4.1: Makazi ya Prokaryote, Mahusiano, na Microbiomes

Malengo ya kujifunza

• Kutambua na kuelezea mifano ya kipekee ya prokaryotes katika makazi mbalimbali duniani
• Tambua na kuelezea mahusiano ya usawa
• Linganisha microbiota ya kawaida/maoni/mkazi kwa microbiota ya muda mfupi
• Eleza jinsi prokaryotes zinavyowekwa

Mwelekeo wa kliniki: Sehemu ya 1

Marsha, mwanafunzi wa chuo kikuu mwenye umri wa miaka 20, hivi karibuni alirudi Marekani kutoka safari ya kwenda Nigeria, ambapo alikuwa amefungwa kama msaidizi wa matibabu kwa shirika linalofanya kazi ya kuboresha upatikanaji wa huduma za maabara kwa ajili ya kupima kifua kikuu. Aliporudi, Marsha alianza kujisikia uchovu, ambayo awali alihusishwa na ndege ya ndege. Hata hivyo, uchovu uliendelea, na Marsha hivi karibuni alianza kupata dalili nyingine za kutisha, kama vile kukohoa mara kwa mara, jasho la usiku, kupoteza hamu ya kula, na homa ya daraja la chini ya 37.4 °C (99.3 °F).

Marsha alitarajia dalili zake zingepungua kwa siku chache, lakini badala yake, hatua kwa hatua zikawa kali zaidi. Karibu wiki mbili baada ya kurudi nyumbani, alichochea sputum fulani na kugundua kuwa ilikuwa na damu na clumps ndogo nyeupe zinazofanana na jibini la Cottage. Homa yake iliongezeka hadi 38.2 °C (100.8 °F), na alianza kuhisi maumivu makali kifuani mwake wakati akipumua kwa undani. Akiwa na wasiwasi kwamba alionekana kuwa mbaya zaidi, Marsha alipanga miadi na daktari wake.

Zoezi\(\PageIndex{1}\)

Je, dalili za Marsha zinaweza kuhusiana na kusafiri kwake nje ya nchi, hata wiki kadhaa baada ya kurudi nyumbani?

Viumbe hai vyote vinaainishwa katika nyanja tatu za maisha: Archaea, Bakteria, na Eukarya. Katika sura hii, tutazingatia nyanja Archaea na Bakteria. Archaea na bakteria ni viumbe vya prokaryotic vya unicellular. Tofauti na eukaryotes, hawana nuclei au organelles nyingine yoyote iliyofungwa kwa membrane.

Makazi ya Prokaryote na Kazi

Prokaryotes ni ubiquitous. Wanaweza kupatikana kila mahali kwenye sayari yetu, hata katika chemchemi za moto, katika ngao ya barafu ya Antarctic, na chini ya shinikizo kali maili mbili chini ya maji. Bakteria moja, Paracoccus denitrificans, hata imeonyeshwa kuishi wakati wanasayansi waliiondoa kwenye mazingira yake ya asili (udongo) na kutumia centrifuge kuiweka kwa nguvu za mvuto kama nguvu kama zile zilizopatikana kwenye uso wa Jupiter.

Prokaryotes pia ni nyingi juu na ndani ya mwili wa mwanadamu. Kulingana na ripoti ya Taasisi ya Taifa ya Afya, prokaryotes, hasa bakteria, zinazidi seli za binadamu 10:1. ^{Uchunguzi wa hivi karibuni zaidi unaonyesha uwiano unaweza kuwa karibu na 1:1, lakini hata uwiano huo unamaanisha kuwa kuna idadi kubwa ya bakteria ndani ya mwili wa binadamu. 2} Bakteria kustawi katika kinywa binadamu, pua cavity, koo, masikio, njia ya utumbo, na uke. Makoloni makubwa ya bakteria yanaweza kupatikana kwenye ngozi ya binadamu yenye afya, hasa katika maeneo yenye unyevu (vifungo, kitovu, na maeneo nyuma ya masikio). Hata hivyo, hata maeneo ya kavu ya ngozi hayana bure kutoka kwa bakteria.

Kuwepo kwa prokaryotes ni muhimu sana kwa utulivu na kustawi kwa mazingira. Kwa mfano, ni sehemu muhimu ya malezi ya udongo na taratibu za utulivu kwa njia ya kuvunjika kwa suala la kikaboni na maendeleo ya biofilms. Gramu moja ya udongo ina hadi microorganisms bilioni 10 (wengi wao prokaryotic) mali ya aina 1,000. Spishi nyingi za bakteria hutumia vitu vilivyotolewa kutoka mizizi ya mimea, kama vile asidi na wanga, kama virutubisho. Bakteria hubadilisha vitu hivi vya mimea na kutolewa bidhaa za kimetaboliki ya bakteria kwenye udongo, na kutengeneza humus na hivyo kuongeza uzazi wa udongo. Katika maziwa ya chumvi kama vile Bahari ya Chumvi (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)), halobacteria yenye upendo wa chumvi hutengana na uduvi wa brine wafu na kulisha shrimp vijana na nzi na bidhaa za kimetaboliki ya bakteria.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): (a) Baadhi prokaryotes, aitwaye halophiles, wanaweza kustawi katika mazingira ya chumvi sana kama vile Bahari ya Chumvi, picha hapa. (b) Salinarum ya Archaeon Halobacterium, iliyoonyeshwa hapa katika micrograph ya elektroni, ni halophile inayoishi katika Bahari ya Chumvi. (mikopo a: mabadiliko ya kazi na Jullen Menichini; mikopo b: mabadiliko ya kazi na NASA)

Mbali na kuishi katika ardhi na maji, microorganisms prokaryotic ni nyingi katika hewa, hata juu katika anga. Kunaweza kuwa na aina 2,000 za bakteria katika hewa, sawa na utofauti wao katika udongo.

Prokaryotes inaweza kupatikana kila mahali duniani kwa sababu wao ni resilient sana na adaptable. Mara nyingi huwa rahisi kubadilika, ambayo ina maana kwamba wanaweza kubadili kwa urahisi kutoka chanzo kimoja cha nishati hadi nyingine, kulingana na upatikanaji wa vyanzo, au kutoka njia moja ya metabolic hadi nyingine. Kwa mfano, baadhi ya cyanobacteria ya prokaryotic inaweza kubadili kutoka aina ya kawaida ya kimetaboliki ya lipid, ambayo inajumuisha uzalishaji wa aldehidi ya mafuta, kwa aina tofauti ya kimetaboliki ya lipid inayozalisha biofueli, kama vile asidi ya mafuta na esta ya wax. Bakteria chini ya ardhi kuhifadhi tata high-nishati wanga wakati mzima katika maji safi ya chini, lakini wao metabolize molekuli hizi wakati maji ya chini ni utajiri na phosphates. Baadhi ya bakteria hupata nishati zao kwa kupunguza sulfates kuwa sulfidi, lakini wanaweza kubadili njia tofauti ya kimetaboliki inapohitajika, kuzalisha asidi na ioni za hidrojeni huru.

Prokaryotes hufanya kazi muhimu kwa maisha duniani kwa kukamata (au “kurekebisha”) na kuchakata vipengele kama kaboni na nitrojeni. Viumbe kama vile wanyama huhitaji kaboni hai kukua, lakini, tofauti na prokaryotes, hawawezi kutumia vyanzo vya kaboni isokaboni kama dioksidi kaboni. Hivyo, wanyama wanategemea prokaryotes kubadili dioksidi kaboni kuwa bidhaa za kaboni za kikaboni ambazo zinaweza kutumia. Utaratibu huu wa kubadili dioksidi kaboni kwa bidhaa za kaboni za kikaboni huitwa fixation kaboni.

Mimea na wanyama pia hutegemea sana prokaryotes kwa ajili ya kuwabainishia nitrojeni, uongofu wa nitrojeni ya anga ndani ya amonia, kiwanja ambacho mimea fulani inaweza kutumia ili kuunda biomolecules mbalimbali zinazohitajika kwa maisha yao. Bakteria katika jenasi Rhizobium, kwa mfano, ni bakteria ya kutengeneza nitrojeni; wanaishi katika mizizi ya mimea ya legume kama vile clover, alfalfa, na mbaazi (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)). Amonia zinazozalishwa na Rhizobium husaidia mimea hii kuishi kwa kuwawezesha kufanya vitalu vya ujenzi wa asidi nucleic. Kwa upande mwingine, mimea hii inaweza kuliwa na wanyama-kuendeleza ukuaji wao na kuishi - au wanaweza kufa, katika kesi ambayo bidhaa za nitrojeni fixation itaimarisha udongo na kutumiwa na mimea mingine.

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): (a) bakteria ya kurekebisha nitrojeni kama vile Rhizobium huishi katika vidonda vya mizizi ya kunde kama vile clover. (b) Micrograph hii ya nodule ya mizizi inaonyesha bacteroids (seli za bakteria au seli za bakteria zilizobadilishwa) ndani ya seli za mmea. Bacteroids huonekana kama ovals nyeusi ndani ya kiini kikubwa cha mmea. (mikopo a: mabadiliko ya kazi na USDA)

Kazi nyingine nzuri ya prokaryotes ni kusafisha mazingira. Hivi karibuni, watafiti wengine walilenga utofauti na kazi za prokaryotes katika mazingira ya kibinadamu. Waligundua kwamba baadhi ya bakteria huwa na jukumu la pekee katika kuharibu kemikali za sumu ambazo huchafua maji na udongo. ³

Licha ya majukumu yote mazuri na yenye manufaa ya prokaryotes, baadhi ni vimelea vya binadamu vinavyoweza kusababisha ugonjwa au maambukizi wakati wanapoingia mwili. Aidha, baadhi ya bakteria zinaweza kuchafua chakula, na kusababisha uharibifu au ugonjwa wa chakula, ambayo huwafanya kuwa wasiwasi katika maandalizi ya chakula na usalama. Chini ya 1% ya prokaryotes (zote ni bakteria) hufikiriwa kuwa vimelea vya binadamu, lakini kwa pamoja spishi hizi zinawajibika kwa idadi kubwa ya magonjwa yanayomtesa binadamu.

Mbali na vimelea, ambavyo vina athari ya moja kwa moja juu ya afya ya binadamu, prokaryotes pia huathiri wanadamu kwa njia nyingi zisizo za moja kwa moja. Kwa mfano, prokaryotes sasa hufikiriwa kuwa wachezaji muhimu katika mchakato wa mabadiliko ya hali ya hewa. Katika miaka ya hivi karibuni, kama joto katika mikoa ya polar ya dunia imeongezeka, udongo ambao zamani ulikuwa umehifadhiwa kila mwaka (permafrost) umeanza kufuta. Carbon trapped katika permafrost ni hatua kwa hatua iliyotolewa na metabolized na prokaryotes. Hii inazalisha kiasi kikubwa cha dioksidi kaboni na methane, gesi chafu ambazo hutoroka angahewa na kuchangia athari ya chafu.

Zoezi\(\PageIndex{2}\)

1. Katika aina gani za mazingira zinaweza kupatikana prokaryotes?
2. Jina baadhi ya njia ambazo mimea na wanyama hutegemea prokaryotes.

Mahusiano ya Symbiotic

Kama tulivyojifunza, microorganisms za prokaryotic zinaweza kuhusishwa na mimea na wanyama. Mara nyingi, chama hiki husababisha uhusiano wa kipekee kati ya viumbe. Kwa mfano, bakteria wanaoishi kwenye mizizi au majani ya mmea hupata virutubisho kutoka kwenye mmea na, kwa kurudi, huzalisha vitu vinavyolinda mmea kutoka kwa vimelea. Kwa upande mwingine, baadhi ya bakteria ni vimelea vya mimea vinavyotumia taratibu za maambukizi zinazofanana na vimelea vya bakteria vya wanyama na wanadamu.

Prokaryotes wanaishi katika jamii, au kikundi cha watu wanaoingiliana wa viumbe. Idadi ya watu ni kundi la viumbe binafsi vya aina moja ya kibaiolojia na ni mdogo kwa eneo fulani la kijiografia. Watu wanaweza kuwa na ushirikiano wa vyama vya ushirika, ambao hufaidika watu, au ushindani wa ushindani, ambapo idadi moja inashindana na mwingine kwa rasilimali. Utafiti wa mwingiliano huu kati ya watu huitwa ikolojia ya microbial.

Uhusiano wowote kati ya spishi mbalimbali ndani ya jamii huitwa symbiosis. Ushirikiano huo huanguka pamoja na mwendelezo kati ya upinzani na ushirikiano. Mwingiliano katika uhusiano symbiotic inaweza kuwa na manufaa au madhara, au kuwa na athari kwa moja au wote wa aina kushiriki. \(\PageIndex{1}\)Jedwali linafupisha aina kuu za ushirikiano wa symbiotic kati ya prokaryotes.

Jedwali\(\PageIndex{1}\): Aina za Mahusiano ya Symbiotic

Aina	Idadi ya watu A	Idadi ya Watu B
Ushirikiano	Faida	Faida
Amensalism	Kuuawa	Haijaathirika
Commensalism	Faida	Haijaathirika
Neutralism	Haijaathirika	Haijaathirika
Parasitism	Faida	Kuuawa

Wakati spishi mbili zinafaidika kutoka kwa kila mmoja, symbiosis inaitwa mutualism (au syntropy, au crossfeeding). Kwa mfano, binadamu wana uhusiano wa mutualistic na bacterium Bacteroides thetaiotetraiotamicron, ambayo huishi katika njia ya matumbo. B. thetaiotetraiotamicron hupungua vifaa vya kupanda vya polysaccharide ambavyo binadamu vya enzymes za utumbo haziwezi kuvunja, kuzibadilisha kuwa monosaccharides ambazo zinaweza kufyonzwa na seli za binadamu. Binadamu pia wana uhusiano wa mutualistic na aina fulani za Escherichia coli, bakteria nyingine inayopatikana kwenye tumbo. E. coli hutegemea yaliyomo ya matumbo kwa virutubisho, na binadamu hupata vitamini fulani kutoka kwa E. coli, hasa vitamini K, ambayo inahitajika kwa ajili ya kuundwa kwa sababu za kuganda damu. (Hii ni kweli tu kwa aina fulani za E. coli, hata hivyo. Matatizo mengine ni pathogenic na hawana uhusiano wa mutualistic na wanadamu.)

Aina ya usaidizi ambayo idadi moja ya watu hudhuru mwingine lakini bado haijaathiriwa yenyewe inaitwa amensalism. Katika kesi ya bakteria, aina fulani za amensalist zinazalisha vitu vya baktericidal vinavyoua aina nyingine za bakteria. Kwa mfano, bakteria Lucilia sericata inazalisha protini inayoharibu Staphylococcus aureus, bakteria inayopatikana kwa kawaida kwenye uso wa ngozi ya binadamu. Kuosha mikono sana kunaweza kuathiri uhusiano huu na kusababisha magonjwa ya S. aureus na maambukizi.

Katika aina nyingine ya symbiosis, inayoitwa commensalism, kiumbe kimoja kinafaidika wakati mwingine hakiathiriwa. Hii hutokea wakati bakteria Staphylococcus epidermidis inatumia seli zilizokufa za ngozi ya binadamu kama virutubisho. Mabilioni ya bakteria hizi huishi kwenye ngozi yetu, lakini katika hali nyingi (hasa wakati mfumo wetu wa kinga ni afya), hatuwezi kuitikia kwa njia yoyote.

Ikiwa hakuna viumbe vya symbiotic vinavyoathiriwa kwa njia yoyote, tunaita aina hii ya neutralism ya symbiosis. Mfano wa neutralism ni mshikamano wa bakteria ya kimetaboliki (mimea) na endospores (dormant, metabolically passiv bakteria). Kwa mfano, bakteria Bacillus anthracis kawaida huunda endospores katika udongo wakati hali ni mbaya. Ikiwa udongo una joto na utajiri na virutubisho, baadhi ya endospores huota na kubaki kwa usawa na endospores nyingine ambazo hazikuota.

Aina ya symbiosis ambayo kiumbe kimoja kinafaidika huku kikiumiza mwingine huitwa parasitism. Uhusiano kati ya binadamu na prokaryotes nyingi za pathogenic unaweza kuwa na sifa kama vimelea kwa sababu viumbe hawa huvamia mwili, huzalisha vitu vya sumu au magonjwa ya kuambukiza yanayosababisha madhara. Magonjwa kama vile tetanasi, dondakoo, kifaduro, kifua kikuu, na ukoma wote hutokea kutokana na mwingiliano kati ya bakteria na binadamu.

Wanasayansi wameunda neno microbiome kutaja microorganisms zote za prokaryotic na eukaryotic zinazohusishwa na viumbe fulani. Ndani ya microbiome ya binadamu, kuna microbiota ya wakazi na microbiota ya muda mfupi. Microbiota mkazi ina microorganisms kwamba daima kuishi katika au juu ya miili yetu. Neno microbiota ya muda mfupi linamaanisha microorganisms ambazo hupatikana kwa muda tu katika mwili wa binadamu, na hizi zinaweza kujumuisha microorganisms pathogenic. Usafi na chakula vinaweza kubadilisha microbiota zote za wakazi na za muda mfupi.

Microbiota ya mkazi ni ya kushangaza tofauti, si tu kwa suala la aina mbalimbali za aina lakini pia kwa suala la upendeleo wa microorganisms tofauti kwa maeneo mbalimbali ya mwili wa binadamu. Kwa mfano, katika kinywa cha mwanadamu, kuna maelfu ya aina ya commensal au mutualistic ya bakteria. Baadhi ya bakteria hizi hupendelea kukaa ndani ya uso wa ulimi, wakati wengine wanapendelea uso wa ndani wa mashavu, na wengine wanapendelea meno ya mbele au nyuma au ufizi. Uso wa ndani wa shavu una microbiota ndogo zaidi kwa sababu ya yatokanayo na oksijeni. Kwa kulinganisha, kilio cha ulimi na nafasi kati ya meno ni maeneo mawili yenye mfiduo mdogo wa oksijeni, hivyo maeneo haya yana microbiota tofauti zaidi, ikiwa ni pamoja na bakteria wanaoishi bila kukosekana kwa oksijeni (kwa mfano, Bacteroides, Fusobacterium). Tofauti katika microbiota ya mdomo kati ya watu waliochaguliwa kwa nasibu pia ni muhimu. Uchunguzi umeonyesha, kwa mfano, kwamba maambukizi ya bakteria kama vile Streptococcus, Haemophilus, Neisseria, na wengine ilikuwa tofauti sana ikilinganishwa kati ya watu binafsi. ⁴

Pia kuna tofauti kubwa kati ya microbiota ya maeneo tofauti ya mwili huo wa binadamu. Uso wa ndani wa shavu una predominance ya Streptococcus, ambapo katika koo, tonsil ya palatine, na mate, kuna mara mbili hadi tatu chache Streptococcus, na mara kadhaa zaidi Fusobacterium. Katika plaque iliyoondolewa kwenye ufizi, bakteria kubwa ni ya Fusobacterium ya jeni. Hata hivyo, katika tumbo, Streptococcus na Fusobacterium hupotea, na Bacteroides ya jeni inakuwa kubwa.

Sio tu microbiota inaweza kutofautiana kutoka kwenye tovuti moja ya mwili hadi nyingine, microbiome pia inaweza kubadilika kwa muda ndani ya mtu mmoja. Wanadamu hupata inoculations yao ya kwanza ya flora ya kawaida wakati wa kuzaliwa kwa asili na muda mfupi baada ya kuzaliwa. Kabla ya kuzaliwa, kuna ongezeko la haraka la idadi ya Lactobacillus spp. katika uke, na idadi hii hutumika kama ukoloni wa kwanza wa microbiota wakati wa kuzaliwa kwa asili. Baada ya kuzaliwa, microbes za ziada zinapatikana kutoka kwa watoa huduma za afya, wazazi, jamaa wengine, na watu binafsi wanaowasiliana na mtoto. Utaratibu huu huanzisha microbiome ambayo itaendelea kubadilika juu ya mwendo wa maisha ya mtu binafsi kama microbes mpya kutawala na kuondolewa kutoka mwilini. Kwa mfano, inakadiriwa kuwa ndani ya kipindi cha saa 9, microbiota ya utumbo mdogo inaweza kubadilika ili nusu ya wenyeji wa microbial watakuwa tofauti. ⁵ Umuhimu wa ukoloni wa awali wa Lactobacillus wakati wa kuzaliwa kwa mtoto wa uke unaonyeshwa na tafiti zinazoonyesha matukio makubwa ya magonjwa kwa watu waliozaliwa na sehemu ya chungu, ikilinganishwa na wale waliozaliwa kwa uke. Uchunguzi umeonyesha kuwa watoto waliozaliwa vaginally ni unategemea ukoloni lactobacillus uke, ambapo watoto waliozaliwa na sehemu ya chungu ni mara nyingi zaidi colonized na microbes ya microbiota kawaida ngozi, ikiwa ni pamoja na vimelea kawaida hospitali alipewa.

Katika mwili wote, microbiotas mkazi ni muhimu kwa afya ya binadamu kwa sababu wao kuchukua niches ambayo inaweza vinginevyo kuchukuliwa na microorganisms pathogenic. Kwa mfano, Lactobacillus spp. ni kubwa aina ya bakteria ya microbiota ya kawaida uke kwa wanawake wengi. lactobacillus kuzalisha asidi lactic, kuchangia acidity ya uke na kuzuia ukuaji wa yeasts pathogenic. Hata hivyo, wakati idadi ya watu wa microbiota mkazi inapungua kwa sababu fulani (kwa mfano, kwa sababu ya kuchukua antibiotics), pH ya uke huongezeka, na kuifanya kuwa mazingira mazuri zaidi kwa ukuaji wa chachu kama vile albicans ya Candida. Tiba ya antibiotiki pia inaweza kuvuruga microbiota ya njia ya matumbo na njia ya upumuaji, kuongeza hatari ya maambukizi ya sekondari na/au kukuza gari la muda mrefu na kumwaga vimelea.

Zoezi\(\PageIndex{3}\)

1. Eleza tofauti kati ya ushirikiano wa ushirika na ushindani katika jamii za microbial.
2. Andika orodha ya symbiosis na ueleze jinsi kila idadi ya watu inavyoathirika.

Taksonomia na Systematics

Kuweka prokaryotes kwa aina fulani ni changamoto. Hawana kuzaliana ngono, hivyo haiwezekani kuainisha kulingana na kuwepo au kutokuwepo kwa kuingiliana. Pia, hawana sifa nyingi za kimaadili. Kwa kawaida, uainishaji wa prokaryotes ulitegemea sura zao, mifumo ya uchafu, na tofauti za biochemical au kisaikolojia. Hivi karibuni, kama teknolojia imeongezeka, utaratibu wa nucleotide katika jeni umekuwa kigezo muhimu cha uainishaji wa microbial.

Mnamo mwaka wa 1923, mwanabiolojia wa Marekani David Hendricks Bergey (1860—1937) alichapisha Mwongozo katika Bakteriolojia ya kuamua. Kwa mwongozo huu, alijaribu kutoa muhtasari habari kuhusu aina za bakteria zilizojulikana wakati ule, akitumia uainishaji wa Kilatini binomial. Bergey pia ni pamoja na maumbile, kisaikolojia, na biochemical mali ya viumbe hawa. Mwongozo wake umesasishwa mara nyingi ili kujumuisha bakteria mpya na mali zao. Ni msaada mkubwa katika taxonomy ya bakteria na mbinu za tabia ya bakteria. Uchapishaji wa hivi karibuni wa dada, Mwongozo wa Bergey wa Bergey wa Bakteriology wa Utaratibu, unaongeza mwongozo wa awali wa Bergey. Inajumuisha idadi kubwa ya aina za ziada, pamoja na maelezo ya up-to-date ya taksonomia na mali ya kibiolojia ya taxa zote zinazoitwa prokaryotic. Chapisho hili linashirikisha majina yaliyoidhinishwa ya bakteria kama ilivyoainishwa na Orodha ya Majina ya Prokaryotic na Kusimama katika Nomenclature (LPSN).

Uainishaji kwa Staining Patter

Kwa mujibu wa mifumo yao ya uchafu, ambayo inategemea mali ya kuta zao za seli, bakteria kwa kawaida wamewekwa katika gramu-chanya, gramu-hasi, na “usio wa kawaida,” maana yake si gramu-chanya wala gramu-hasi. Kama ilivyoelezwa katika Madoa Sampuli Microscopic, bakteria gramu-chanya wamiliki nene peptidoglycan kiini ukuta kwamba anakuwa na doa msingi (kioo violet) wakati wa hatua decolorizing; wao kubaki zambarau baada ya utaratibu gramu-stain kwa sababu violet kioo hutawala mwanga nyekundu/pink rangi ya counterstain sekondari, safranin. Kwa upande mwingine, bakteria ya gramu-hasi huwa na ukuta mwembamba wa seli ya peptidoglycan ambayo haizuii violet ya kioo kutoka kuosha wakati wa hatua ya kupungua; kwa hiyo, huonekana nyekundu/nyekundu baada ya kudanganya na safranin. Bakteria ambazo haziwezi kubadilika na utaratibu wa kiwango cha Gram stain huitwa bakteria ya atypical. Imejumuishwa katika jamii ya atypical ni spishi za Mycoplasma na Klamidia, ambazo hazina ukuta wa seli na kwa hiyo haziwezi kuhifadhi vitendanishi vya gramu-stain. Rickettsia pia huchukuliwa kuwa atypical kwa sababu ni ndogo mno kutathminiwa na doa ya Gram.

Hivi karibuni, wanasayansi wameanza kuainisha zaidi bakteria ya gramu-hasi na gramu-chanya. Wameongeza kundi maalum la bakteria ya matawi ya kina kulingana na mchanganyiko wa vipengele vya kisaikolojia, biochemical, na maumbile. Pia sasa huainisha zaidi bakteria ya gramu-hasi katika Proteobacteria, Cytophaga-Flavobacterium-Bacteroides (CFB), na spirochetes.

Bakteria ya matawi ya kina hufikiriwa kuwa aina ya mabadiliko ya mapema ya bakteria (tazama Bakteria ya Matawi ya kina). Wanaishi katika moto, tindikali, ultraviolet-mwanga wazi, na anaerobic (kunyimwa oksijeni) hali. Proteobacteria ni phylum ya makundi mbalimbali sana ya bakteria ya gramu-hasi; inajumuisha baadhi ya vimelea muhimu vya binadamu (k.m. coli na Bordetella pertussis). Kundi la bakteria la CFB linajumuisha vipengele vya microbiota ya kawaida ya utumbo wa binadamu, kama Bacteroides. Spirochetes ni bakteria yenye umbo la ond na ni pamoja na pathogen Treponema pallidum, ambayo husababisha kaswende. Tutaonyesha makundi haya ya bakteria kwa undani zaidi baadaye katika sura.

Kulingana na maambukizi yao ya nucleotides ya guanine na cytosine, bakteria ya gram-chanya pia huwekwa katika chini ya G+C na bakteria ya juu ya G+C gramu-chanya. Bakteria ya chini ya G+C gramu-chanya ina chini ya 50% ya nucleotides ya guanine na cytosine katika DNA yao. Zinajumuisha vimelea vya binadamu, kama vile vinavyosababisha anthrax (Bacillus anthracis), pepopunda (Clostridium tetani), na listeriosis (Listeria monocytogenes). High G+C gram-chanya bakteria, ambayo ina zaidi ya 50% ya guanine na cytosine nyukleotidi katika DNA yao, ni pamoja na bakteria zinazosababisha dondakoo (Corynebacterium dondakoo), kifua kikuu (Mycobacterium kifua kikuu), na magonjwa mengine.

Maagizo ya prokaryotes yanabadilika mara kwa mara kama aina mpya zinazogunduliwa. Tutawaelezea kwa undani zaidi, pamoja na magonjwa wanayosababisha, katika sehemu za baadaye na sura.

Zoezi\(\PageIndex{4}\)

Je, wanasayansi wanaainishaje prokaryotes?

Mradi wa Microbiome ya Binadamu

Mradi wa Microbiome wa Binadamu ulizinduliwa na Taasisi za Taifa za Afya (NIH) mwaka 2008. Lengo moja kuu la mradi ni kujenga hifadhi kubwa ya utaratibu wa jeni wa viumbe muhimu vinavyopatikana kwa binadamu, kusaidia wanabiolojia na madaktari kuelewa mienendo ya microbiome ya binadamu na uhusiano kati ya microbiota ya binadamu na magonjwa. Mtandao wa maabara wanaofanya kazi pamoja umekuwa ukikusanya data kutoka kwa swabs za maeneo kadhaa ya ngozi, tumbo, na mdomo kutoka kwa mamia ya watu binafsi.

Moja ya changamoto katika kuelewa microbiome ya binadamu imekuwa ugumu wa kulima viumbe vingi vinavyoishi ndani ya mwili wa binadamu. Imekadiriwa kuwa tuna uwezo tu wa utamaduni 1% ya bakteria katika asili na kwamba hatuwezi kukua 99% iliyobaki. Ili kukabiliana na changamoto hii, watafiti wametumia uchambuzi wa metagenomic, ambayo inasoma vifaa vya maumbile kuvuna moja kwa moja kutoka kwa jamii za microbial, kinyume na ile ya aina ya mtu binafsi iliyopandwa katika utamaduni. Hii inaruhusu watafiti kujifunza nyenzo za maumbile ya microbes wote katika microbiome, badala ya wale tu ambao wanaweza kuwa cultured. ⁶

Mafanikio moja muhimu ya Mradi wa Microbiome ya Binadamu ni kuanzisha database ya kwanza ya kumbukumbu juu ya microorganisms wanaoishi ndani na juu ya mwili wa binadamu. Wengi wa microbes katika microbiome ni manufaa, lakini baadhi hawana. Ilibainika, kwa kiasi fulani bila kutarajia, kwamba sisi sote tuna vimelea vikubwa vya microbial katika microbiota yetu. Kwa mfano, kiunganishi cha jicho la mwanadamu kina genera 24 za bakteria na aina nyingi za pathogenic. ⁷ Kinywa cha binadamu cha afya kina idadi ya aina ya Streptococcus ya jeni, ikiwa ni pamoja na aina za pathogenic S. pyogenes na S. pneumoniae. ⁸ Hii inaleta swali la kwa nini viumbe fulani vya prokaryotic zipo kwa maoni kwa watu fulani lakini hufanya kama vimelea vya mauti kwa wengine. Pia zisizotarajiwa ilikuwa idadi ya viumbe ambavyo havijawahi kuzimwa. Kwa mfano, katika utafiti mmoja wa metagenomic wa microbiota ya gut ya binadamu, aina 174 mpya za bakteria zilibainishwa. ⁹

Lengo jingine la siku za usoni ni tabia ya microbiota ya binadamu kwa wagonjwa wenye magonjwa mbalimbali na kujua kama kuna uhusiano wowote kati ya yaliyomo ya microbiota ya mtu binafsi na hatari au kuathiriwa na magonjwa maalum. Kuchambua microbiome katika mtu mwenye ugonjwa maalum inaweza kufunua njia mpya za kupambana na magonjwa.

Muhtasari

• Prokaryotes ni microorganisms unicellular ambao seli hazina kiini.
• Prokaryotes inaweza kupatikana kila mahali kwenye sayari yetu, hata katika mazingira makubwa zaidi.
• Prokaryotes ni rahisi sana metabolically, hivyo wanaweza kurekebisha kulisha yao kwa rasilimali za asili zilizopo.
• Prokaryotes huishi katika jamii zinazoingiliana kati yao wenyewe na kwa viumbe vikubwa ambavyo wanatumia kama majeshi (ikiwa ni pamoja na binadamu).
• Jumla ya aina za prokaryotes (hasa bakteria) wanaoishi kwenye mwili wa binadamu huitwa microbiome ya binadamu, ambayo inatofautiana kati ya mikoa ya mwili na watu binafsi, na hubadilika kwa muda.
• Jumla ya aina za prokaryotes (hasa bakteria) wanaoishi katika eneo fulani la mwili wa binadamu (k.m. mdomo, koo, tumbo, jicho, uke) huitwa microbiota ya eneo hili.
• Prokaryotes huainishwa katika nyanja Archaea na Bakteria.
• Katika miaka ya hivi karibuni, mbinu za jadi za uainishaji wa prokaryotes zimeongezewa na mbinu za msingi za maumbile ya Masi.

maelezo ya chini

1. 1 Medical Press. “Bakteria ya kinywa inaweza kubadilisha mlo wao, Supercomputers Kufunua.” Agosti 12, 2014. medicalxpress.com/news/2014-0... rs-reveal.html. Ilifikia Februari 24, 2015.
2. 2 A. Abbott. “Wanasayansi Bust Myth kwamba Miili yetu ina Bakteria zaidi kuliko seli za Binadamu: Miongo ya zamani Kupalizwa kuhusu Microbiota Revisited.” Nature. http://www.nature.com/news/scientist... -seli - 1.19136. Ilifikia Juni 3, 2016.
3. 3 A.M. Kravetz “Bakteria ya kipekee inapambana na Wafanyabiashara wa Kemikali taka.” 2012. www.livescience.com/25181-bac... s-nsf-bts.html. Ilifikia Machi 9, 2015.
4. 4 E.M. Baiskeli na wengine. “Tofauti ya Bakteria katika Cavity ya Mdomo wa Watu 10 wenye afya.” ISME Journal 4 no. 8 (2010) :962—974.
5. 5 C.C. Booijink na wenzake. “High Temporal na ndani ya mtu binafsi Tofauti wanaona katika Binadamu Ileal Microbiota.” Microbiolojia ya mazingira 12 namba 12 (2010) :3213—3227.
6. 6 Taasisi za Taifa za Afya. “Binadamu Microbiome Mradi. Maelezo ya jumla.” commonfund.nih.gov/hmp/maelezo ya jumla. Ilifikia Juni 7, 2016.
7. 7 Swali: Dong na wenzake. “Tofauti ya Bakteria katika Afya Binadamu Conjunctiva.” Ophthalmology ya uchunguzi & Visual Science 52 no. 8 (2011) :5408—5413.
8. 8 F.E. Dewhist et al. “Microbiome ya Mdomo wa Binadamu.” Jarida la Bakteriolojia 192 namba 19 (2010) :5002—5017.
9. 9 J.C. Lagier na wenzake. “Microbial Culturomics: Paradigm Shift katika Binadamu Gut Microbiome Utafiti.” Microbiolojia ya kliniki na Maambukizi 18 namba 12 (2012) :1185—1193.