. در محیط های حاوی خون، برخی از انواع مایکوپلاسماها همولیز a و بتا می دهند. در محیط های نیمه مایع، مایکوپلاسماها در امتداد خط تزریق رشد می کنند و کلونی های پراکنده و شکننده را تشکیل می دهند. در محیط های مایع، آنها منجر به تیرگی یا مادی خفیف می شوند. برخی از سویه ها می توانند نازک ترین لایه چرب را تشکیل دهند. در انسان، نمایندگان جنس های Mycoplasma، Ureaplasma و Acholeplasma از جمله گونه های بیماری زا و ساپروفیت جدا شده اند.