معلومة

9: النمو الجرثومي - علم الأحياء

9: النمو الجرثومي - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

  • 9.1: كيف تنمو الميكروبات
    تتضمن دورة الخلية البكتيرية تكوين خلايا جديدة من خلال تكرار الحمض النووي وتقسيم المكونات الخلوية إلى خليتين ابنتيتين. في بدائيات النوى ، يكون التكاثر دائمًا لاجنسيًا ، على الرغم من حدوث إعادة تركيب جيني واسع النطاق في شكل نقل جيني أفقي ، كما سيتم استكشافه في فصل مختلف. تحتوي معظم البكتيريا على كروموسوم دائري واحد. ومع ذلك ، توجد بعض الاستثناءات.
  • 9.2: متطلبات الأكسجين للنمو الميكروبي
    اسأل معظم الناس "ما هي المتطلبات الرئيسية للحياة؟" ومن المرجح أن تشمل الإجابات الماء والأكسجين. قليلون قد يجادلون حول الحاجة إلى الماء ، لكن ماذا عن الأكسجين؟ هل يمكن أن تكون هناك حياة بدون أكسجين؟ الجواب هو أن الأكسجين الجزيئي ليس مطلوبًا دائمًا. تعود أقدم علامات الحياة إلى فترة كانت فيها الظروف على الأرض منخفضة للغاية وكان غاز الأكسجين الحر غير موجود أساسًا.
  • 9.3: تأثيرات الأس الهيدروجيني على النمو الميكروبي
    عادة ما تكون البكتيريا من العدلات. تنمو بشكل أفضل عند درجة حموضة محايدة قريبة من 7.0. تنمو عشبة الحموضة على النحو الأمثل عند درجة حموضة قريبة من 3.0. Alkaliphiles هي كائنات حية تنمو على النحو الأمثل بين درجة حموضة 8 و 10.5. تنمو الحموضة الشديدة والقلويات ببطء أو لا تنمو على الإطلاق بالقرب من درجة الحموضة المحايدة. تنمو الكائنات الحية الدقيقة بشكل أفضل عند درجة حموضة نموها الأمثل. يحدث النمو ببطء أو لا يحدث على الإطلاق تحت الحد الأدنى من الرقم الهيدروجيني للنمو وفوق الحد الأقصى لدرجة الحموضة للنمو.
  • 9.4: درجة الحرارة والنمو الميكروبي
    الكائنات الحية الدقيقة تزدهر في نطاق واسع من درجات الحرارة ؛ لقد استعمرت بيئات طبيعية مختلفة وتكيفت مع درجات الحرارة القصوى. تتطلب كل من درجات الحرارة شديدة البرودة والحرارة تعديلات تطورية للجزيئات الكبيرة والعمليات البيولوجية. ينمو الأشخاص النفسيون بشكل أفضل في نطاق درجات الحرارة من 0 إلى 15 درجة مئوية بينما يزدهر المتعلمون النفسيون بين 4 درجات و 25 درجة مئوية. تنمو عشبة الميزوفيل بشكل أفضل في درجات حرارة معتدلة في حدود 20 درجة مئوية إلى حوالي 45 درجة مئوية. عادة ما تكون مسببات الأمراض هي الفطريات.
  • 9.5: الظروف البيئية الأخرى التي تؤثر على النمو
    تتفاعل الكائنات الحية الدقيقة مع بيئتها على طول أبعاد أكثر من الأس الهيدروجيني ودرجة الحرارة ومستويات الأكسجين الحر ، على الرغم من أن هذه العوامل تتطلب تكيفات كبيرة. نجد أيضًا كائنات دقيقة تتكيف مع مستويات مختلفة من الملوحة والضغط الجوي والرطوبة والضوء.
  • 9.6: الوسائط المستخدمة للنمو البكتيري
    يتم تسهيل دراسة الكائنات الحية الدقيقة بشكل كبير إذا تمكنا من استزراعها ، أي الحفاظ على تكاثر السكان على قيد الحياة في ظل ظروف المختبر. يمثل استزراع العديد من الكائنات الدقيقة تحديًا بسبب المتطلبات الغذائية والبيئية المحددة للغاية وتنوع هذه المتطلبات بين الأنواع المختلفة.

صورة مصغرة: تتسبب الأمطار الغزيرة في جريان الأسمدة في بحيرة إيري ، مما يؤدي إلى تكاثر الطحالب على نطاق واسع ، والتي يمكن ملاحظتها على طول الخط الساحلي. (الائتمان: ناسا)


الفصل التاسع: النمو الجرثومي

بعد ذلك ، يبدأ تكرار الحمض النووي في موقع على الكروموسوم الدائري يسمى أصل النسخ المتماثل، حيث يرتبط الكروموسوم بغشاء الخلية الداخلي.

يستمر النسخ المتماثل في اتجاهات متعاكسة على طول الكروموسوم حتى يتم الوصول إلى النهاية.

ينقبض مركز الخلية المتضخمة حتى تتشكل خليتان ابنتان ، يتلقى كل نسل نسخة كاملة من الجينوم الأبوي وتقسيم السيتوبلازم (الحركية الخلوية).

يتم توجيه عملية الانقسام الخلوي والانقسام الخلوي بواسطة بروتين يسمى FtsZ. يتجمع FtsZ في حلقة Z على الغشاء السيتوبلازمي. يتم تثبيت الحلقة Z بواسطة بروتينات مرتبطة بـ FtsZ وتحدد مستوى الانقسام بين الخليتين الوليدين.

تتم إضافة البروتينات الإضافية المطلوبة لتقسيم الخلية إلى الحلقة Z لتشكيل بنية تسمى القسمة.

ينشط الانقسام لإنتاج جدار خلوي ببتيدوغليكان وبناء حاجز يقسم الخليتين الوليدين.


Mesophiles

الكائنات المصنفة على أنها mesophiles ("المحبة الوسطى") تتكيف مع درجات الحرارة المعتدلة ، مع درجات حرارة نمو مثالية تتراوح من درجة حرارة الغرفة (حوالي 20 درجة مئوية) إلى حوالي 45 درجة مئوية. كما هو متوقع من درجة الحرارة الأساسية لجسم الإنسان ، 37 درجة مئوية (98.6 درجة فهرنهايت) ، والجراثيم البشرية الطبيعية ومسببات الأمراض (على سبيل المثال ، بكتريا قولونية, السالمونيلا النيابة.، و اكتوباكيللوس النيابة.) هي mesophiles. تحتل mesophiles نفس البيئات التي يشغلها البشر ، من حيث الأطعمة التي نأكلها ، والأسطح التي نلمسها ، والماء الذي نسبح فيه ونشربه.


9.4 درجة الحرارة والنمو الميكروبي

عندما بدأ استكشاف بحيرة ويلانز في القارة القطبية الجنوبية ، لم يتوقع الباحثون العثور على الكثير من الحياة. لا يبدو أن درجات الحرارة الثابتة تحت الصفر والافتقار إلى مصادر واضحة للمغذيات هي الظروف التي من شأنها أن تدعم النظام البيئي المزدهر. ولدهشتهم ، أظهرت العينات المأخوذة من البحيرة حياة ميكروبية وفيرة. في بيئة مختلفة ولكن قاسية بنفس القدر ، تنمو البكتيريا في قاع المحيط في فتحات بحرية (الشكل 9.28) ، حيث يمكن أن تصل درجات الحرارة إلى 340 درجة مئوية (700 درجة فهرنهايت).

يمكن تصنيف الميكروبات تقريبًا وفقًا لنطاق درجة الحرارة التي يمكن أن تنمو فيها. معدلات النمو هي الأعلى عند درجة حرارة النمو المثلى للكائن الحي. أدنى درجة حرارة يمكن للكائن الحي أن يعيش فيها ويتكاثر هي درجة حرارة نموه الدنيا. أعلى درجة حرارة يمكن أن يحدث عندها النمو هي درجة حرارة النمو القصوى. النطاقات التالية لدرجات حرارة النمو المتساهلة تقريبية فقط ويمكن أن تختلف وفقًا لعوامل بيئية أخرى.

الكائنات المصنفة على أنها mesophile s ("المحبة الوسطى") تتكيف مع درجات الحرارة المعتدلة ، مع درجات حرارة نمو مثالية تتراوح من درجة حرارة الغرفة (حوالي 20 درجة مئوية) إلى حوالي 45 درجة مئوية. كما هو متوقع من درجة الحرارة الأساسية لجسم الإنسان ، 37 درجة مئوية (98.6 درجة فهرنهايت) ، والجراثيم البشرية الطبيعية ومسببات الأمراض (على سبيل المثال ، بكتريا قولونية, السالمونيلا spp. و اكتوباكيللوس spp.) هي mesophiles.

الكائنات الحية التي تُدعى Psychrotrophs ، والمعروفة أيضًا باسم المتحمّل النفسي ، تفضل البيئات الأكثر برودة ، من درجة حرارة عالية تبلغ 25 درجة مئوية إلى درجة حرارة التبريد حوالي 4 درجات مئوية. توجد في العديد من البيئات الطبيعية في المناخات المعتدلة. كما أنها مسؤولة عن تلف الأطعمة المبردة.

التركيز السريري

الدقة

حضور ال الليستيريا في دم جيني يشير إلى أن أعراضها ناتجة عن مرض الليستريات ، وهو عدوى تسببها L. monocytogenes. الليستريات هي عدوى خطيرة مع معدل وفيات بنسبة 20٪ وتشكل خطرًا خاصًا على جنين جيني. عينة من السائل الأمنيوسي المزروعة لوجود الليستيريا أعطى نتائج سلبية. نظرًا لأن عدم وجود الكائنات الحية لا يستبعد إمكانية الإصابة ، فإن الاختبار الجزيئي يعتمد على تضخيم الحمض النووي للـ RNA الريبوزومي 16S لـ الليستيريا تم إجراؤه للتأكد من عدم عبور أي بكتيريا المشيمة. لحسن الحظ ، كانت نتائج الاختبار الجزيئي سلبية أيضًا.

تم نقل جيني إلى المستشفى لتلقي العلاج والشفاء. تلقت جرعة عالية من اثنين من المضادات الحيوية عن طريق الوريد لمدة أسبوعين. الأدوية المفضلة لعلاج الليستريات هي الأمبيسلين أو البنسلين G مع مضاد حيوي أمينوغليكوزيد. لا تزال مقاومة المضادات الحيوية الشائعة نادرة في الليستيريا وعادة ما يكون العلاج بالمضادات الحيوية ناجحًا. تم إطلاق سراحها للرعاية المنزلية بعد أسبوع وتعافت تمامًا من إصابتها بالعدوى.

L. monocytogenes هو قضيب قصير موجب الجرام موجود في التربة والماء والغذاء. يتم تصنيفها على أنها نفسية ومتسامحة. إن قدرته على التكاثر في درجات حرارة التبريد (4-10 درجات مئوية) وتحمله لتركيزات عالية من الملح (تصل إلى 10٪ كلوريد الصوديوم [كلوريد الصوديوم]) تجعله مصدرًا متكررًا للتسمم الغذائي. لأن الليستيريا يمكن أن تصيب الحيوانات ، وغالبًا ما تلوث الأطعمة مثل اللحوم أو الأسماك أو منتجات الألبان. غالبًا ما يمكن تتبع تلوث الأطعمة التجارية إلى الأغشية الحيوية الثابتة التي تتكون على معدات التصنيع التي لا يتم تنظيفها بشكل كافٍ.

تعد عدوى الليستريا شائعة نسبيًا بين النساء الحوامل لأن المستويات المرتفعة من البروجسترون تقلل من تنظيم جهاز المناعة ، مما يجعلها أكثر عرضة للإصابة بالعدوى. يمكن للممرض عبور المشيمة وإصابة الجنين ، مما يؤدي غالبًا إلى الإجهاض أو ولادة جنين ميت أو عدوى حديثي الولادة مميتة. لذلك يُنصح النساء الحوامل بتجنب استهلاك الجبن الطري واللحوم الباردة المبردة والمأكولات البحرية المدخنة ومنتجات الألبان غير المبسترة. لأن الليستيريا يمكن بسهولة الخلط بين البكتيريا والخناق ، وهي مجموعة شائعة أخرى من قضبان إيجابية الجرام ، ومن المهم تنبيه المختبر عند الاشتباه في الإصابة بداء الليستريات.

ارجع إلى مربع التركيز السريري السابق.

تعتبر الكائنات الحية المسترجعة من بحيرات القطب الشمالي مثل بحيرة ويلانز متطرفة س (محبة باردة). الكائنات النفسية هي كائنات دقيقة يمكن أن تنمو عند درجة حرارة 0 درجة مئوية أو أقل ، ولديها درجة حرارة نمو مثالية قريبة من
15 درجة مئوية ، وعادة لا تعيش في درجات حرارة أعلى من 20 درجة مئوية. توجد في البيئات الباردة بشكل دائم مثل المياه العميقة للمحيطات. نظرًا لأنهم نشيطون في درجات حرارة منخفضة ، فإن المتدربين النفسيين والمتغذلين النفسيين هم مُحلِّلات مهمة في المناخات الباردة.

تسمى الكائنات الحية التي تنمو عند درجات حرارة مثالية من 50 درجة مئوية إلى 80 درجة مئوية كحد أقصى بالحرارة ("المحبة للحرارة"). لا تتكاثر في درجة حرارة الغرفة. يتم توزيع الحرارة على نطاق واسع في الينابيع الساخنة ، والتربة الحرارية الأرضية ، والبيئات التي من صنع الإنسان مثل أكوام السماد في الحدائق حيث تحلل الميكروبات بقايا المطبخ والمواد النباتية. من الأمثلة على محبي الحرارة ثيرموس أكواتيكوس و Geobacillus النيابة. أعلى على مقياس درجة الحرارة القصوى ، نجد الأوتوكلاف ، والتي تتميز بنمو يتراوح من 80 درجة مئوية إلى 110 درجة مئوية كحد أقصى ، مع بعض الأمثلة المتطرفة التي تنجو من درجات حرارة أعلى من 121 درجة مئوية ، متوسط ​​درجة حرارة الأوتوكلاف. تعتبر الفتحات الحرارية المائية في قاع المحيط مثالًا رئيسيًا للبيئات القاسية ، حيث تصل درجات الحرارة إلى ما يقدر بـ 340 درجة مئوية (الشكل 9.28). الميكروبات المعزولة من الفتحات تحقق النمو الأمثل في درجات حرارة أعلى من 100 درجة مئوية. الأمثلة الجديرة بالملاحظة بيربولوس و بيروديكتيوم ، العتائق التي تنمو عند 105 درجة مئوية وتنجو من التعقيم. يوضح الشكل 9.29 المنحنيات المنحرفة النموذجية للنمو المعتمد على درجة الحرارة لفئات الكائنات الحية الدقيقة التي ناقشناها.

تثير الحياة في البيئات القاسية أسئلة رائعة حول تكيف الجزيئات الكبيرة وعمليات التمثيل الغذائي. تؤثر درجات الحرارة المنخفضة جدًا على الخلايا بعدة طرق. تفقد الأغشية سيولتها وتتلف بسبب تكوين بلورات الجليد. التفاعلات الكيميائية والانتشار تتباطأ إلى حد كبير. تصبح البروتينات شديدة الصلابة لتحفيز التفاعلات وقد تخضع للتمسخ. في الطرف الآخر من طيف درجة الحرارة ، تفسد الحرارة البروتينات والأحماض النووية. زيادة السيولة تضعف عمليات التمثيل الغذائي في الأغشية. بعض التطبيقات العملية للتأثيرات المدمرة للحرارة على الميكروبات هي التعقيم بالبخار ، والبسترة ، وحرق حلقات التلقيح. تعتبر البروتينات الموجودة في الكائنات النفسية ، بشكل عام ، غنية بالبقايا الكارهة للماء ، وتعرض زيادة في المرونة ، ولديها عدد أقل من روابط التثبيت الثانوية عند مقارنتها بالبروتينات المتماثلة من mesophiles. البروتينات والمذابات المضادة للتجمد التي تقلل من درجة حرارة التجمد للسيتوبلازم شائعة. تميل الدهون في الأغشية إلى أن تكون غير مشبعة لزيادة السيولة. معدلات النمو أبطأ بكثير من تلك التي نواجهها في درجات الحرارة المعتدلة. في ظل الظروف المناسبة ، يمكن أن تعيش mesophiles وحتى Thermophiles حتى التجمد. يتم خلط الثقافات السائلة للبكتيريا مع محاليل الجلسرين المعقمة وتجميدها إلى -80 درجة مئوية للتخزين طويل الأجل كمخزون. يمكن أن تتحمل الثقافات التجفيف بالتجميد (التجفيد) ثم يتم تخزينها كمساحيق في أمبولات محكمة الغلق لإعادة تكوينها باستخدام المرق عند الحاجة.

تُظهر الجزيئات الكبيرة في المحبات الحرارية و hyperthermophiles بعض الاختلافات الهيكلية الملحوظة عما لوحظ في mesophiles. تزداد نسبة الدهون المشبعة إلى الدهون المتعددة غير المشبعة للحد من سيولة أغشية الخلايا. تُظهر تسلسلات الحمض النووي الخاصة بهم نسبة أعلى من القواعد النيتروجينية الجوانين والسيتوزين ، والتي يتم تجميعها معًا بواسطة ثلاث روابط هيدروجينية على عكس الأدينين والثايمين ، والتي ترتبط في الحلزون المزدوج برابطة هيدروجينية. تساهم الهياكل الثانوية الإضافية ، والروابط الأيونية والتساهمية ، بالإضافة إلى استبدال الأحماض الأمينية الرئيسية لتثبيت الطي ، في مقاومة البروتينات للتمسخ. إن ما يسمى بالإنزيمات الحرارية المنقاة من الحرارة لها تطبيقات عملية مهمة. على سبيل المثال ، يعتمد تضخيم الأحماض النووية في تفاعل البلمرة المتسلسل (PCR) على الاستقرار الحراري لـ طق بوليميراز ، إنزيم معزول من T. aquaticus. تضاف إنزيمات التحلل من الحرارة كمكونات في منظفات الماء الساخن ، مما يزيد من فعاليتها.

تأكد من فهمك

  • ما هي متطلبات درجة الحرارة التي تمتلكها معظم مسببات الأمراض البشرية البكتيرية؟
  • ما هو تكيف الحمض النووي الذي يظهره المحبون للحرارة؟

عين على الأخلاق

إطعام العالم ... وطحالب العالم

أصبحت الأسمدة الصناعية أداة مهمة في إنتاج الغذاء حول العالم. إنهم مسؤولون عن العديد من مكاسب ما يسمى بالثورة الخضراء في القرن العشرين ، والتي سمحت لكوكب الأرض بإطعام العديد من سكانه الذين يزيد عددهم عن 7 مليارات نسمة. توفر الأسمدة الاصطناعية النيتروجين والفوسفور ، وهما عنصران أساسيان محددان للمغذيات ، لنباتات المحاصيل ، مما يزيل الحواجز الطبيعية التي من شأنها أن تحد من معدل النمو. وبالتالي ، تنمو المحاصيل المخصبة بشكل أسرع ، وتنتج المزارع التي تستخدم الأسمدة غلة أعلى من المحاصيل.

ومع ذلك ، فقد ثبت أن الإهمال والإفراط في استخدام الأسمدة الاصطناعية لهما آثار سلبية كبيرة على النظم الإيكولوجية المائية ، والمياه العذبة والبحرية على حد سواء. الأسمدة التي يتم استخدامها في أوقات غير مناسبة أو بكميات كبيرة جدًا تسمح لمركبات النيتروجين والفوسفور بالهروب من استخدام نباتات المحاصيل ودخول أنظمة الصرف. يمكن أن يساهم الاستخدام غير المناسب للأسمدة في البيئات السكنية أيضًا في زيادة الأحمال الغذائية التي تجد طريقها إلى البحيرات والنظم الإيكولوجية البحرية الساحلية. مع ارتفاع درجة حرارة الماء وتوافر العناصر الغذائية ، تتكاثر الطحالب المجهرية ، وغالبًا ما تغير لون الماء بسبب كثافة الخلايا العالية.

معظم تكاثر الطحالب ليست ضارة بشكل مباشر للإنسان أو الحياة البرية ، ومع ذلك ، فإنها يمكن أن تسبب ضررًا غير مباشر. مع توسع الطحالب ثم تموت ، فإنها توفر زيادة كبيرة في المواد العضوية للبكتيريا التي تعيش في المياه العميقة. مع هذا الإمداد الكبير من المغذيات ، ينفجر عدد الكائنات الحية الدقيقة غير المُصنّعة ضوئيًا ، مستهلكًا الأكسجين المتاح وخلق "مناطق ميتة" حيث اختفت الحياة الحيوانية فعليًا.

إن استنفاد الأكسجين في الماء ليس هو النتيجة الضارة الوحيدة لبعض تكاثر الطحالب. الطحالب التي تنتج المد الأحمر في خليج المكسيك ، كارينيا بريفيس ، تفرز سمومًا قوية يمكن أن تقتل الأسماك والكائنات الحية الأخرى وتتراكم أيضًا في المحار. يمكن أن يتسبب استهلاك المحار الملوث في ظهور أعراض عصبية وجهاز هضمي شديدة لدى البشر. يجب مراقبة أسِرَّة المحار بانتظام بحثًا عن السموم ، وغالبًا ما يتم إغلاق المحاصيل عند وجودها ، مما يتسبب في تكاليف اقتصادية لمصايد الأسماك. البكتيريا الزرقاء ، التي يمكن أن تشكل أزهارًا في النظم البيئية البحرية والمياه العذبة ، تنتج سمومًا تسمى ميكروسيستين ، والتي يمكن أن تسبب الحساسية وتلف الكبد عند تناولها في مياه الشرب أو أثناء السباحة. أجبرت تكاثر الطحالب الزرقاء البكتيرية المتكررة في بحيرة إيري (الشكل 9.30) البلديات على فرض حظر على مياه الشرب لعدة أيام في كل مرة بسبب مستويات السموم غير المقبولة.

هذه مجرد عينة صغيرة من النتائج السلبية لتكاثر الطحالب والمد الأحمر والمناطق الميتة. ومع ذلك ، يصعب الخلاف بشأن فوائد سماد المحاصيل - السبب الرئيسي لمثل هذه الإزهار. لا يوجد حل سهل لهذه المعضلة ، فحظر الأسمدة ليس مجديًا سياسيًا أو اقتصاديًا. بدلاً من ذلك ، يجب أن ندعو إلى الاستخدام المسؤول والتنظيم في السياقات الزراعية والسكنية ، فضلاً عن استعادة الأراضي الرطبة ، التي يمكن أن تمتص الأسمدة الزائدة قبل أن تصل إلى البحيرات والمحيطات.


شاهد الفيديو: مقطع عن الانشطار الثنائي في البكتريا (ديسمبر 2022).