المحتوى
- أنواع الكائنات الحية الدقيقة
- تصنيف الكائنات الدقيقة في علم الأحياء الدقيقة
- تاريخ علم الأحياء الدقيقة
- الكائنات الدقيقة المعدية
- الكائنات الحية الدقيقة المفيدة للإنسان
- مجالات علم الأحياء الدقيقة
- مستقبل علم الأحياء الدقيقة
يعد مجال علم الأحياء الدقيقة أمرًا بالغ الأهمية للبشر ، ليس فقط بسبب الأمراض المعدية التي تسببها هذه الميكروبات ولكن لأن الكائنات الحية الدقيقة "الجيدة" ضرورية لنا للعيش على هذا الكوكب. بالنظر إلى أن البكتيريا الموجودة في أجسامنا وعلى أجسادنا تفوق عدد خلايانا ، يمكن اعتبار مجال الدراسة هذا أحد أهم مجالات المعرفة والدراسة.
أنواع الكائنات الحية الدقيقة
الكائنات الدقيقة أو "الميكروبات" هي كائنات حية صغيرة. لا يمكن رؤية معظم هذه الكائنات بالعين المجردة ، وحتى اختراع المجهر ونظرية الجراثيم ، لم يكن لدينا أي فكرة عن مدى وفرتها.
توجد الميكروبات في أي مكان على وجه الأرض تقريبًا. تم العثور عليها في برك الماء المغلي في يلوستون وفي الفتحات البركانية في أدنى أعماق البحر. يمكنهم العيش في المسطحات الملحية والبعض الآخر يعيش في المياه المالحة (الكثير لاستخدام الملح كمادة حافظة). يحتاج البعض إلى الأكسجين لينمو والبعض الآخر لا يحتاج.
تسمى البكتيريا "أصعب" الكائنات الحية الدقيقة في العالم عبر الراديو Deinococcus، وهي بكتيريا يمكنها تحمل الإشعاع لدرجة هائلة كما يوحي اسمها ، ولكنها تستطيع أيضًا البقاء على قيد الحياة بدون ماء ، والتعرض لأحماض قوية ، وحتى عند وضعها في فراغ.
تصنيف الكائنات الدقيقة في علم الأحياء الدقيقة
هناك العديد من الطرق المختلفة التي صنف بها العلماء ، وحاولوا بذلك فهم ملايين الميكروبات الموجودة في وسطنا.
متعدد الخلايا مقابل وحيد الخلية مقابل لا خلوي
إحدى طرق تصنيف الميكروبات هي ما إذا كانت تحتوي على خلايا أم لا ، وإذا كان الأمر كذلك ، فكم عددها. قد تكون الكائنات الحية الدقيقة:
- متعدد الخلايا - وجود أكثر من خلية واحدة.
- أحادي الخلية - وجود خلية واحدة.
- لا خلوي - تفتقر إلى الخلايا ، مثل الفيروسات والبريونات. (يُشار عادةً إلى البريونات باسم "البروتينات المعدية" بدلاً من الميكروبات).
حقيقيات النوى مقابل بدائيات النوى
طريقة أخرى لتصنيف الكائنات الحية الدقيقة لها علاقة بنوع الخلية. وتشمل حقيقيات النوى وبدائيات النوى:
- حقيقيات النوى عبارة عن ميكروبات لها "خلايا معقدة" لها نواة حقيقية وعضيات مرتبطة بالغشاء. تشمل أمثلة حقيقيات النوى الديدان الطفيلية (الديدان) والأوليات والطحالب والفطريات والخمائر.
- بدائيات النوى هي ميكروبات ذات "خلايا بسيطة" ليس لها نواة حقيقية وتفتقر إلى عضيات مرتبطة بالغشاء. تشمل الأمثلة البكتيريا.
الفئات الرئيسية للكائنات الدقيقة
يمكن أيضًا تقسيم الأنواع المختلفة من الميكروبات إلى:
- الطفيليات: تكون الطفيليات في بعض الأحيان مخيفة أكثر من الكائنات الحية الدقيقة الأخرى ، على الأقل عندما يمكن رؤيتها بالعين المجردة. تشمل الطفيليات الديدان الطفيلية (الديدان) ، المثقوبة ، البروتوزوا ، وغيرها. تشمل أمثلة العدوى الطفيلية الملاريا والجيارديا ومرض النوم الأفريقي. من المعروف أن داء الصفر (الديدان المستديرة) يصيب مليار شخص في جميع أنحاء العالم.
- الفطريات والخمائر: الفطريات هي كائنات دقيقة تشبه النباتات في بعض النواحي. الخمائر نوع من الفطريات. تشمل الأمثلة قدم الرياضي أو أنواع أخرى من عدوى الخميرة ، والتي تندرج جميعها ضمن فئة العدوى الفطرية. تشمل هذه الفئة أيضًا الفطر والقوالب. مثل البكتيريا ، لدينا أيضًا العديد من "الفطريات الجيدة" التي تعيش على أجسادنا ولا تسبب المرض.
- بكتيريا: لدينا بكتيريا في أجسامنا وعليها أكثر من الخلايا البشرية ، ولكن الغالبية العظمى من هذه البكتيريا هي "بكتيريا صحية". إنها تحمينا من العدوى من البكتيريا السيئة أو المرضية وتلعب دورًا في هضم طعامنا. تشمل أمثلة الالتهابات التي تسببها البكتيريا السل والتهاب الحلق.
- الفيروسات: تتواجد الفيروسات بكثرة في الطبيعة ، على الرغم من أن معظم الناس على دراية بها هي تلك التي تسبب الأمراض البشرية. يمكن للفيروسات أيضًا أن تصيب الكائنات الحية الدقيقة الأخرى مثل البكتيريا والنباتات. لقد قللت التحصينات من خطر الإصابة ببعض الأمراض المخيفة ، لكن البعض الآخر ، مثل الإيبولا وفيروس زيكا ، يذكرنا بأننا لم نبدأ في التغلب على هذه الأخطار المصغرة.
- البريونات: معظم العلماء في هذا الوقت لا يصنفون البريونات على أنها كائنات دقيقة ، بل تصنف على أنها "بروتينات معدية". ومع ذلك ، غالبًا ما يدرسها علماء الفيروسات. البريونات هي في الأساس قطعة من البروتين المطوي بشكل غير طبيعي ، وقد لا تبدو مخيفة في البداية. ومع ذلك ، فإن أمراض البريون مثل مرض جنون البقر هي من أكثر الأمراض المعدية المرهوبة.
تاريخ علم الأحياء الدقيقة
ما نعرفه الآن عن الكائنات الحية الدقيقة والذي سيتم مناقشته بمزيد من التفصيل أدناه هو جديد نسبيًا في التاريخ. دعونا نلقي نظرة سريعة على تاريخ علم الأحياء الدقيقة:
أول ميكروسكوب / أول كائنات دقيقة متخيلة: جاءت الخطوة الرئيسية الأولى في علم الأحياء الدقيقة عندما ابتكر فان ليوينهوك (1632-1723) أول مجهر ذي عدسة واحدة. من خلال عدسة مكبرة تبلغ 300X تقريبًا ، تمكن من تصور البكتيريا لأول مرة (من كشط أسنانه).
تطوير نظرية الجراثيم: تم التعرف على جسم الإنسان كمصدر للعدوى من قبل ثلاثة علماء:
- الدكتور أوليفر وندال هولمز وجدت أن النساء اللواتي ولدن في المنزل كن أقل عرضة للإصابة بالعدوى من اللواتي ولدن في المستشفى.
- د. اغناز سيميلويس ربط العدوى بالأطباء الذين انتقلوا مباشرة من غرفة التشريح إلى قسم الولادة دون غسل أيديهم.
- جوزيف ليستر أدخلت تقنيات التعقيم ، بما في ذلك غسل اليدين واستخدام الحرارة للتعقيم.
نظرية الجرثومة: الشخصان الأكثر فضلًا في قبول نظرية الجراثيم هما لويس باستير وروبرت كوخ:
- لويس باستور (1822-1895): يرجع الفضل إلى باستير في نظرية التولد الحيوي ، مشيرًا إلى أن جميع الكائنات الحية تأتي من شيء ما بدلاً من وجهة النظر السائدة في وقت التولد التلقائي. ادعى أن العديد من الأمراض سببها الميكروبات (وليس بسبب الخطيئة ، وغضب الله ، وأسباب أخرى محتملة). وأظهر أن الكائنات الحية الدقيقة هي المسؤولة عن التخمير والفساد ، وطور طريقة تسمى البسترة التي لا تزال مستخدمة حتى اليوم. كما طور لقاحات داء الكلب والجمرة الخبيثة.
- روبرت كوخ (1843-1910): كوخ هو مؤلف "افتراضات كوخ" وهي السلسلة العلمية للخطوات التي أثبتت نظرية الجراثيم والتي تم استخدامها في الدراسات العلمية منذ ذلك الحين (مع بعض التنقيحات). وقد حدد سبب السل والجمرة الخبيثة والكوليرا.
منذ ذلك الوقت ، تضمنت بعض المعالم ما يلي:
- 1892 - ديمتري يوسيفوفيتش إيفانوسكي اكتشف الفيروس الأول.
- 1928 - الكسندر فليمنج اكتشف البنسلين.
- 1995 - تم نشر أول تسلسل جينومي ميكروبي.
الكائنات الدقيقة المعدية
عندما نفكر في الكائنات الحية الدقيقة ، يفكر معظمنا في المرض ، على الرغم من أن هذه "الحشرات" الصغيرة من المرجح أن تساعدنا بشكل عام أكثر من إيذائنا. (تأكد من قراءة "الميكروبات الجيدة" أدناه).
حتى أقل من قرن مضى ، وحاليًا ، في أماكن كثيرة من العالم ، كانت العدوى بالكائنات الحية الدقيقة هي السبب الرئيسي للوفاة. تحسن متوسط العمر المتوقع في الولايات المتحدة بشكل كبير خلال القرن الماضي ليس فقط لأننا نعيش لفترة أطول ، ولكن في الغالب بسبب عدد أقل من الأطفال يموتون في مرحلة الطفولة.
في الولايات المتحدة ، أصبحت أمراض القلب والسرطان الآن السبب الأول والثاني للوفاة. وفقًا لمنظمة الصحة العالمية ، في البلدان منخفضة الدخل في جميع أنحاء العالم ، السبب الرئيسي للوفاة هو التهابات الجهاز التنفسي السفلي ، تليها أمراض الإسهال.
لقد أدى ظهور اللقاحات والمضادات الحيوية ، بالإضافة إلى المياه النظيفة ، والأهم من ذلك ، إلى تقليل قلقنا بشأن الكائنات المعدية ، ولكن سيكون من الخطأ أن تكون متعجرفًا. في الوقت الحالي ، لا نواجه الأمراض المعدية المستجدة فحسب ، بل نواجه أيضًا مقاومة المضادات الحيوية.
الكائنات الحية الدقيقة المفيدة للإنسان
على الرغم من أننا نادرًا ما نتحدث عن ذلك ، فإن الكائنات الحية الدقيقة ليست مفيدة فقط ولكنها ضرورية في كل جانب من جوانب حياتنا تقريبًا. الميكروبات مهمة في:
- حماية أجسادنا من الميكروبات "السيئة".
- صنع الطعام: من الزبادي إلى المشروبات الكحولية ، التخمير هو طريقة يستخدم فيها نمو الميكروبات لإنتاج الطعام. هذا مثال واحد ، ومع ذلك ، فإن الميكروبات هي الجزء السفلي من السلسلة الغذائية لمعظم الحياة.
- تكسير النفايات على الأرض وإعادة تدوير غازات الغلاف الجوي أعلاه. يمكن للبكتيريا أن تساعد في التخلص من النفايات الصعبة مثل انسكاب الزيت والنفايات النووية.
- - انتاج الفيتامينات مثل فيتامين ك وبعض فيتامينات ب. كما أن البكتيريا مهمة للغاية لعملية الهضم.
- تخزين المعلومات: يبحث مجال التشفير حتى في الطرق التي يمكن من خلالها استخدام البكتيريا كمحرك أقراص ثابت لتخزين المعلومات.
لا تقوم الميكروبات فقط بالعديد من الوظائف إلى عن على هم جزء منا. يُعتقد أن البكتيريا الموجودة في أجسامنا وعلى أجسادنا تفوق عدد خلايانا بعامل 10 إلى واحد.
ربما تكون قد سمعت عن أحدث ما في تناول الطعام الصحي. بالإضافة إلى تناول البروكلي والتوت ، يوصي معظم خبراء الصحة بتناول الأطعمة المخمرة يوميًا ، أو على الأقل قدر الإمكان. بدون البكتيريا ، لن يكون هناك تخمر.
عند الولادة ، لا توجد بكتيريا في أجسام الأطفال. يكتسبون بكتيرياهم الأولى أثناء مرورهم عبر قناة الولادة. (يعتقد البعض أن قلة التعرض للبكتيريا عبر قناة الولادة هي السبب في أن السمنة والحساسية أكثر شيوعًا عند الأطفال الذين يولدون بعملية قيصرية).
إذا كنت قد قرأت الأخبار مؤخرًا ، فقد تم افتراض أن البكتيريا الموجودة في أحشائنا مسؤولة عن الحالة المزاجية اليومية. تُستخدم دراسة الميكروبيوم الآن لشرح العديد من الأشياء ، مثل لماذا قد تؤدي المضادات الحيوية إلى زيادة الوزن.
مجالات علم الأحياء الدقيقة
هناك العديد من المجالات المختلفة في مجال علم الأحياء الدقيقة. مثال على بعض هذه الحقول مقسمة حسب نوع الكائن الحي تشمل:
- علم الطفيليات: دراسة علم الطفيليات
- علم الفطريات: دراسة الفطريات
- علم الجراثيم: دراسة البكتيريا
- علم الفيروسات: دراسة الفيروسات
- علم الحيوان الأولي: دراسة البروتوزوا
- علم الفطريات: دراسة الطحالب
يمكن أيضًا تقسيم مجالات علم الأحياء الدقيقة حسب النطاق لتشمل مجموعة واسعة من الموضوعات. تتضمن بعض الأمثلة من بين العديد ما يلي:
- علم وظائف الأعضاء الميكروبي (النمو والتمثيل الغذائي وتركيب الميكروبات)
- علم الوراثة الميكروبية
- التطور الميكروبي
- علم الأحياء الدقيقة البيئية
- علم الأحياء الدقيقة الصناعي (على سبيل المثال ، معالجة مياه الصرف الصحي)
- ميكروبيولوجيا الغذاء (التخمير)
- التكنولوجيا الحيوية
- المعالجة الحيوية
مستقبل علم الأحياء الدقيقة
مجال علم الأحياء الدقيقة رائع وهناك المزيد لا نعرفه. ربما اكتسبنا أكثر من المعرفة في هذا المجال هو أن هناك الكثير لنتعلمه.
لا يمكن للميكروبات أن تسبب المرض فحسب ، بل يمكن استخدامها لتطوير أدوية لمحاربة الميكروبات الأخرى (على سبيل المثال ، البنسلين). يبدو أن بعض الفيروسات تسبب السرطان ، بينما يجري تقييم البعض الآخر كوسيلة لمكافحة السرطان.
أحد أهم الأسباب التي تدفع الناس إلى التعرف على علم الأحياء الدقيقة هو احترام هذه "المخلوقات" التي يفوق عددها عددنا بكثير. يُعتقد أن مقاومة المضادات الحيوية تزداد بسبب الاستخدام غير السليم ليس فقط للمضادات الحيوية ولكن أيضًا للصابون المضاد للبكتيريا. وهذا فقط عند النظر إلى الميكروبات التي نتعرف عليها حاليًا. مع ظهور الأمراض المعدية ، وبفضل قدرتنا على السفر إلى أي مكان في العالم تقريبًا على متن ثلاث رحلات ، هناك حاجة كبيرة لتثقيف واستعداد علماء الأحياء الدقيقة.