التعريف والتاريخ والتصنيف وحقائق المرح حول علم الأحياء الدقيقة
ما هو تعريف علم الأحياء المجهرية؟ ما هو التاريخ ولماذا هو مهم جدا في الطب؟ ما الحقائق التي قد تدهشك حول الكائنات الحية الدقيقة؟
دراسة علم الأحياء الدقيقة - التعريف
يُعرَّف علم الأحياء الدقيقة ببساطة على أنه دراسة الكائنات الحية الدقيقة ، حيث تعني "الدقيقة" الصغيرة ، و "البيولوجيا" ، في إشارة إلى دراسة الكائنات الحية. تتنوع الكائنات الحية الدقيقة التي تم دراستها بشكل كبير ويتم تقسيم مجال علم الأحياء الدقيقة إلى العديد من الحقول الفرعية للدراسة.
إن مجال علم الأحياء المجهرية مهم جداً للبشر ، ليس فقط بسبب الأمراض المعدية التي تسببها هذه الميكروبات ، بل لأن الكائنات الحية الدقيقة "الجيدة" ضرورية لنا لكي نعيش على هذا الكوكب. وبالنظر إلى أن البكتيريا الموجودة في أجسادنا وعلى أجسامنا تفوق عدد خلايانا ، يمكن اعتبار هذا المجال من أهم مجالات المعرفة والدراسة.
أنواع الكائنات الدقيقة - التصنيف
الكائنات الدقيقة ، أو "الميكروبات" هي كائنات حية صغيرة. معظم هذه الكائنات لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة ، وحتى اختراع نظرية المجهر والجراثيم ، لم يكن لدينا أي فكرة عن مدى وفائها.
يتم العثور على الميكروبات في أي مكان على وجه الأرض. توجد في أحواض المياه المغلية في يلوستون وفي الفتحات البركانية عند أدنى عمق البحر. يمكن أن يعيشوا في المسطحات الملحية والبعض الآخر يزدهر في المياه المالحة (الكثير لاستخدام الملح كمادة حافظة ). يحتاج البعض إلى الأكسجين للنمو والبعض الآخر لا ينمو.
إن الكائنات الحية الدقيقة "الأصعب" في العالم هي بكتيريا تسمى " ديناوكوكس" ، وهي عبارة عن بكتيريا يمكنها تحمل الإشعاع إلى درجة استثنائية كما يوحي الاسم ، ولكن يمكنها أيضًا البقاء بدون ماء ، عندما تتعرض لأحماض قوية ، وحتى عندما توضع في فراغ.
تصنيف الكائنات الدقيقة في علم الأحياء المجهرية
هناك العديد من الطرق المختلفة التي قام العلماء بتصنيفها ، وبهذا فقد حاولوا فهم ملايين الميكروبات الموجودة في وسطنا.
متعدد الخلايا مقابل وحيد الخلية مقابل خلوي - أحد الطرق التي تصنف بها الميكروبات هي ما إذا كان لديها خلايا أم لا ، وإذا كان الأمر كذلك ، فكم عددها. قد تكون الكائنات الحية الدقيقة:
- متعدد الخلايا - وجود أكثر من خلية واحدة.
- وحيد الخلية - وجود خلية واحدة.
- خلوية - تفتقر إلى الخلايا ، مثل الفيروسات والبريونات. (لقد كان هناك جدل حول ما إذا كانت الفيروسات كائنات حية حقاً ، حيث أنها لا تستطيع البقاء خارج نطاق العائل ، وعادة ما يشار إلى البريونات باسم "البروتينات المعدية" بدلاً من الميكروبات).
Eukaryotes vs prokaryotes طريقة أخرى يتم تصنيف الكائنات الدقيقة فيها مرتبطة بنوع الخلية. وتشمل هذه الكائنات حقيقيات النواة وبدائيات النواة:
- إن حقيقيات النوى عبارة عن ميكروبات ذات "خلايا معقدة" لها نواة حقيقية وعضيات مُحددة بالأغشية. وتشمل الأمثلة على حقيقيات النوى الديدان الطفيلية (الديدان ،) وال prot روزوا ، والطحالب ، والفطريات ، والخمائر.
- إن بدائيات النواة هي ميكروبات ذات "خلايا بسيطة" لا تحتوي على نواة حقيقية وتفتقر للعضيات الغشائية. وتشمل الأمثلة البكتيريا.
وتشمل الفئات الرئيسية للكائنات الحية الدقيقة - يمكن أيضًا تقسيم الأنواع المختلفة من الميكروبات إلى:
- الطفيليات - تكون الطفيليات في بعض الأحيان أكثر رعباً من الكائنات الحية الدقيقة الأخرى ، على الأقل عندما يمكن مشاهدتها بالعين المجردة. وتشمل الطفيليات الديدان الطفيلية (الديدان ،) flukes ، protozoa ، وأكثر من ذلك. وتشمل أمثلة العدوى الطفيلية الملاريا ، والجيارديا ، ومرض النوم الأفريقي. Ascariasis (الدودة المستديرة) هي تلك التي تصيب مليار شخص في جميع أنحاء العالم.
- الفطريات (والخمائر) - الفطريات هي كائنات دقيقة تشبه النباتات بشكل ما. إذا كان لديك قدم الرياضي أو عدوى الخميرة ، فأنت معتاد على عدد قليل من الالتهابات الفطرية . وتشمل هذه الفئة أيضا الفطر والقوالب. مثل البكتيريا ، لدينا أيضا العديد من "الفطريات الجيدة" التي تعيش على أجسادنا ولا تسبب المرض.
- البكتيريا - لدينا المزيد من البكتيريا في أجسامنا وعلى أجسامنا أكثر من الخلايا البشرية ، ولكن الغالبية العظمى من هذه البكتيريا هي "بكتيريا صحية". فهي تحمينا ضد العدوى من البكتيريا السيئة أو الباثولوجية وتلعب دوراً في هضم طعامنا. أمثلة على العدوى التي تسببها البكتيريا تشمل السل والبكتيريا الحلق.
- الفيروسات - الفيروسات وفيرة في الطبيعة ، على الرغم من أن معظم الناس على دراية بها هي تلك التي تسبب المرض البشري. يمكن أن تصيب الفيروسات أيضًا كائنات دقيقة أخرى مثل البكتيريا ، وكذلك النباتات. لقد قللت التطعيمات من خطر بعض الأمراض المخيفة ، لكن البعض الآخر ، مثل فيروس إيبولا وفيروس زيكا ، يذكرنا بأننا لم نبدأ في التغلب على هذه الأخطار المصغرة.
- بريونز - معظم العلماء في هذا الوقت لا يصنفون البريونات على أنها كائنات دقيقة ، بل على أنها "بروتينات معدية". ومع ذلك ، فغالبًا ما يتم دراستها من قبل علماء الفيروسات ، فالبريونات هي في الأساس عبارة عن بروتين مطوي غير طبيعي ، وقد لا تبدو مخيفة في البداية. ومع ذلك ، فإن أمراض البريون مثل مرض جنون البقر هي من أكثر الأمراض المعدية التي يخشى حدوثها.
تاريخ علم الأحياء الدقيقة
ما نعرفه الآن عن الكائنات الحية الدقيقة والتي سيتم مناقشتها لاحقًا هو حديث نسبيًا في التاريخ. دعونا نلقي نظرة سريعة على تاريخ علم الأحياء المجهرية:
أول ميكروسكوب / أول الكائنات الدقيقة المتصورة - جاءت أول خطوة رئيسية في علم الأحياء المجهرية عندما أنشأ فان ليوينهويك (1632-1723) أول مجهر للعدسة الواحدة. من خلال العدسة التي كان لها تكبير يبلغ حوالي 300X كان قادرا على تصور البكتيريا لأول مرة (من الكشط قبالة أسنانه).
تطوير نظرية الجراثيم - تم التعرف على جسم الإنسان كمصدر للعدوى من قبل ثلاثة علماء:.
- وجد الدكتور أوليفر ويندال هولمز أن النساء اللواتي ولدن في المنزل أقل عرضة للإصابة بالعدوى من أولئك اللواتي يلدن في المستشفى.
- ربطت الدكتورة إغناز سيملويس بين الإصابات بالأطباء الذين انتقلوا مباشرة من غرفة التشريح إلى قسم التوليد دون غسل أيديهم.
- عرض جوزيف ليستر تقنيات التعقيم ، بما في ذلك غسل اليدين واستخدام الحرارة من أجل التعقيم.
نظرية الجراثيم - الشخصان الأكثر الفضل في قبول نظرية الجراثيم هما لويس باستور وروبرت كوخ:
- لويس باستور (1822-1895) - يرجع الفضل إلى باستير في نظرية التكوّن الحيوي ، مشيراً إلى أن كل الكائنات الحية تأتي من شيء ما بدلاً من النظرة السائدة في وقت جيل ذاتي. وادعى أن العديد من الأمراض كانت تسببها الميكروبات (وليس الخطيئة ، وغضب الله ، وغيرها من الأسباب المحتملة). وأظهر أن الكائنات الحية الدقيقة هي المسؤولة عن التخمير والتلف ، وطورت طريقة تسمى البسترة لا تزال تستخدم اليوم. طور أيضا داء الكلب واللقاحات الخبيثة.
- روبرت كوخ (1843-1910) - كوخ هو مؤلف كتاب "Koch's postulates" السلسلة العلمية من الخطوات التي أثبتت نظرية الجراثيم والتي تم استخدامها في الدراسات العلمية منذ (مع بعض التنقيحات). وقد حدد سبب مرض السل ، والجمرة الخبيثة (الأنثراكس). والكوليرا.
منذ ذلك الوقت ، تشمل بعض المعالم ما يلي:
- 1892 - اكتشف ديمتري يوسيفوفيتش إيفانوسكي أول فيروس.
- 1928 - اكتشف ألكسندر فليمنغ البنسلين.
- 1995 - تم نشر أول تسلسل جينومي جرثومي.
الكائنات الدقيقة المعدية
عندما نفكر في الكائنات الحية الدقيقة ، معظمنا يفكر في المرض ، على الرغم من أن هذه "الحشرات" الصغيرة من المرجح أن تساعدنا أكثر من إيذاءنا. (تأكد من قراءة "الميكروبات الجيدة" أدناه).
حتى أقل من قرن مضى ، وفي العديد من الأماكن في العالم ، كانت العدوى بالأحياء الدقيقة هي السبب الرئيسي للوفاة. تحسن متوسط العمر المتوقع في الولايات المتحدة بشكل كبير خلال القرن الماضي ، ليس فقط لأننا نعيش فترة أطول ، ولكن في الغالب بسبب انخفاض عدد الأطفال الذين يموتون في مرحلة الطفولة.
في الولايات المتحدة ، مرض القلب والسرطان هما السببان الأول والثاني الرئيسيان للوفاة. على الصعيد العالمي ، ومع ذلك ، الأمراض المعدية. وفقا لمنظمة الصحة العالمية ، في البلدان الاقتصادية المنخفضة في جميع أنحاء العالم ، فإن السبب الرئيسي للوفاة هو التهابات الجهاز التنفسي السفلي ، تليها أمراض الإسهال.
لقد أدى ظهور اللقاحات والمضادات الحيوية ، بالإضافة إلى المياه النقية الأكثر أهمية ، إلى تقليل قلقنا تجاه الكائنات المعدية ، ولكن سيكون من الخطأ أن تكون متغطرسًا. في الوقت الحالي ، نحن لا نواجه فقط الأمراض المعدية الناشئة ، ولكن المقاومة للمضادات الحيوية ، ويشعر العديد من الخبراء بأننا تأخرنا طويلاً للوباء القادم.
الكائنات الحية الدقيقة المفيدة للبشر - "الميكروبات الجيدة"
على الرغم من أننا نادراً ما نتحدث عن ذلك ، إلا أن الكائنات الحية الدقيقة ليست مفيدة فحسب ولكنها ضرورية في كل جانب من جوانب حياتنا تقريبًا. الميكروبات مهمة في:
- حماية أجسامنا ضد الميكروبات "السيئة".
- صنع الطعام - من اللبن الزبادي إلى المشروبات الكحولية ، التخمير هو الطريقة التي يتم فيها النمو إذا تم استخدام الميكروبات في إنتاج الطعام. هذا مثال واحد ، ومع ذلك ، فإن الميكروبات هي الجزء السفلي من السلسلة الغذائية لكثير من الحياة
- توزيع النفايات على الأرض وإعادة تدوير الغازات الجوية فوقها. يمكن للبكتيريا المساعدة حتى مع النفايات الصلبة مثل تسرب النفط والنفايات النووية.
- البكتيريا في أجسامنا هي المسؤولة عن إنتاج الفيتامينات مثل فيتامين K وبعض الفيتامينات B. البكتيريا هي أيضا مهمة للغاية في عملية الهضم.
- وينظر مجال التشفير إلى الطرق التي يمكن بها استخدام البكتيريا كقرص صلب لتخزين المعلومات.
لا تؤدي الميكروبات وظائف عديدة لنا فحسب ، بل هي جزء منا. يعتقد أن البكتيريا الموجودة في أجسادنا تفوق عدد خلايانا بعامل 10 إلى 1.
ربما كنت قد سمعت أحدث في تناول الطعام الصحي. بالإضافة إلى تناول البروكلي والعنب البري ، يُطلب منا الآن تناول الأطعمة المخمرة يوميًا ، أو على الأقل قدر الإمكان. مع البكتيريا ، لن يكون هناك أي تخمر.
عند الولادة ، لا يوجد لدى الأطفال البكتيريا في أجسامهم. يكتسبون أول بكتيريا أثناء مرورهم من خلال تحديد النسل. (يعتقد البعض أن عدم التقاط البكتيريا في قناة الولادة هو السبب في أن السمنة والحساسية أكثر شيوعًا عند الأطفال الرضع الذين يتم توصيلهم بواسطة القسم C).
إذا كنت قد قرأت الأخبار في الآونة الأخيرة ، فإنه يفترض أن البكتيريا في أحشائنا هي المسؤولة عن مزاجنا اليومي. تعلم كيفية الحصول على بكتيريا الأمعاء صحية . يتم الآن استخدام دراسة الميكروبيوم لتوضيح 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 المجالات موزعة حسب نوع الكائن الحي وتشمل:
- علم الطفيليات - دراسة علم الطفيليات
- علم الفطريات - دراسة الفطريات
- علم الجراثيم - دراسة البكتيريا
- علم الفيروسات - دراسة الفيروسات
- علم الأوليات - دراسة البروتوزوا
- علم وظائف النبات - دراسة الطحالب
- علم المناعة - دراسة جهاز المناعة
يمكن أيضًا تقسيم مجالات علم الأحياء المجهر حسب النطاق لتشمل مجموعة واسعة من الموضوعات. بعض الأمثلة من بين العديد تشمل:
- علم وظائف الأعضاء الميكروبية (النمو ، والتمثيل الغذائي ، وهيكل الميكروبات)
- علم الوراثة الميكروبية
- تطور الميكروبية
- علم الأحياء الدقيقة البيئي
- الميكروبيولوجيا الصناعية (على سبيل المثال ، معالجة مياه الصرف الصحي)
- ميكروبيولوجيا الغذاء (التخمير)
- التكنولوجيا الحيوية
- المعالجة البيولوجية.
مستقبل علم الأحياء الدقيقة
مجال علم الأحياء المجهرية رائع وهناك المزيد لا نعرفه. ربما ما اكتسبناه من معرفة أكثر ما في هذا المجال هو أن هناك الكثير الذي يجب تعلمه.
لا يمكن للميكروبات فقط أن تسبب المرض ، بل يمكن استخدامها لتطوير عقاقير لمكافحة الجراثيم الأخرى (على سبيل المثال ، البنسلين). بعض الفيروسات يبدو أنها تسبب السرطان ، بينما يجري تقييم البعض الآخر كطريقة لمحاربة السرطان.
إن أحد أهم أسباب تعلّم الناس حول علم الأحياء المجهرية هو احترام هذه "المخلوقات" التي يفوق عددها بكثير عددنا. ويعتقد أن المقاومة للمضادات الحيوية تزداد بسبب الاستخدام غير السليم للمضادات الحيوية فقط ، ولكن للصابون المضاد للبكتيريا. وهذا فقط عند النظر إلى الميكروبات التي نتعرف عليها حاليًا. مع ظهور الأمراض المعدية ، ومع قدرتنا على السفر في أي مكان في العالم في ثلاث رحلات ، هناك حاجة ماسة إلى تعليم وإعداد علماء الأحياء المجهرية.
> المصادر
- > كاسبر ، دينيس ل .. ، أنتوني S. Fauci ، وستيفن L .. هاوزر. مبادئ هاريسون للطب الباطني. نيويورك: Mc Graw-Hill Education، 2015. Print.
- > Smolinska S.، Groeger، D.، and L. O'Mahony. بيولوجيا الميكروبيوم 1: التفاعلات مع الاستجابة المناعية للمضيف. عيادات الجهاز الهضمي في أمريكا الشمالية . 2017. 4691): 19-35.