Skip to main content
Global

4.1: موائل بدائيات النواة والعلاقات والميكروبيوم

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    194875

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    أهداف التعلم

    • تحديد ووصف الأمثلة الفريدة لبدائيات النواة في الموائل المختلفة على الأرض
    • تحديد ووصف العلاقات التكافلية
    • قارن الميكروبات العادية/القاطعة/المقيمة بالميكروبات العابرة
    • شرح كيفية تصنيف بدائيات النواة

    التركيز السريري: الجزء الأول

    عادت مارشا، وهي طالبة جامعية تبلغ من العمر 20 عامًا، مؤخرًا إلى الولايات المتحدة من رحلة إلى نيجيريا، حيث تدربت كمساعد طبي لمنظمة تعمل على تحسين الوصول إلى الخدمات المختبرية لاختبار السل. عندما عادت، بدأت مارشا تشعر بالتعب، وهو ما عزته في البداية إلى اضطراب الرحلات الجوية الطويلة. ومع ذلك، استمر التعب، وسرعان ما بدأت مارشا تعاني من أعراض مزعجة أخرى، مثل السعال العرضي، والتعرق الليلي، وفقدان الشهية، والحمى منخفضة الدرجة التي تبلغ 37.4 درجة مئوية (99.3 درجة فهرنهايت).

    توقعت مارشا أن تهدأ أعراضها في غضون أيام قليلة، ولكن بدلاً من ذلك، أصبحت تدريجيًا أكثر حدة. بعد حوالي أسبوعين من عودتها إلى المنزل، سعلت بعض البلغم ولاحظت أنه يحتوي على دم وكتل بيضاء صغيرة تشبه الجبن. ارتفعت الحمى إلى 38.2 درجة مئوية (100.8 درجة فهرنهايت)، وبدأت تشعر بألم حاد في صدرها عند التنفس بعمق. نظرًا لقلقها من أنها تبدو أسوأ، حددت مارشا موعدًا مع طبيبها.

    التمارين الرياضية\(\PageIndex{1}\)

    هل يمكن أن تكون أعراض مارشا مرتبطة بسفرها إلى الخارج، حتى بعد عدة أسابيع من عودتها إلى المنزل؟

    يتم تصنيف جميع الكائنات الحية إلى ثلاثة مجالات للحياة: الأركيا والبكتيريا واليوكاريا. في هذا الفصل، سنركز على مجالات الأركيا والبكتيريا. تعتبر الأركيا والبكتيريا كائنات بدائية النواة أحادية الخلية. على عكس حقيقيات النوى، ليس لديهم نوى أو أي عضيات أخرى مرتبطة بالغشاء.

    موائل ووظائف بدائيات النواة

    بدائيات النواة موجودة في كل مكان. يمكن العثور عليها في كل مكان على كوكبنا، حتى في الينابيع الساخنة، في الدرع الجليدي في أنتاركتيكا، وتحت ضغط شديد على بعد ميلين تحت الماء. حتى أن إحدى البكتيريا، وهي Paracoccus denitrificans، أثبتت قدرتها على البقاء عندما أزالها العلماء من بيئتها الأصلية (التربة) واستخدموا جهاز طرد مركزي لإخضاعها لقوى جاذبية قوية مثل تلك الموجودة على سطح كوكب المشتري.

    توجد بدائيات النواة أيضًا بكثرة في جسم الإنسان وداخله. وفقًا لتقرير صادر عن المعاهد الوطنية للصحة، فإن بدائيات النواة، وخاصة البكتيريا، تفوق عدد الخلايا البشرية بنسبة 10:1. 1 تشير الدراسات الحديثة إلى أن النسبة قد تكون أقرب إلى 1:1، ولكن حتى هذه النسبة تعني وجود عدد كبير من البكتيريا داخل جسم الإنسان. 2 تتكاثر البكتيريا في فم الإنسان وتجويف الأنف والحلق والأذنين والجهاز الهضمي والمهبل. يمكن العثور على مستعمرات كبيرة من البكتيريا على جلد الإنسان الصحي، خاصة في المناطق الرطبة (الإبطين والسرة والمناطق خلف الأذنين). ومع ذلك، حتى المناطق الأكثر جفافاً من الجلد ليست خالية من البكتيريا.

    إن وجود بدائيات النواة مهم جدًا لاستقرار وازدهار النظم البيئية. على سبيل المثال، فهي جزء ضروري من عمليات تكوين التربة وتثبيتها من خلال تكسير المواد العضوية وتطوير الأغشية الحيوية. يحتوي جرام واحد من التربة على ما يصل إلى 10 مليارات من الكائنات الحية الدقيقة (معظمها بدائية النواة) تنتمي إلى حوالي 1000 نوع. تستخدم العديد من أنواع البكتيريا المواد المنبعثة من جذور النباتات، مثل الأحماض والكربوهيدرات، كمغذيات. تقوم البكتيريا باستقلاب هذه المواد النباتية وإطلاق منتجات الأيض البكتيري مرة أخرى إلى التربة، مما يشكل الدبال وبالتالي يزيد من خصوبة التربة. في البحيرات المالحة مثل البحر الميت (الشكل\(\PageIndex{1}\))، تقوم البكتيريا الهالوباكتيريا المحبة للملح بتحلل الجمبري المالح الميت وتغذية الجمبري المالح الصغير والذباب بمنتجات التمثيل الغذائي البكتيري.

    أ) صورة للمياه الزرقاء والرمال الحمراء. ب) صورة مجهرية لمجموعة من الخلايا على شكل قضيب.
    الشكل\(\PageIndex{1}\): (أ) يمكن لبعض بدائيات النواة، التي تسمى الهالوفيل، أن تزدهر في البيئات شديدة الملوحة مثل البحر الميت، في الصورة هنا. (ب) يُعتبر الأركتيون هالوباكتيريوم ساليناروم، الذي يظهر هنا في صورة مجهرية إلكترونية، من محبي الهالوفيل الذي يعيش في البحر الميت. (المصدر أ: تعديل العمل من قبل جولين مينيشيني؛ الائتمان ب: تعديل العمل من قبل وكالة ناسا)

    بالإضافة إلى العيش في الأرض والماء، توجد الكائنات الحية الدقيقة بدائية النواة بكثرة في الهواء، حتى في الغلاف الجوي. قد يكون هناك ما يصل إلى 2000 نوع مختلف من البكتيريا في الهواء، على غرار تنوعها في التربة.

    يمكن العثور على بدائيات النواة في كل مكان على وجه الأرض لأنها مرنة للغاية وقابلة للتكيف. غالبًا ما تكون مرنة في التمثيل الغذائي، مما يعني أنها قد تنتقل بسهولة من مصدر طاقة إلى آخر، اعتمادًا على توفر المصادر، أو من مسار استقلابي إلى آخر. على سبيل المثال، يمكن لبعض البكتيريا الزرقاء بدائية النواة التحول من النوع التقليدي من التمثيل الغذائي للدهون، والذي يتضمن إنتاج الألدهيدات الدهنية، إلى نوع مختلف من استقلاب الدهون الذي يولد الوقود الحيوي، مثل الأحماض الدهنية وإسترات الشمع. تقوم بكتيريا المياه الجوفية بتخزين الكربوهيدرات المعقدة عالية الطاقة عند زراعتها في المياه الجوفية النقية، ولكنها تستقلب هذه الجزيئات عندما يتم إثراء المياه الجوفية بالفوسفات. تحصل بعض البكتيريا على طاقتها عن طريق تقليل الكبريتات إلى كبريتات، ولكن يمكنها التحول إلى مسار استقلابي مختلف عند الضرورة، مما ينتج الأحماض وأيونات الهيدروجين الحرة.

    تؤدي بدائيات النواة وظائف حيوية للحياة على الأرض من خلال التقاط (أو «إصلاح») وإعادة تدوير عناصر مثل الكربون والنيتروجين. تتطلب الكائنات الحية مثل الحيوانات الكربون العضوي لتنمو، ولكن على عكس بدائيات النواة، فهي غير قادرة على استخدام مصادر الكربون غير العضوية مثل ثاني أكسيد الكربون. وبالتالي، تعتمد الحيوانات على بدائيات النواة لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى منتجات كربونية عضوية يمكنها استخدامها. تسمى عملية تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى منتجات الكربون العضوية بتثبيت الكربون.

    تعتمد النباتات والحيوانات أيضًا بشكل كبير على بدائيات النواة لتثبيت النيتروجين، وتحويل النيتروجين الجوي إلى أمونيا، وهو مركب يمكن لبعض النباتات استخدامه لتكوين العديد من الجزيئات الحيوية المختلفة اللازمة لبقائها. البكتيريا الموجودة في جنس Rhizobium، على سبيل المثال، هي بكتيريا مثبتة للنيتروجين؛ تعيش في جذور نباتات البقوليات مثل البرسيم والبرسيم والبازلاء (الشكل\(\PageIndex{2}\)). تساعد الأمونيا التي تنتجها Rhizobium هذه النباتات على البقاء من خلال تمكينها من صنع اللبنات الأساسية للأحماض النووية. في المقابل، قد تأكل الحيوانات هذه النباتات - للحفاظ على نموها وبقائها - أو قد تموت، وفي هذه الحالة ستثري منتجات تثبيت النيتروجين التربة وتستخدمها النباتات الأخرى.

    أ) صورة للجذور ذات العقيدات الصغيرة المسماة العقيدات الجذرية. صورة مجهرية لعقدة الجذر. يوجد جدار خلوي سميك من الخارج. تسمى الخطوط الداخلية بالشبكة الإندوبلازمية. يتم تسمية الأشكال البيضاوية الكبيرة في الهياكل الواضحة باسم البكتيريا.
    الشكل\(\PageIndex{2}\): (أ) تعيش البكتيريا المثبتة للنيتروجين مثل الريزوبيوم في العقيدات الجذرية للبقوليات مثل البرسيم. (ب) تُظهر هذه الصورة المجهرية للعقيدة الجذرية جراثيم (خلايا شبيهة بالبكتيريا أو خلايا بكتيرية معدلة) داخل الخلايا النباتية. تظهر الجراثيم على شكل أشكال بيضاوية داكنة داخل الخلية النباتية الأكبر. (الائتمان: تعديل العمل من قبل وزارة الزراعة الأمريكية)

    وظيفة إيجابية أخرى لبدائيات النواة هي تنظيف البيئة. في الآونة الأخيرة، ركز بعض الباحثين على تنوع ووظائف بدائيات النواة في البيئات التي من صنع الإنسان. ووجد الباحثون أن بعض البكتيريا تلعب دورًا فريدًا في تحلل المواد الكيميائية السامة التي تلوث المياه والتربة. 3

    على الرغم من جميع الأدوار الإيجابية والمفيدة التي تلعبها بدائيات النوى، فإن بعضها من مسببات الأمراض البشرية التي قد تسبب المرض أو العدوى عند دخولها الجسم. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لبعض البكتيريا تلويث الطعام، مما يسبب التلف أو الأمراض المنقولة بالغذاء، مما يجعلها موضع قلق في إعداد الطعام وسلامته. يُعتقد أن أقل من 1٪ من بدائيات النواة (جميعها بكتيريا) من مسببات الأمراض البشرية، ولكن هذه الأنواع مجتمعة مسؤولة عن عدد كبير من الأمراض التي تصيب البشر.

    إلى جانب مسببات الأمراض، التي لها تأثير مباشر على صحة الإنسان، تؤثر بدائيات النواة أيضًا على البشر بعدة طرق غير مباشرة. على سبيل المثال، يُعتقد الآن أن بدائيات النواة تلعب دورًا رئيسيًا في عمليات تغير المناخ. في السنوات الأخيرة، مع ارتفاع درجات الحرارة في المناطق القطبية للأرض، بدأت التربة التي كانت مجمدة سابقًا على مدار العام (التربة الصقيعية) في الذوبان. يتم إطلاق الكربون المحبوس في التربة الصقيعية تدريجيًا واستقلابه بواسطة بدائيات النواة. ينتج عن ذلك كميات هائلة من ثاني أكسيد الكربون والميثان وغازات الاحتباس الحراري التي تتسرب إلى الغلاف الجوي وتساهم في ظاهرة الاحتباس الحراري.

    التمارين الرياضية\(\PageIndex{2}\)

    1. في أي أنواع من البيئات يمكن العثور على بدائيات النواة؟
    2. اذكر بعض الطرق التي تعتمد بها النباتات والحيوانات على بدائيات النواة.

    العلاقات التكافلية

    كما تعلمنا، يمكن للكائنات الحية الدقيقة بدائية النواة أن ترتبط بالنباتات والحيوانات. في كثير من الأحيان، ينتج عن هذا الارتباط علاقات فريدة بين الكائنات الحية. على سبيل المثال، تحصل البكتيريا التي تعيش على جذور أو أوراق النبات على العناصر الغذائية من النبات، وفي المقابل تنتج مواد تحمي النبات من مسببات الأمراض. من ناحية أخرى، فإن بعض البكتيريا هي مسببات أمراض نباتية تستخدم آليات عدوى مشابهة لمسببات الأمراض البكتيرية للحيوانات والبشر.

    تعيش بدائيات النوى في مجتمع أو مجموعة من مجموعات الكائنات الحية المتفاعلة. المجموعة هي مجموعة من الكائنات الحية الفردية التي تنتمي إلى نفس النوع البيولوجي وتقتصر على منطقة جغرافية معينة. يمكن أن يكون لدى السكان تفاعلات تعاونية تفيد السكان، أو تفاعلات تنافسية، حيث تتنافس مجموعة سكانية مع أخرى على الموارد. تسمى دراسة هذه التفاعلات بين السكان بالإيكولوجيا الميكروبية.

    أي تفاعل بين الأنواع المختلفة داخل المجتمع يسمى التكافل. تقع مثل هذه التفاعلات على طول سلسلة متصلة بين المعارضة والتعاون. قد تكون التفاعلات في العلاقة التكافلية مفيدة أو ضارة، أو ليس لها أي تأثير على أحد أو كلا النوعين المعنيين. \(\PageIndex{1}\)يلخص الجدول الأنواع الرئيسية للتفاعلات التكافلية بين بدائيات النواة.

    الجدول\(\PageIndex{1}\): أنواع العلاقات التكافلية
    النوع السكان أ السكان ب
    التبادلية استفادت استفادت
    المذهب الخلطي تضررت لا يتأثر
    نظرية التوافقية استفادت لا يتأثر
    حيادية لا يتأثر لا يتأثر
    التطفل استفادت تضررت

    عندما يستفيد نوعان من بعضهما البعض، يُطلق على التكافل اسم التبادلية (أو syntropy، أو التغذية المتقاطعة). على سبيل المثال، لدى البشر علاقة متبادلة مع بكتيريا Bacteroides thetaiotraitamicron، التي تعيش في الأمعاء. يقوم B. thetaiotetraiotamicron بهضم المواد النباتية السكاريد المعقدة التي لا تستطيع الإنزيمات الهضمية البشرية تحطيمها، وتحويلها إلى السكريات الأحادية التي يمكن أن تمتصها الخلايا البشرية. لدى البشر أيضًا علاقة متبادلة مع سلالات معينة من Escherichia coli، وهي بكتيريا أخرى موجودة في الأمعاء. تعتمد E. coli على محتويات الأمعاء للحصول على العناصر الغذائية، ويستمد البشر فيتامينات معينة من E. coli، وخاصة فيتامين K، المطلوب لتكوين عوامل تخثر الدم. (لكن هذا ينطبق فقط على بعض سلالات E. coli. السلالات الأخرى مسببة للأمراض وليس لها علاقة متبادلة مع البشر.)

    يُطلق على نوع التكافل الذي يؤذي فيه أحد السكان شخصًا آخر ولكنه يظل غير متأثر بحد ذاته اسم انقطاع الطمث. في حالة البكتيريا، تنتج بعض أنواع الكائنات الحية مواد مبيدة للجراثيم تقتل أنواعًا أخرى من البكتيريا. على سبيل المثال، تنتج بكتيريا Lucilia sericata بروتينًا يقضي على المكورات العنقودية الذهبية، وهي بكتيريا شائعة على سطح جلد الإنسان. يمكن أن يؤثر الكثير من غسل اليدين على هذه العلاقة ويؤدي إلى أمراض S. aureus وانتقالها.

    في نوع آخر من التكافل، يسمى التعايش، يستفيد أحد الكائنات الحية بينما لا يتأثر الآخر. يحدث هذا عندما تستخدم بكتيريا Staphylococcus epidermidis الخلايا الميتة من جلد الإنسان كمغذيات. تعيش المليارات من هذه البكتيريا على بشرتنا، ولكن في معظم الحالات (خاصة عندما يكون نظام المناعة لدينا سليمًا)، لا نتفاعل معها بأي شكل من الأشكال.

    إذا لم يتأثر أي من الكائنات الحية التكافلية بأي شكل من الأشكال، فإننا نسمي هذا النوع من حياد التكافل. مثال على الحياد هو التعايش بين البكتيريا النشطة في التمثيل الغذائي (النباتية) والمسام الداخلية (البكتيريا الخاملة والسلبية استقلابيًا). على سبيل المثال، عادة ما تشكل بكتيريا Bacillus anthracis مسامات داخلية في التربة عندما تكون الظروف غير مواتية. إذا تم تسخين التربة وإثرائها بالمغذيات، فإن بعض المسام الداخلية تنبت وتبقى في حالة تكافل مع المسام الداخلية الأخرى التي لم تنبت.

    يُطلق على نوع التكافل الذي يستفيد فيه أحد الكائنات الحية بينما يؤذي الآخر اسم التطفل. يمكن وصف العلاقة بين البشر والعديد من بدائيات النواة المسببة للأمراض بأنها طفيلية لأن هذه الكائنات الحية تغزو الجسم وتنتج مواد سامة أو أمراض معدية تسبب الضرر. تنشأ أمراض مثل الكزاز والدفتيريا والسعال الديكي والسل والجذام من التفاعلات بين البكتيريا والبشر.

    ابتكر العلماء مصطلح الميكروبيوم للإشارة إلى جميع الكائنات الحية الدقيقة بدائية النواة وحقيقية النواة المرتبطة بكائن حي معين. داخل الميكروبيوم البشري، توجد ميكروبيوتا مقيمة وميكروبيوتا عابرة. تتكون الميكروبات المقيمة من الكائنات الحية الدقيقة التي تعيش باستمرار في أجسامنا أو عليها. يشير مصطلح الميكروبات العابرة إلى الكائنات الحية الدقيقة التي توجد مؤقتًا فقط في جسم الإنسان، وقد تشمل الكائنات الحية الدقيقة المسببة للأمراض. يمكن للنظافة والنظام الغذائي تغيير كل من الميكروبات المقيمة والعابرة.

    تتنوع الميكروبات المقيمة بشكل مذهل، ليس فقط من حيث تنوع الأنواع ولكن أيضًا من حيث تفضيل الكائنات الحية الدقيقة المختلفة لمناطق مختلفة من جسم الإنسان. على سبيل المثال، في فم الإنسان، هناك الآلاف من أنواع البكتيريا المتداخلة أو المتبادلة. تفضل بعض هذه البكتيريا العيش على سطح اللسان، بينما يفضل البعض الآخر السطح الداخلي للخدود، بينما يفضل البعض الآخر الأسنان الأمامية أو الخلفية أو اللثة. يحتوي السطح الداخلي للخد على أقل الميكروبات تنوعًا بسبب تعرضها للأكسجين. على النقيض من ذلك، فإن خبايا اللسان والمسافات بين الأسنان هما موقعان يتعرضان بشكل محدود للأكسجين، لذلك تحتوي هذه المواقع على ميكروبات أكثر تنوعًا، بما في ذلك البكتيريا التي تعيش في غياب الأكسجين (مثل البكتيريا والفوسوباكتيريوم). الاختلافات في الميكروبات الفموية بين الأفراد الذين تم اختيارهم عشوائيًا مهمة أيضًا. أظهرت الدراسات، على سبيل المثال، أن انتشار بكتيريا مثل Streptococcus و Haemophilus و Neisseria وغيرها كان مختلفًا بشكل كبير عند مقارنته بين الأفراد. 4

    هناك أيضًا اختلافات كبيرة بين الميكروبات في مواقع مختلفة من نفس جسم الإنسان. يسود السطح الداخلي للخد المكورات العقدية، بينما في الحلق واللوزة الحنكية واللعاب، هناك عدد أقل من المكورات العقدية مرتين إلى ثلاث مرات، وأكثر من فوسوباكتيريوم عدة مرات. في اللويحات التي تمت إزالتها من اللثة، تنتمي البكتيريا السائدة إلى جنس Fusobacterium. ومع ذلك، في الأمعاء، تختفي كل من المكورات العقدية والفوسوباكتيريوم، ويصبح جنس البكتيريا هو السائد.

    لا يمكن أن تختلف الميكروبات من موقع جسم إلى آخر فحسب، بل يمكن أن يتغير الميكروبيوم أيضًا بمرور الوقت داخل نفس الفرد. يحصل البشر على التطعيمات الأولى للنباتات الطبيعية أثناء الولادة الطبيعية وبعد الولادة بوقت قصير. قبل الولادة، هناك زيادة سريعة في عدد سكان Lactobacillus spp. في المهبل، وتعد هذه المجموعة بمثابة أول استعمار للميكروبات أثناء الولادة الطبيعية. بعد الولادة، يتم الحصول على ميكروبات إضافية من مقدمي الرعاية الصحية والآباء والأقارب الآخرين والأفراد الذين يتعاملون مع الطفل. تؤسس هذه العملية ميكروبيوم سيستمر في التطور على مدار حياة الفرد مع استعمار الميكروبات الجديدة والتخلص منها من الجسم. على سبيل المثال، تشير التقديرات إلى أنه في غضون 9 ساعات، يمكن أن تتغير الميكروبات في الأمعاء الدقيقة بحيث يختلف نصف سكان الميكروبات. 5 تم تسليط الضوء على أهمية استعمار اللاكتوباسيلوس الأولي أثناء الولادة المهبلية من خلال الدراسات التي تظهر ارتفاع معدل الإصابة بالأمراض لدى الأفراد الذين يولدون بعملية قيصرية، مقارنة بمن ولدوا عن طريق المهبل. أظهرت الدراسات أن الأطفال الذين يولدون عن طريق المهبل يتم استعمارهم في الغالب عن طريق اللاكتوباسيلوس المهبلي، في حين أن الأطفال الذين يولدون بعملية قيصرية يتم استعمارهم في كثير من الأحيان بواسطة ميكروبات من الميكروبات الجلدية العادية، بما في ذلك مسببات الأمراض الشائعة المكتسبة من المستشفيات.

    في جميع أنحاء الجسم، تعتبر الميكروبات المقيمة مهمة لصحة الإنسان لأنها تحتل منافذ قد تأخذها الكائنات الحية الدقيقة المسببة للأمراض. على سبيل المثال، Lactobacillus spp. هي الأنواع البكتيرية السائدة في الميكروبات المهبلية الطبيعية لمعظم النساء. ينتج اللاكتوباسيلوس حمض اللاكتيك، مما يساهم في حموضة المهبل ويمنع نمو الخمائر المسببة للأمراض. ومع ذلك، عندما ينخفض عدد الميكروبات المقيمة لسبب ما (على سبيل المثال، بسبب تناول المضادات الحيوية)، تزداد درجة حموضة المهبل، مما يجعلها بيئة أكثر ملاءمة لنمو الخمائر مثل المبيضات البيضاء. يمكن أن يؤدي العلاج بالمضادات الحيوية أيضًا إلى تعطيل الميكروبات في الأمعاء والجهاز التنفسي، مما يزيد من خطر العدوى الثانوية و/أو تعزيز نقل مسببات الأمراض وإفراقها على المدى الطويل.

    التمارين الرياضية\(\PageIndex{3}\)

    1. اشرح الفرق بين التفاعلات التعاونية والتنافسية في المجتمعات الميكروبية.
    2. ضع قائمة بأنواع التكافل واشرح كيفية تأثر كل مجموعة سكانية.

    علم التصنيف والنظاميات

    يعد تعيين بدائيات النواة لأنواع معينة أمرًا صعبًا. لا يتكاثرون جنسياً، لذلك لا يمكن تصنيفهم وفقًا لوجود أو عدم التزاوج. كما أنها لا تحتوي على العديد من الميزات المورفولوجية. تقليديًا، كان تصنيف بدائيات النوى يعتمد على شكلها وأنماط تلوينها والاختلافات البيوكيميائية أو الفسيولوجية. في الآونة الأخيرة، مع تحسن التكنولوجيا، أصبحت تسلسلات النوكليوتيدات في الجينات معيارًا مهمًا للتصنيف الميكروبي.

    في عام 1923، نشر عالم الأحياء الدقيقة الأمريكي ديفيد هندريكس بيرجي (1860-1937) دليلًا في علم الجراثيم الحاسم. من خلال هذا الدليل، حاول تلخيص المعلومات حول أنواع البكتيريا المعروفة في ذلك الوقت، باستخدام التصنيف اللاتيني ذي الحدين. تضمن Bergey أيضًا الخصائص المورفولوجية والفسيولوجية والكيميائية الحيوية لهذه الكائنات الحية. تم تحديث دليله عدة مرات ليشمل البكتيريا الجديدة وخصائصها. إنها مساعدة كبيرة في التصنيف البكتيري وطرق توصيف البكتيريا. ويتوسع منشور آخر، وهو دليل بيرجي للبكتريا المنهجية المكون من خمسة مجلدات، في دليل بيرجي الأصلي. يتضمن عددًا كبيرًا من الأنواع الإضافية، إلى جانب الأوصاف الحديثة للتصنيف والخصائص البيولوجية لجميع الأصناف البدائية النواة المسماة. يتضمن هذا المنشور الأسماء المعتمدة للبكتيريا على النحو المحدد في قائمة الأسماء بدائية النواة ذات المكانة في التسمية (LPSN).

    التصنيف حسب أنماط التلوين

    وفقًا لأنماط التلطيخ الخاصة بها، والتي تعتمد على خصائص جدران الخلايا، تم تصنيف البكتيريا تقليديًا إلى إيجابية الجرام وسالبة الجرام و «غير نمطية»، مما يعني أنها لا إيجابية الجرام ولا سالبة الجرام. كما هو موضح في عينات التلوين المجهرية، تمتلك البكتيريا الموجبة للجرام جدارًا سميكًا من خلايا الببتيدوجليكان يحتفظ بالبقعة الأولية (البنفسج البلوري) أثناء خطوة إزالة اللون؛ وتظل أرجوانية بعد إجراء بقعة الجرام لأن البنفسج البلوري يهيمن على اللون الأحمر/الوردي الفاتح من البقعة الثانوية، السفرانين. في المقابل، تمتلك البكتيريا سالبة الجرام جدارًا رفيعًا من خلايا الببتيدوجليكان لا يمنع البنفسج البلوري من التلاشي أثناء خطوة إزالة اللون؛ لذلك تظهر باللون الأحمر الفاتح/الوردي بعد تلوينها بالسفرانين. تسمى البكتيريا التي لا يمكن تلطيخها بواسطة إجراء التلطيخ القياسي بالجرام البكتيريا غير النمطية. تشمل الفئة غير النمطية أنواع الميكوبلازما والكلاميديا، التي تفتقر إلى جدار الخلية وبالتالي لا يمكنها الاحتفاظ بكواشف بقع الجرام. تعتبر الريكتسيا أيضًا غير نمطية لأنها صغيرة جدًا بحيث لا يمكن تقييمها بواسطة بقعة الجرام.

    وفي الآونة الأخيرة، بدأ العلماء في زيادة تصنيف البكتيريا سالبة الجرام وإيجابية الجرام. لقد أضافوا مجموعة خاصة من البكتيريا المتفرعة بعمق بناءً على مزيج من الخصائص الفسيولوجية والكيميائية الحيوية والجينية. كما يقومون الآن بتصنيف البكتيريا سالبة الجرام إلى بكتيريا البروتيوباكتريا والسيتوفاجا والفلافوباكتريوم-البكتيريا (CFB) والسبيروشيتات.

    يُعتقد أن البكتيريا المتفرعة بعمق هي شكل تطوري مبكر جدًا للبكتيريا (انظر البكتيريا المتفرعة بعمق). إنهم يعيشون في ظروف حارة وحمضية ومعرضة للأشعة فوق البنفسجية ولاهوائية (محرومة من الأكسجين). البكتيريا البروتينية هي شريحة من مجموعات متنوعة جدًا من البكتيريا سالبة الجرام؛ وهي تشمل بعض مسببات الأمراض البشرية المهمة (مثل E. coli و Bordetella pertalysis). تشتمل مجموعة البكتيريا CFB على مكونات ميكروبيوتا الأمعاء البشرية الطبيعية، مثل البكتيريا. اللولبيات عبارة عن بكتيريا ذات شكل حلزوني وتشمل العامل الممرض Treponema pallidum، الذي يسبب مرض الزهري. سنقوم بتوصيف هذه المجموعات من البكتيريا بمزيد من التفصيل لاحقًا في الفصل.

    بناءً على انتشارها لنيوكليوتيدات الجانين والسيتوزين، يتم تصنيف البكتيريا الإيجابية للجرام أيضًا إلى بكتيريا منخفضة G+C وبكتيريا إيجابية G+C عالية الجرام. تحتوي البكتيريا منخفضة G+C الإيجابية للجرام على أقل من 50٪ من نيوكليوتيدات الجانين والسيتوزين في الحمض النووي الخاص بها. وهي تشمل مسببات الأمراض البشرية، مثل تلك التي تسبب الجمرة الخبيثة (عصيات الجمرة الخبيثة) والكزاز (كلوستريديوم تيتاني) وداء الليستريات (الليستيريا الأحادية). تشمل البكتيريا التي تحتوي على نسبة عالية من G+C إيجابية الجرام، والتي تحتوي على أكثر من 50٪ من نيوكليوتيدات الجانين والسيتوزين في حمضها النووي، البكتيريا التي تسبب الدفتيريا (Corynebacterium deptriae) والسل (المتفطرة السلية) وأمراض أخرى.

    تتغير تصنيفات بدائيات النواة باستمرار مع اكتشاف أنواع جديدة. سنصفها بمزيد من التفصيل، إلى جانب الأمراض التي تسببها، في أقسام وفصول لاحقة.

    التمارين الرياضية\(\PageIndex{4}\)

    كيف يصنف العلماء بدائيات النواة؟

    مشروع الميكروبيوم البشري

    تم إطلاق مشروع الميكروبيوم البشري من قبل المعاهد الوطنية للصحة (NIH) في عام 2008. يتمثل أحد الأهداف الرئيسية للمشروع في إنشاء مستودع كبير للتسلسل الجيني للميكروبات المهمة الموجودة في البشر، ومساعدة علماء الأحياء والأطباء على فهم ديناميكيات الميكروبيوم البشري والعلاقة بين الميكروبات البشرية والأمراض. تقوم شبكة من المختبرات التي تعمل معًا بتجميع البيانات من مسحات من عدة مناطق من الجلد والأمعاء والفم من مئات الأفراد.

    كان أحد التحديات في فهم الميكروبيوم البشري هو صعوبة زراعة العديد من الميكروبات التي تعيش في جسم الإنسان. تشير التقديرات إلى أننا قادرون فقط على زراعة 1٪ من البكتيريا في الطبيعة وأننا غير قادرين على زراعة 99٪ المتبقية. لمواجهة هذا التحدي، استخدم الباحثون التحليل الميتاجيني، الذي يدرس المواد الجينية التي يتم حصادها مباشرة من المجتمعات الميكروبية، على عكس الأنواع الفردية التي تنمو في المزرعة. يسمح هذا للباحثين بدراسة المادة الوراثية لجميع الميكروبات في الميكروبيوم، بدلاً من تلك التي يمكن استزراعها فقط. 6

    أحد الإنجازات المهمة لمشروع الميكروبيوم البشري هو إنشاء أول قاعدة بيانات مرجعية عن الكائنات الحية الدقيقة التي تعيش في جسم الإنسان وفيه. العديد من الميكروبات الموجودة في الميكروبيوم مفيدة، لكن بعضها ليس كذلك. لقد وجد، بشكل غير متوقع إلى حد ما، أن لدينا جميعًا بعض مسببات الأمراض الميكروبية الخطيرة في الميكروبات لدينا. على سبيل المثال، تحتوي ملتحمة العين البشرية على 24 جنسًا من البكتيريا والعديد من الأنواع المسببة للأمراض. 7 يحتوي الفم البشري السليم على عدد من أنواع جنس Streptococcus، بما في ذلك الأنواع المسببة للأمراض S. pyogenes و S. pneumoniae. 8 يثير هذا السؤال عن سبب وجود بعض الكائنات بدائية النواة بشكل مؤقت في بعض الأفراد ولكنها تعمل كمسببات أمراض قاتلة في الآخرين. كما كان من غير المتوقع عدد الكائنات الحية التي لم يتم استزراعها من قبل. على سبيل المثال، في دراسة ميتاجينومية لميكروبيوتا الأمعاء البشرية، تم تحديد 174 نوعًا جديدًا من البكتيريا. 9

    الهدف الآخر للمستقبل القريب هو توصيف الميكروبات البشرية في المرضى الذين يعانون من أمراض مختلفة ومعرفة ما إذا كانت هناك أي علاقات بين محتويات الميكروبات الفردية وخطر الإصابة بأمراض معينة أو القابلية للإصابة بها. قد يكشف تحليل الميكروبيوم في شخص مصاب بمرض معين عن طرق جديدة لمكافحة الأمراض.

    ملخص

    • بدائيات النواة هي كائنات دقيقة أحادية الخلية لا تحتوي خلاياها على نواة.
    • يمكن العثور على بدائيات النواة في كل مكان على كوكبنا، حتى في البيئات الأكثر تطرفًا.
    • تتميز بدائيات النوى بالمرونة في التمثيل الغذائي، لذا فهي قادرة على ضبط تغذيتها وفقًا للموارد الطبيعية المتاحة.
    • تعيش بدائيات النواة في مجتمعات تتفاعل فيما بينها ومع الكائنات الحية الكبيرة التي تستخدمها كمضيفين (بما في ذلك البشر).
    • يُطلق على مجموع أشكال بدائيات النواة (خاصة البكتيريا) التي تعيش على جسم الإنسان اسم الميكروبيوم البشري، والذي يختلف بين مناطق الجسم والأفراد، ويتغير بمرور الوقت.
    • يُطلق على مجموع أشكال بدائيات النواة (خاصة البكتيريا) التي تعيش في منطقة معينة من جسم الإنسان (مثل الفم والحلق والأمعاء والعين والمهبل) اسم الميكروبات في هذه المنطقة.
    • يتم تصنيف بدائيات النواة إلى مجالات الأركيا والبكتيريا.
    • في السنوات الأخيرة، تم استكمال الأساليب التقليدية لتصنيف بدائيات النوى من خلال مناهج تعتمد على علم الوراثة الجزيئي.

    الحواشي

    1. 1 مطبعة طبية. تكشف أجهزة الكمبيوتر العملاقة أن «بكتيريا الفم يمكن أن تغير نظامها الغذائي». 12 أغسطس 2014. medicalxpress.com/news/2014-0... rs-reveal.html. تم الوصول إليه في 24 فبراير 2015.
    2. 2 أ. أبوت. «العلماء يكسرون الأسطورة القائلة بأن أجسامنا تحتوي على بكتيريا أكثر من الخلايا البشرية: إعادة النظر في الافتراضات القديمة حول الميكروبات.» الطبيعة. http://www.nature.com/news/scientist... - الخلايا - 1.19136. تم الوصول إليه في 3 يونيو 2016.
    3. الساعة 3 صباحًا بقلم كرافيتز «بكتيريا فريدة تحارب النفايات الكيميائية من صنع الإنسان» 2012. www.livescience.com/25181-bac... s-nsf-bts.html. تم الوصول إليه في 9 مارس 2015.
    4. 4 إي إم بيك وآخرون. «التنوع البكتيري في تجويف الفم لعشرة أفراد أصحاء.» مجلة ISME 4 رقم 8 (2010): 962-974.
    5. 5 سي سي بويجينك وآخرون. «تم اكتشاف تباين عالي في الزمان وداخل الفرد في الميكروبات اللفائفية البشرية.» علم الأحياء الدقيقة البيئية 12 رقم 12 (2010): 3213-3227.
    6. 6 معاهد وطنية للصحة. «مشروع الميكروبيوم البشري. نظرة عامة.» commonfund.nih.gov/hmp/نظرة عامة. تم الوصول إليه في 7 يونيو 2016.
    7. 7 كيو دونغ وآخرون. «تنوع البكتيريا في الملتحمة البشرية الصحية». طب العيون الاستقصائي والعلوم البصرية 52 رقم 8 (2011): 5408-5413.
    8. 8 إف إي ديهورست وآخرون. «الميكروبيوم الفموي البشري». مجلة علم الجراثيم 192 رقم 19 (2010): 5002-5017.
    9. 9 جي سي لاجير وآخرون. «علم الثقافات الميكروبية: التحول النموذجي في دراسة ميكروبيوم الأمعاء البشرية». علم الأحياء الدقيقة السريرية والعدوى 18 رقم 12 (2012): 1185—1193.