باکتریها گروهی از موجودات تک یاخته ای ذره بینی هستند که پوشش بیرونی نسبتاً ضخیمی آنها را احاطه کرده است. این موجودات ساختار ساده ای دارند و به گروه پروکاریوت ها تعلق دارند.
باکتری ها متنوع ترین و مهم ترین میکروارگانیسمها هستند. تعداد کمی از آنها در انسان و حیوانات و گیاهان بیماریزا است. بطور کلی بدون فعالیت آنها، حیات بر روی زمین مختل می گردد. بطور یقین یوکاریوتها از موجودات زنده باکتری مانند بوجود آمده اند. نظر به اینکه باکتریها ساختمان ساده ای داشته و می توان به آسانی بسیاری از آنها را در شرایط آزمایشگاه کشت داد و تحت کنترل درآورد، میکروب شناسان مطالعه وسیعی درباره فرایندهای حیاتی آنها انجام داده اند.
● تاریخچه
اینکه پروکاریوتها و یا یوکاریوتها کدام یک زودتر بر روی کره زمین ظاهر شده اند، کاملاً مشخص نیست. اما مطالعات تفاوتهای ژنتیکی بین یوباکتری ها، آرکی باکتری ها و یوکاریوت ها نشان می دهد که هر سه گروه از دنیای مشترکی مشتق شده اند. شکل باکتریها بر اساس شکل به ۶ گروه تقسیم می شود. پنج گروه اول را باکتریهای پست و گروه ششم را باکتریهای عالی گویند.
باکتریها دارای هسته بدون غشا و هستک هستند و اجزای آن در سیتوپلاسم پراکنده اند. کروموزمهای غیر مشابه و جداگانه در آنها وجود ندارد. در باکتریها، واکوئل دیده نمی شود. بیشتر آنها بدون کلروفیل هستند و دگرگشت (متابولیسم) خود را از راه شیمیوسنتز انجام می دهند. تولید مثل به دو صورت جنسی (آمیختگی) و غیر جسمی و جوانه زدن، قطعه قطعه شدن و تقسیم دوتایی صورت می گیرد.
● ساختار باکتریها
پوشینه در بعضی از باکتریها، غلاف ژلاتینی چسبناکی دیواره اسکلتی را احاطه کرده است که توسط باکتریها ساخته شده و به خارج ترشح می گردد و جنس پوشینه بیشتر از پلی ساکاریدها همراه با مواد دیگر است.
تاژک از واحدهای پروتئینی به نام فلاژین تشکیل شده و قابل ترمیم بوده و وسیله حرکت باکتری هستند. معمولاً طول آن چند برابر طول باکتری است. آرایش تاژک در باکتریهای تاژکدار بصورت تک تاژکی، دو تاژکی، چند تاژکی سطحی است.
تار به دو صورت جنسی و چسبنده وجود دارد و در عمل تحرک بی تأثیر است.
دیواره در بیرون غشای پلاسمایی بوده و سبب استحکام باکتری شده و به آن شکل می دهد. وجود دیواره برای رشد و تقسیم باکتریها لازم است.
غشای سیتوپلاسمی به صورت پرده نازکی در داخل دیواره باکتری قرار دارد و متشکل از مولکولهای چربی و پروتئینی است.
مزوزومها از فرورفتگی غشای سیتوپلاسمی به درون سیتوپلاسم حاصل می شود و اغلب در محل تقسیم دیواره وجود دارند و در عمل تقسیم DNA، تقسیم یاخته ای و تبدیل باکتری به هاگ دخالت می کنند.
اجزای سیتوپلاسم ریبوزمها مواد ذخیره ای ماده زمینه کروماتومور ماده ژنتیکی که DNA آنها غالبا به صورت یک کروموزوم تاخورده و بهم فشرده است
لویی پاستور (۲۷ دسامبر ۱۸۲۲ – ۲۸ سپتامبر ۱۸۹۵) میکروب شناس و شیمی دان فرانسوی در «دل» (Dole) منطقه ای در ناحیه «ژرا» (Jvra) در کشور فرانسه به دنیا آمد.
عمده ترین دلیل شهرت وی کشف شیوه جلوگیری از ترشیدگی شراب و شیر بود که به «پاستوریزاسیون» شهرت یافت. پدر لویی یعنی «ژان پاستور» به شغل دباغی اشتغال داشت. وی همچنین یکی از کهنه سربازان جنگ های دوران ناپلئون بود. از نظر مذهبی لویی تا پایان عمر یک کاتولیک مومن باقی ماند. (نکته جالب اینجاست که نام پاستور «Pastevr» به زبان فرانسه به معنی «کشیش پروتستان» و «چوپان» است. ) آزمایشات و تحقیقات لویی پاستور باعث تایید «تئوری نقش میکروب ها در بروز بیماری ها» شد. به علاوه وی اولین واکسن هاری را نیز کشف کرد. نام پاستور در کنار «فردیناند کوهن» و «رابرت کوخ» به عنوان بنیان گذاران باکتری شناسی ثبت شده است. همچنین پاستور اکتشافات متعددی در علم شیمی از خود به جای گذاشته، که مهمترین آنها کشف «عدم تقارن مولکولی کریستال ها» بوده است.
استعداد پاستور ابتدا توسط مدیر دانشگاه محل تحصیل اش کشف شد. این فرد پس از آن به پاستور توصیه کرد تا شانس خود را برای پذیرش در دانشسرای عالی امتحان کند، اتفاقی که با موفقیت همراه بود. پاستور پس از فارغ التحصیلی از دانشسرای عالی، مدت کوتاهی به عنوان دبیر فیزیک در دبیرستان «دیون» (۱۸۴۸) مشغول به کار شد. وی پس از آن به عنوان استاد رشته شیمی در دانشگاه استراسبورگ پذیرفته شد. جایی که استاد جوان پس از آشنایی با «ماری لوران»، دختر رییس دانشگاه در سال ۱۸۴۹ با وی ازدواج کرد. لویی و ماری صاحب پنج فرزند شدند اما تنها دو تن از آنها به سنین بزرگسالی رسیدند. خدمات علمی پاستور اثبات تئوری نقش میکروب ها در بروز بیماری ها که پیش از آن به فکر افرادی چون «گیرولامو فرانکاستورو»، «آگوستینو باسی» و «فردریش هلن» خطور کرده بود، با آزمایش های پاستور تحقق یافت. پاستور موفق شد این تئوری را تبدیل به نظریه ای قابل پذیرش برای اکثر دانشمندان عصر خود کند.
این باکتری (H. pylori) شایع ترین موجود ذره بینی است که جوامع انسانی را در بعد جهانی مبتلا به عفونت ساخته و گفته میشود بیش از ۵۰ درصد از مردم دنیا میزبان این بیماریزایی میباشند.معده انسان تنها محل اقامت مناسب این میکروب است و حتی از دوران نوزادی بعد از شیر خوارگی تا سنین کهولت، انسان میتواند ناقل این باکتری باشد.
این میکروب در محل اقامت طویل مدت خود در معده میتواند باعث بیماریهایی به صورت التهاب حاد و مزمن معده ، زخم تغذیه ای معده و اثنی عشر با عواقب خطر ناکشان از جمله خونریزی حاد و مزمن جهاز هاضمه و سرطان معده شود.در اکثر مردم این عفونت به صورت بدون علائم باقی می ماند و لذا ناقلین آن سبب سرایت آن به افراد دیگر چه در هسته فامیلی و چه در اجتماعات متراکم انسانی مانند خوابگاه میشوند.
علت عدم بروز علائم بالینی در تمام اشخاص آلوده مشخص نیست ونوع سویه باکتری ، تغذیه و سایر عوامل اجتماعی مسئول آن شناخته شده اند.
رابطه علی آن با سرطان معده در اشخاص مبتلا به عفونت به اثبات رسیده است لذا در جوامع در حال توسعه این عفونت شایع ترین علت مرگ در نتیجه سرطان معده محسوب میگردد. نشان داده شده است که این عفونت در قالب حیوانی با تلقیح واکسن قابل درمان است ولی واکسن نوع انسانی هنوز در دسترس نیست.بر اساس مطالعات میتوان گفت شیوع این عفونت در ایران بسیار بالا است.
● محیط زیست :H .pylori
این باکتری در محیط طبیعی به شکل نیم دایره یا به شکل S و در محیط آزمایشگاهی به شکل میله ای مشاهده شده است و به همین دلیل این نام به آن اطلاق گردیده است .محیط زیست این باکتری در سطح مخاطی اپیتلیوم معده به خصوص در قسمت پیلور میباشد.
به اثبات رسیده است که این میکروب در نسوج پوششی معده در اثنی عشر و به ندرت در مری و مقعد ودر مخاط معده مشاهده شده به نظر میرسد که این میکروب در دوران طفولیت وارد بدن شده و برای زندگی طویل مدت در نقاطی که فاقد میکروب های طبیعی هستند خود را تطبیق میدهد.
هلیکو باکتر پیلوری گاهی از بزاق دهان و جرم دندانها جدا شده است. مدفوع یک منبع احتمالی برای آن محسوب میشود،البته محققین به این نتیجه رسیده اند که دفع باکتری در مدفوع زیاد نیست.
انسان میزبان طبیعی این باکتری است و بر اساس یک سری مطالعات پیشنهاد شده که حیوانات میتوانند به عنوان مخازنی برای باکتری عمل کنند . این باکتری قابل انتقال از حیوان به انسان است. در میمونها به خصوص در میمون هندی به نام ریسوس ،خوک،عنتر و گربه های خانگی و بعضی حیوانات اهلی گزارش شده است.
انتقال این باکتری از شخص به شخص در صورت رعایت نکردن بهداشت فردی امکان پذیر است.
● درمان:
این باکتری یک ارگانیزم بسیار مقاوم به درمان است و موفقیت در درمان نیاز به تجویز همزمان دو یا چند دارو دارد.آموکسی سیلین بطور گسترده در جهت در مان به خصوص در ترکیب با بیسموت استفاده شده است.
درمان سه دارویی هم فوائد داخل معده ای و هم فعالیت سیستمیک داشته است .داروهای داخل معده ای موثر شامل بیسموت، تتراسایکلین، آموکسی سیلین، کلاریترومایسین و فورازولیدون هستند.
در صورت ابتلا به این باکتری دوره درمانی ودارویی خود را با جدیت دنبال نمایید زیرا در صورت سهل انگاری عود مجدد بیماری گزارش شده است .
● رنگ آمیزی گرم
رنگ آمیزی گرم یکی از مهمترین ومتداولترین روش های رنگ آمیزی در باکتری شناسی است که اولین بار توسط کریستین گرم ابداع شد. دراین رنگ آمیزی باکتری ها بر مبنای رنگ باکتری پس ازرنگ آمیزی به دودسته گرم مثبت و گرم منفی تقسیم می شوند. رنگ باکتری پس ازرنگ آمیزی به توانایی حفظ رنگ اول وبه عبارتی به ساختمان دیواره سلولی باکتری بستگی دارد. دررنگ آمیزی گرم باکتری های گرم مثبت پس ازرنگ آمیزی به رنگ بنفش وباکتری های گرم منفی به رنگ قرمز مشاهده می شود.
گرچه هر دو گروه یعنی باکتری های گرم مثبت و منفی دارای دیواره می باشند ولی فرق بین این دو گروه مربوط به خواصی است که در ساختمان دیواره سلولی آنها وجود دارد. اساس ساختمان در دیواره سلولی باکتری های گرم مثبت یک لایه ضخیمی است از پپتیدوگلیکان*[۱]، ولی در باکتری های گرم منفی ضخامت آن به حداقل می رسد.
در عمل باکتریهایی که دارای خواص یکسانی باشند بندرت یافت می شوند، حتی باکتریهایی که از یک سلول منشا می گیرند ممکن است از نظر یک یا چند صفت با یکدیگر متفاوت باشند. این تفاوتها نتیجه تغییراتی است که به علت جهش ژنی یا موتاسیون در سلولهای باکتریایی پدید می آید. این باکتریهای تغییر یافته ، موتانت Mutant نامیده می شوند که از نظر بعضی از خواص نظیر ساختمان آنتی ژن ، حساسیت در مقابل آنتی بیوتیکها و … با سایر باکتریهای مشابه اختلاف دارند.
سهولت تغییرپذیری در باکتریها مربوط به سرعت تقسیم آنهاست. زمان تقسیم یا مدت زمانی که برای تولید یک سلول جدید در باکتریها لازم است، حدود ۲ دقیقه و در مورد انسان ۲۰ سال است. مثلا یک سلول باکتری در مدت ۱۸ ساعت ۵۴ نسل بوجود می آورد. درحالیکه برای ایجاد همین تعداد نسل انسان بیش از ۱۰۰۰ سال زمان لازم است. پس جهش ژنی در باکتریها نسبت به موجودات عالی خیلی سریع و قابل ملاحظه است.
تفاوت یوکاریوتها با باکتریها
در کره خاکی تنها دو نوع سلول توسط کلیه ارگانیسمهای زنده تولید می شود. سلولهای پروکاریوت (یا هسته ابتدایی). در این گروه هسته ، فاقد غشا است و شامل کلیه باکتریهاست. پروکاریوتها شامل یو باکتریها (باکتریهای حقیقی) و آرکئی باکترها (باکتریهای قدیمی) است. اما گروه دیگر یوکاریوتها هستند که دارای غشای هسته و هسته حقیقی می باشند. اینگونه هسته در تمام ارگانیسمهای دیگر مانند Algae (جلبکها) Fungi (قارچها) ، پروتوزوئرها (protozoa) و گیاهان (Plant) و جانوران (Animals) یافت می شود. پاتوژنهای انسانی تنها در میان یوباکتریها یافت می شوند.
● مشخصات سلول باکتری
اکثر باکتریها پوشش سلولی (cell envelope) تولید می کنند که شامل غشای پلاسمایی ، دیواره سلولی (cell wall) و پروتئینها و پلی ساکاریدهای تشکیل دهنده آن می باشد. بعضی از باکتریها کپسول یا لایه چسبنده تولید می کنند. فیلامانهای خارجی (فلاژل و پیلی) ممکن است در باکتریها بوجود آید. دیواره سلولی ، ساختمان سخت و مقاومی است که پروتوپلاست را احاطه کرده و آن را از آسیب فیزیکی و شرایط کاهش فشار اسمزی محیط خارج حفاظت می کند. معمولا به باکتری اجازه می دهد تا در برابر سطح وسیعی از شرایط محیطی ایستادگی کند پروتوپلاست از غشای سیتوپلاسمی و محتویات آن تشکیل شده است.
از نظر محتویات سلولی ، باکتریها سلولهای ساده ای هستند. ساختمان اصلی سیتوپلاسم آنها شامل شبکه فیبریلی کروماتین مرکزی یا نوکلئوتید (Nucleoid) می باشد که توسط سیتوپلاسم بی شکل حاوی ریبوزوم ها احاطه شده است. اجسام انکلوزیون سیتوپلاسمی یا گرانولهای ذخیره انرژی ، بسته به گونه های باکتری ماهیت شیمیایی متفاوتی دارند و مقدار آنها به مرحله رشد و محیط بستگی دارد. بعضی از ساختمانهای سلولی از قبیل آندوسپورها فقط به تعداد کمی از باکتریها محدود می شوند.
● طبقه بندی باکتریها
▪ باکتریهای پست
این باکتریها تک یاخته ای بوده و اگر کروی یا بیضوی باشند، کوکوس و اگر میله ای شکل یا دراز باشند، باسیل و اگر خمیده باشند ویبریون و چنانچه مارپیچی شکل و غیرقابل انعطاف باشند، اسپریل و اگر فنری و قابل انعطاف باشند، اسپیروکت نامیده می شوند.
● باکتریهای عالی یا رشته ای
این باکتریها رشته مانند و اغلب غلاف دار هستند و اغلب اوقات شاخه های حقیقی ایجاد کرده ، میسلیوم تشکیل می دهند و چون تشکیلات منشعب ایجاد می کنند، لذا اکتینومیست نامیده می شوند. بنابراین باکتریها از نظر شکل به ۶ گروه گرد ، دراز ، خمیده ، مارپیچی ، فنری و منشعب تقسیم می شوند.
● اجزای ساختمانی باکتریها
▪ فلاژلها (Flagella)
فلاژلها ، فیلامانهای پروتئینی به طول و قطر یکنواخت می باشند و موجب تحرک شبیه به شنای سریع و مستقل اغلب باکتریها پاتوژنیک می گردند فلاژل در سه قسمت فیلامان ، قلاب و جسم پایه تشکیل شده است. پایه فلاژل در غشای پلاسمایی قرار گرفته است. لنگرگاه و تعداد فلاژل در باکتریها فرق خواهد کرد.
● فیمبریاها
فیمبریاها که پیلی هم نامیده می شوند، فیبریلهای شبیه مو هستند به اندازه ۰.۰۰۴ تا ۰.۰۰۸ میکرون هستند. این ارگانل با میکروسکوپ الکترونی در سطح باکتریهای مختلف قابل رویت هستند. آنها مستقیم تر ، نازکتر و کوتاهتر از فلاژلها هستند. این رشته ها در غشای پلاسمایی سلول میکروبی لنگر می اندازد.
● هسته باکتری
هسته سلول را میتوان بعد از رنگ آمیزی اختصاصی با میکروسکوپ نوری مشاهده کرد. در مقایسه با سلولهای عالی مواد ژنتیکی باکتریها و سایر سلولهای پست پراکنده ، ساده و بدون پوشش و کروموزوم حلقوی است غشای هسته وجود ندارد و کروموزوم به مزوزوم فرورفته در غشای سیتوپلاسمی چسبیده است. در سالهای اخیر پروتئینهای شبیه هیستون در باکتریها کشف شده است که احتمالا نقش مشابه هیستونها را در کروماتینهای سلولهای یوکاریوت ایفا می کنند.
● سیتوپلاسم
بیش از ۵۰ درصد پروتئین سلول در سیتوپلاسم قرار دارد و آنزیمهای متابولیسمی راههای گلیکولیز و بسیاری از آنزیمهای چرخه کربس ، انواع کاتالازها ، دهیدروژنازها ، و مواد حد واسط چرخه های متابولیکی در سیتوپلاسم وجود دارد. روابط اتمی ، یونی و الکترونی بین ترکیبهای مختلف سیتوپلاسمی با نظم خاص فعالیتهای حیاتی را ظاهر می سازد.
● پوشش سلول (Cellenvelope)
▪ کپسول و لعاب (Capsoles)
قدرت بیماری زایی پاتوژنها اغلب با تولید کپسول همراه است. باکتریهای کپسول دار در محیط جامد ، کلنیهای مخاطی (Mucoid) یا صاف (Smooth) می سازند. در مقابل باکتریهای فاقد کپسول کلنیهای خشن (Rough) دارند. اگر باکتری قدرت کپسول سازی خودش را از دست بدهد در مقابل قدرت ویرولانس (بیماریزایی) خود را از دست داده و در مقابل دستگاه ایمنی بدن میزبان تاب مقاومت نخواهد داشت.
● دیواره سلولی
دیواره سلولی باکتریها بی نهایت پیچیده است و لایه سفت و سختی را در اطراف باکتریها ایجاد می کند که سلول را از گسیختگی و متلاشی شدن در مقابل فشار اسمزی خارج سلول محافظت می کند. همچنین دیواره محل تجمع عوامل آنتی ژن می باشد که باکتریها را توسط این آنتی ژنها از هم تمیز می دهند. باکتریها با روش رنگ آمیزی گرم (Gram stain) به دو دسته تقسیم می شوند.
گرچه هر دو گروه یعنی باکتریهای گرم مثبت و منفی دارای دیواره می باشند ولی فرق بین این دو گروه مربوط به خواصی است که در ساختمان دیواره سلولی آنها وجود دارد. اساس ساختمان در دیواره سلولی باکتریهای گرم مثبت یک لایه ضخیمی است از پپتیدوگلیکان (Poptidoglycan) ، ولی در باکتریهای گرم منفی ضخامت آن به حداقل می رسد.
● غشای سیتوپلاسمی
غشای سیتوپلاسمی غشای داخلی نیز نامیده می شود. غشای سیتوپلاسمی باکتریها مشخص بوده و از فسفو لیپید و پروتئین ساخته شده است. این غشا در پروکاریوتها از غشای سیتوپلاسمی در یوکاریوتها به علت نداشتن استرول متمایز می شود. چین خوردگیهای غشای سیتوپلاسمی به درون سلول ساختارهای ویژه ای به نام مزوزوم ایجاد می کند که کروموزومهای باکتریها به مزوزومها متصل هستند. غشا همچنین به عنوان یک سد اسمزی برای سلول عمل می کند و دارای سیتوپلاسم انتقال دهنده برای مواد محلول است و انتقال تولیدات سلولی را در مقابل با محیط خارج سلولی تنظیم می کنند.
● تولیدمثل باکتری
باکتریها به روشهای تقسیم مستقیم ، آمیختگی ، قطعه قطعه شدن یا بوسیله کنیدی و همچنین جوانه زدن تکثیر می یابند. برخی باکتریها توانایی ایجاد هاگ درونی را دارند. هاگ سبب مقاومت باکتری در برابر عوامل نامساعد محیط می شود. هر باکتری فقط یک هاگ می سازد و از هر هاگ یک باکتری بوجود می آید.
به تازگی جمعی از مایکروبایولوژیست ها در یکی از دانشگاههای انگلیس یکی از باکتری های موجود در شکلات را که از شکر تغذیه می کند به وسیله اضافات شکلاتهای یک کارخانه پرورش دادند و سپس یک باطری هیدروژنی را با هیدروژن تولید شده از فعالیت باکتری ها شارژ کرده و ثابت کردند که می توان از شکلات انرژی الکتریکی دریافت کرد.
این تیم تحقیقاتی باکتری اسچریچیا کولی (Escherichia coli) موجود در شکلات را با کارامل رقیق شده تغذیه کردند، باکتری مورد نظر شکر را مصرف و هیدروژن تولید کرد.
سپس محققین هیدروژن حاصل شده از باکتری را برای شارژ یک باطری هیدروژنی استفاده کردند و باطری هیدروژنی نیز پس از شارژ الکتریسیته کافی برای راه انداختن یک دستگاه خنک کننده کوچک را تولید کرد.
این کشف تازه راه مصرف فوق العاده ای را برای استفاده از اضافات و زایده های کارخانه های شکلات سازی ایجاد خواهد کرد.
جالب اینجاست که کار این باکتری تنها با یک بار مصرف شکر و تولید هیدروژن تمام نمی شود و می تواند همچنان درعرصه تامین سوخت هیدروژنی فعال باشد. دانشمندان باکتری را در ظرف مخصوصی حاوی هیدروژن و مایع زاید حاصل شده از روند تبدیل شکر به هیدروژن قرار می دهند و دوباره آنزیم تولید کننده هیدروژن را در آنها فعال میکنند.
محققین برای استفاده مجدد از باکتری ها ، گاز هیدروژن را به الکترون های تشکیل دهنده آن تجزیه می کنند سپس الکترون های تولید شده را با الکترون های فلز پلادیوم در محلول هیدروژن و مایع زاید حاصله از فعالیت باکتری ها قرار می دهند تا الکترون ها با هم واکنش شیمیایی انجام دهند.
این واکنش موجب می شود تا پلادیوم از محلول جدا شده و به باکتری بچسبد و در پی این عمل باکتری برای استفاده مجدد حفظ می شود.
مقدمه: قبل از کشف میکروارگانیسمها تمام موجودات زنده را به دو سلسله جانوری و گیاهی تقسیم می‌کردند. پس از آگاهی بر وجود میکروارگانیسمها ، طبقه بندی آنها در یکی از دو سلسله فوق با اشکال روبرو شد. بر این اساس پروتوزئرها را به علت اینکه متحرک بوده و خاصیت فتوسنتز نداشتند، جزء جانوران و جلبکها و قارچها را که به نظر بی‌حرکت می‌رسیدند، جزء گیاهان قرار دادند. در این میان باکتریهای بی‌جا و مکان ماندند، تا اینکه ارنست هکل ، گیاه شناس آلمانی ، در سال ۱۸۶۶ راه حلی منطقی برای این مشکل ارائه داد و آن پیشنهاد سلسله سومی به نام پروتیستا یا آغازیان بود که پروتوزوئرها ، جلبکها ، قارچها و باکتریها را دربر می‌گرفت.
از آنجا که باکتریها از نظر ساختار یاخته بطور اساسی با سه گروه دیگر تفاوت دارند، لذا پروتوزوئرها ، جلبکها و قارچها را به علت داشتن هسته مشخص و کاملتر در یک گروه قرار دادند که یوکاریوتیک نامیده شدند و مجموع آنها تحت عنوان پروتیستا مورد بررسی قرار گرفتند. از سوی دیگر باکتریها را به مناسبت داشتن ساختار ابتدایی‌تر و نداشتن هسته مشخص پروکاریوتیک نام نهادند و آنها را تحت عنوان سلسله مستقل پروکاریوت بررسی میکنند.
مبانی تشخیصی و رده بندی باکتریها: ارزش عملی رده بندی میکروبها ارائه روش مطمئنی جهت شناسایی و تشخیص میکروارگانیسمهای ناشناخته است. برای نامگذاری میکروارگانیسمها از روش دو نامی استفاده میشود که در آن کلمه نخست مشخص کننده نام جنس (با حرف لاتین بزرگ شروع میشود) و کلمه دوم معرف گونه (با حرف لاتین کوچک) است. امروزه تشخیص و رده بندی باکتریهای بر مبنای ویژگیهای زیر استوار است.
ویژگیهای ریخت شناسی: این ویژگیها شامل شکل ظاهری باکتریها (گرد ، میله‌ای ، هلالی ، فنری ، مارپیچی و غیره) و نیز چگونگی قرار گرفتن آنها در کنار یکدیگر (منفرد ، دوتایی ، رشته‌ای ، توده‌ای و غیره) و همچنین دارا بودن هاگ ، کپسول ، تاژک و امثال آن است که میتوانند به عنوان ویژگیهای تشخیصی میکروسکوپی باکتریها مورد استفاده قرار گیرند.
رنگ آمیزی افتراقی: این روش شامل رنگ آمیزیهای گرم و اسید فاست است. از آنجا که این روشها بیشتر مبتنی بر ساختار دیواره یاخته‌ای باکتریهاست، بنابراین برای تشخیص باکتریهای فاقد دیواره یا واجد دیواره غیر معمولی مناسب نیستند.
آزمونهای زیست شیمیایی: این آزمونها عمدتا مبتنی بر فعالیتهای زیست شیمیایی باکتریها هستند. به عنوان مثل باکتریهای روده‌ای گروه بزرگی از باکتریها هستند که شامل اشریشیا ، آنتروباکتر ، سالمونلا و شیگلا میشوند. مبنای تشخیص اشریشیا و آنتروباکتر از سالمونلا و شیگلا این است که دو گروه اول قادر به تخمیر لاکتوز و تولید اسید و گاز هستند، در حالی که دو گروه دوم چنین توانی ندارند. استفاده از محیطهای کشت افتراقی که منجر به تولید کلنیهای ویژه میکروبی بر روی محیط کشت میشوند، نیز در باکتری شناسی تشخیصی پزشکی موارد استفاده زیادی دارند.
آزمونهای سرم شناختی: این آزمونها مبتنی بر استفاده از سرم خون انسان و اصول ایمنی شناسی است. به عنوان باکتری مولد بیماری حصبه با سرم خون حاوی پادتن ضد میکروب حصبه واکنش نشان داده و رسوب می‌کند. این عمل به کمک آزمون آگلوتیناسیون بر روی لام انجام می‌گیرد.
آزمون حساسیت به باکتریوفاژ: از آنجا که باکتریوفاژها تنها بطور اختصاصی میتوانند باکتری میزبان خود را آلوده کنند، یعنی رابطه فاژ و باکتری نوعی رابطه اختصاصی است، لذا امکان آلوده شدن و متلاشی شدن گروهی از باکتریها بوسیله یک فاژ ویژه نزدیکی آنها به یکدیگر از نظر رده بندی ، است.
ترادف آمینو اسیدها در پروتئینهای مهم زیستی: در این روش یک یا چند پروتئین اصلی و حیاتی انتخاب شده و ترادف آمینو اسیدها در مولکولهای این پروتئینها با یکدگیر مقایسه میشود. از آنجا که این ترادف نشانه ترادف نوکلئوتیدها در رشته DNA است، بنابراین میزان تفاوت موجود در این ترادف میتواند نشان دهنده فاصله باکتریها در روند تکاملی باشد.
تجزیه پروتئینی: در روش بررسی ترادف آمینو اسیدها تنها یک یا چند مولکول پروتئین حیاتی به عنوان معیار و مقیاس مورد بررسی قرار می‌گیرد. در حالی که در روش تجزیه پروتئینی کلیه پروتئینهای یک یا چند بخش از یاخته میکروبی متلاشی شده استخراج می‌گردند و به کمک پلی آکریل آمید ، ژل الکتروفورز (ADGE) شناسایی میشوند. در این روش هر مولکول ، بر حسب اندازه و بار الکتریکی خود مسافتی را بر روی ژل طی می‌کند و در محل شخص قرار می‌گیرد که پس از رنگ آمیزی قابل شناسایی است. در پایان ، ترکیب رنگی هر ستون نشان دهنده انواع پروتئینهای موجود در هر باکتری است. مقایسه این ستونها میتواند نشان دهنده نزدیکی یا دوری ساختار پروتئینی یک بخش حیاتی از باکتریها مانند سیتوکروم و در نتیجه قرابت باکتریها با یکدیگر باشند.
شاخه فتوباکتریها: فتوباکتریها یا باکتریهای فتوسنتز کننده انرژی خود را از نور خورشید بدست می‌آوردند و به سه رده تقسیم میشوند.
فتوباکتریهای سبز _ آبی یا سیانوباکتریها که سابقا آنها را جلبکهای سبز _ آبی می‌نامیدند.
فتوباکتریهای قرمز
فتوباکتریهای سبز
شاخه اسکوتوباکتریها: اسکوتوباکتریها یا باکتریهای غیر فتوسنتز کننده از انرژی شیمیایی استفاده میکنند و به سه رده تقسیم میشوند.
باکتریهای دارای دیواره
باکتریهای بدون دیواره باکتریهای که زندگی درون یاخته‌ای اجباری دارند. این گروه شامل دو دسته است: ریکتسیا و کلامیدیا
باکتریهای دارای دیواره باکتریها دسته‌ای از موجودات زنده میکروسکوپی هستند، با اندازه‌ای کوچک و ساختاری نسبتا ساده. سیتوپلاسم آنها عاری از واکوئل است، هسته فاقد غشا و جزئیات آن نامشخص است. اطراف باکتری را پرده ضخیمی به نام دیواره می‌پوشاند. باکتریها اکثرا متابولیسم خود را از راه شیمیوسنتز اداره میکنند. برخی فاقد دیواره‌اند و عده ای زندگی درون یاخته‌ای اجباری دارند.
باکتریهای بدون دیواره: این باکتریها شامل جنس میکوپلاسما هستند. میکوپلاسماها برخلاف سایر باکتریها ، فاقد دیواره‌اند و از این رو خاصیت چند شکلی بودن دارند. نسبت به پنی‌سیلین و سایر آنتی بیوتیکهای متوقف کننده سنتز دیواره یاخته مقاوم هستند، ولی در مقابل تغییرات فشار اسمزی و عوامل محیطی بسیار حساس هستند. میکوپلاسما از صافیهای باکتریولوژیک عبور میکنند و کوچکترین میکروارگانیسمی هستند که به صورت آزاد به سر می‌برند. برخلاف اکثر باکتریها ، باکتریوفاژها بر روی میکوپلاسماها بی‌اثرند. این میکروارگانیسمها دارای سیستم آنزیمی کامل و متابولیسم مستقلی هستند و میتوانند روی محیطهای مصنوعی بدون وجود یاخته زنده رشد کنند.
ریکتیسیا: سابقا آنها را حد فاصل باکتریها و ویروسها می‌دانستند، ولی اکنون در شمار باکتریها محسوب میشوند، با این تفاوت که اندازه آنها کوچکتر و ساختارشان ساده است و فقط میتوانند درون یاخته‌های زنده زندگی میکنند.
کلامیدیا: چون اندازه آنها کوچکتر از باکتریهاست و از صافیهای باکتریولوژیک قابل عبورند و انگلهای درون یاخته‌ای اجباری هستند، لذا آنها را جزء ویروسها می‌دانستند. ولی امروزه به لحاظ برخورداری از ویژگیهایی نظیر حساسیت به آنتی بیوتیکها و دارا بودن دیواره یاخته‌ای و ریبوزوم و طرز تکثیری همانند باکتریها و داشتن هر دو نوع ملکول دی ان آ و آر ان آآنها را جزء باکتریها به شمار نمیاورند.
کاربرد باکتری:
مقدمه بیوسفر زمین دارای انواع متعددی میکروارگانیسم است و بسیاری از آنها هنوز برای انسان ناشناخته است. در مورد فعالیت آنها در طبیعت اطلاعت کمی در دست است مانند میکروارگانیسمهایی که با تنظیم چرخه ازت به حاصلخیزی خاک کمک میکنند و میکروارگانیسمهایی که به تجزیه مواد آلی و معدنی شدن کمک میکنند. رابطه بین انسان و میکروارگانیسمها در مسیر زمانی ایستا نیست و غالبا تحت تاثیر عوامل متعددی قرار دارد.باکتریها متنوع‌ترین و مهمترین میکروارگانیسمها محسوب میشوند. تعداد کمی از آنها در انسان ، جانوران و سایر موجودات زنده بیماریزا بوده و بطور کلی بدون فعالیت آنها حیات بر روی زمین مختل میگردد. بطور یقین موجودات زنده یوکاریوتیک از موجودات زنده باکتری مانندی بوجود آمده‌اند. برخی از گونه‌های باکتریها مفید و برخی مضر هستند.
مزایای باکتریها در تولید آنزیمها برخی باکتریها را تحت شرایط مناسب جهت تهیه آنزیمهای مورد نیاز پرورش می‌دهند و آنگاه آنزیم تولید شده توسط آنها را عصاره گیری کرده و با راسب کردن خالص می‌سازند.
آنزیم آمیلاز را با فرایند خاصی از گونه‌های باکتری باسیلوس بدست می‌آورند. آمیلاز را برای هیدرولیز نشاسته به دکسترین یا قند دیگر یا در تهیه چسبها ، در صنایع نساجی ، شفاف کردن آب میوه‌ها و قندی کردن محلول نشاسته جهت تخمیر بکار می‌برند.
آنزیم پروتئیناز را از باکتری باسیلوس تهیه میکنند. این آنزیم ، پروتئینها را هیدرولیز کرده و در صنایع چرم سازی استفاده میشود.
دو آنزیم استرپتوکیناز و استرپتودورناز را که بطور طبیعی توسط باکتری استرپتوکوکوس پایوجنز تولید میشوند، در مقادیر تجارتی تهیه میکنند. این آنزیمها در تجزیه بقایای سلولی و زاید در محل زخم عمل میکنند و در حقیقت به ترمیم زخمها کمک می‌نمایند.
بسیاری از باکتریها از جمله کلاستریدیوم که دارای آنزیم پکتیناز است در جدا کردن الیاف کتان و تجزیه پکتین بین الیاف کمک می‌کند.
نقش باکتریها در تولید اسید استیک گونه‌های استوباکتر به نام استوباکتراستی میتوانند از الکل ، اسید استیک تولید کنند. این باکتریها در خاک و هوا انتشار یافته و بر روی دانه‌های انگور و سیب به سر می‌برند. از اینرو آب میوه‌ها به دنبال تخمیر الکلی معمولا تخمیر اسید استیک پیدا میکنند، مگر آن که مراقبت لازم به عمل آید.
نقش باکتریها در تولید حلالهای صنعتی ملاس سترون یا مالت ذرت پخته شده را در بشکه‌های بزرگ با کلاستریدیوم استربوتیلیکم مخلوط میکنند. تخمیر در شرایط بیهوازی در حرارت ۳۷ درجه سانتیگراد بعد از ۷۲ – ۴۸ ساعت پایان می‌یابد. CO2 و H2 متصاعد شده را که شامل ۶۰ درصد هیدرات کربن تخمیرپذیر است برای مصارف صنعتی جمع آوری میکنند. حلالهای خنثی ، بوتانول ، استون و اتانول را با تقطیر بخشی بدست می‌آورند. استون را در تهیه مواد منفجره ، استات سلولز و چسبها بکار می‌برند.
نقش باکتریها در تهیه واکسنها واکسنها را تحت شرایط کاملا کنترل شده تهیه میکنند. واکسنهای باکتریایی را از کشت میکروبها در آگار یا آبگوشت غذایی بدست می‌آورند. سلولهای سطح آگار غذایی را با محلول سرم فیزیولوژیک (۰٫۸۵ درصد کلرورسدیم) شستشو داده و سلولهای آبگوشت را با سانتریفوگاسیون جهت جدا کردن مواد خارجی شستشو می‌دهند و سرانجام آنها را در سرم فیزیولوژیک در تراکم استاندارد وارد می‌سازند.
نقش باکتریها در تولید فرآورده‌های شیر لاکتوباسیلها غالبا در شیر یافت میشوند. این باکتریها در تولید انواع شیرهای تخمیر یافته و انواع پنیرها حائز اهمیت هستند. رشد این باکتریها در شرایط اسیدی بهتر انجام میشود. از اینرو در شیری که قبلا بوسیله استرپتوکوکوس لاکتیس و سایر باکتریهای شیر تازه ترش شده، بهتر رشد و تکثیر پیدا میکنند.
نقش باکتریها در چرخه ازت همه جانداران برای سنتز پروتئینها ، اسیدهای نوکلئیک و سایر ترکیبات ازت‌دار ، به ازت احتیاج دارند. نیروهای فیزیکی و شیمیایی که در خاک ، آب و هوا عمل میکنند همراه با فعالیتهای باکتریها عوامل مهمی در تبدیل ازت به اشکال قابل مصرف محسوب میشوند. باکتریها از پروتئینهای موجود در خاک آمونیاک می‌سازند. باکتریهای نیتروزموناس و نیتروباکتر طی دو مرحله متوالی تحت فرآیند نیتریفیکاسیون (شوره گذاری) آمونیاک را به نیترات تبدیل میکنند. که نیترات ، ازت قابل استفاده برای گیاهان است. باکتری ریزوبیوم با گیاهان تیره نخود همزیستی دارد و به جذب ازت توسط آنها از خاک ، کمک می‌کند.
معایب باکتریهای آب شیرین در قسمتهایی از آب که اکسیژن کافی در دسترس است و گونه‌های سودوموناس ، سایتوفاگاها ، کالوباکتر و هاینومایکروبیوم وجود دارد، اکسیژن به راحتی در آب نفوذ نمی‌کند. این باکتریها به سرعت اکسیژن محلول در آب را به مصرف رسانده و در نتیجه حیات ماهیها را به خطر انداخته و با فعالیت انواع باکتریهای بیهوازی ، مواد بدبویی نظیر سولفید هیدروژن و اسیدهای آلی ، ایجاد میشود. تب تیفوئید و وبا از بیماریهایی هستند که توسط آب منتقل میشوند.
باکتریهای بیماریزا در خاک اغلب باکتریهای بیماریزای انسانی که قدرت زندگی در خاک را دارند، انواع اسپوردار هستند. اسپور باسیلوس آنتراسیس که عامل سیاه زخم است، دهها سال میتواند در خاک زنده بماند و به محض ورود به بدن جانوران ، فعالیت کند. کلاستریدیوم تتانی (عامل کزاز)، کلاستریدیوم بوتولیسم (عامل بوتولیسم) و کلاستریدیوم پرفرنجنس (عامل قانقرن گازی) نیز مثالهایی دیگر از باکتریهای اسپوردار ساکن خاک هستند که میتوانند از نواحی زخمی وارد بدن شده و بیماری تولید کنند. انواع باکتریهای ایجاد کننده بیماری در گیاهان و حشرات نیز در خاک یافت شده‌اند
رشد و تکثیر باکتریها:
میکروارگانیسمها موجودات فعالی هستند که از زیستگاه خود به رشد و نمو و اعمال متابولیسمی مشغولند به بیان ساده‌تر میکروبها ماشینهایی متابولیسمی هستند با توانایی تکثیر فوق‌العاده زیاد رشد میکروبها ممکن است برای ما گاه سودمند و زمانی زیانبار باشد. تولید موادی که در شیمی درمانی مورد استفاده قرار می‌گیرند یکی از نتایج سودمند رشد میکروبی است.سایر مواد مفیدی نیز که از میکروبها بدست می‌آیند در تهیه و تولید مواد غذایی ، آشامیدنی ، الکلی ، استون و اسید سیتریک بکار گرفته میشوند. رشد میکروبها در یک محیط مشخص تابع قوانین معینی است که مطالعه آن امکان بررسی و پژوهش درباره صفحات گوناگونی از قبیل ویژگیهای فیزیولوژیک را میسر می‌سازد. توانایی ما در کنترل بیماریهای عفونی بستگی تام به آگاهی ما از چگونگی رشد و تکثیر باکتریها دارد
شرایط رشد و تکثیر رشد باکتریها و سایر میکروارگانیسمها به شرایط مناسب فیزیکی و شیمیایی و وجود مواد غذایی نیاز دارد. این شرایط بر حسب نوع ارگانیسمها متفاوت‌اند. این نیازها عبارتند از رطوبت ، انرژی و منابع کربن و عناصر اساسی.
عناصر اساسی تمام یاخته‌ها علاوه بر کربن به ذخایر هیدروژن ، اکسیژن ، نیتروژن ، فسفر و گوگرد نیاز دارند. و عواملی محیطی که بر بقا و رشد آنها تاثیر می‌گذارند عبارتند از : دما ، اسیدیته (PH) ، اکسیژن ، فشار اسمزی ، کشش سطحی و فشار هیدروستاتیکی. باکتریها برحسب محدوده‌ای از دما که بهترین رشد را در آن دارند به سه گروه گرما دوستها که دمای بهینه بدن آنها۴۰ċ است و فرونیل که دمای ۲۰ تا ۴۰ را ترجیح می دهند و سرما دوستها که دمای بین ۷ تا ۲۰ قادر به زندگی هستند. دمای پایین باعث کندی رشد میشود.باکتریها ، محیطهایی را که اندکی قلیایی باشد ترجیح می دهند. مثلا PH مناسب برای رشد باکتری اشرشیاکلی ۴٫۵ تا ۸ است اما بعضی از باکتریها PH های کاملا قلیایی یا کاملا اسیدی را بخوبی تحمل میکنند. بدن انسان متشکل از محیطهای گوناگونی با PH های متفاوت است. اکثر میکروارگانیسمها قادر به تحمل PH بسیار اسیدی معده انسان نیستند و فقط آن دسته از بیماریزا که قدرت تحمل چنین محیطی اسیدی را به مدت طولانی دارند و میتوانند باعث عفونتهای گوارشی شوند. در مورد پوست بدن انسان نیز اسیدیته ، عامل محافظی در برابر عفونت به شمار می‌رود
شکل باکتریها:
تاثیر عوامل محیطی بر شکل باکتریها برخی از باکتریها مانند باسیل دیفتری ، هنگام تقسیم مانند ترکه درخت می‌شکنند ولی از یکدیگر جدا نمی‌شوند و اشکال زاویه‌دار مانند الفبای چینی تشکیل می‌دهند. باید دانست که شکل هر باکتری ثابت نبوده و با ساختار و واکنش محیط کشت ، دما ، سن باکتری و بعضی از عوامل دیگر بستگی دارد و هنگام تعریف شکل جوان آن را در نظر می‌گیرند. باکتریها وقتی پیر می شوند و یا در شرایط نامساعد قرار می‌گیرند اشکال غیرعادی پیدا میکنند.
اندازه باکتریها اندازه باکتریها معمولا بین ۰٫۳ تا ۴ میکرون است ولی بطور کلی اندازه باکتریها همانند شکل آنها ، تابع شرایط و واکنش محیط کشت ، دما ، سن باکتری و بعضی عوامل دیگر است و اندازه‌ای که معمولا برای باکتریها داده میشود مربوط به باکتری جوان در شرایط عادی است. بعضی از باکتریها در یک زمان ممکن است دارای اشکال کوتاه و بلند باشند. میکوپلاسماها کوچکترین باکتریهای شناخته شده‌اند ابعاد آنها بین ۰٫۱ تا ۰٫۳ میکرون است از اینرو با میکروسکوپ نوری به سختی قابل رویت‌اند. مایکوپلاسما فاقد دیواره است و در نتیجه به اشکال مختلف یافت میشود.
اندازه گیری ابعاد باکتریها اگر چه باکتریها اندازه کوچک‌اند، با وجود این میتوان ابعاد آنها را به طرزی نسبتا ساده و آسان اندازه گرفت. دستگاه اندازه‌گیری که میکرومتر چشمی نامیده میشود شامل صفحه شیشه‌ای گردی است که روی آن خطوطی مورج حک شده‌اند. فاصله خطوط پسش از تنظیم در هر میکروسکوپ مشخص میشود. برای تعیین اندازه باکتریها ، تیغک شیشه‌ای حاوی باکتریها (اسلاید) را طوری قرار می‌دهند که باکتریها در مجاورت میکرومتر چشمی قرار را با تنظیم آن از روی میکرومتری که در محل استقرار لام قرار دارد تعیین میکنند
فیزیولوژی باکتریها:
مقدمه باکتریها گروهی از موجودات تک یاخته‌ای ذره بینی هستند که پوشش بیرونی نسبتا ضخیمی آنها را احاطه کرده است. این موجودات ساختار ساده‌ای دارند و اندازه آنها بین ۰٫۳ تا ۴ میکرون است. باکتریها فاقد شبکه آندوپلاسمی ، دستگاه گلژی ، لیزوزومها ، میتوکندریها و واکوئلها هستند. اما در سیتوپلاسم آنها تعداد زیادی ریبوزوم وجود دارد و غشای پلاسمایی آنها دارای زایده‌هایی است، به نام مزوزوم که قاعدتا ارزش میتوکندریها را دارند.هسته باکتریها بدون غشا و هستک است و از سیتوپلاسم جدا نیست و علاوه بر آن بدون کروموزومهای غیرمشابه و جداگانه هستند. DNA در باکتریها رشته درازی است که با چسبیدن دو سر آن به هم به صورت حلقه درآمده است و غالبا فقط یک رشته غول پیکر DNA در باکتری وجود دارد که طول آن در حدود ۱۰۰ میکرون است، اما این رشته به صورت کلاف در آمده و در نتیجه بسیار کوچک شده است.
بیشتر باکتریها فاقد کلروفیل هستند و متابولیسم خود را از راه شیمیوسنتز انجام می‌دهند. معدودی از باکتریها قادر به فتوسنتز هستند، ولی برخلاف گیاهان در واکنشهای فتوسنتز به جای اکسیژن ، گوگرد تولید میکنند. این موجودات تک یاخته‌ای ممکن است در هنگام رشد به یکدیگر متصل شوند و تشکیلاتی شبیه به خوشه انگور ، زنجیره و یا رشته بوجود آورند و یا در نوع عالی مانند اکتینومیستها ، میسیلوم تشکیل دهند. برخی باکتریها فاقد دیواره یاخته‌ای بوده (میکوپلاسما) و عده‌ای زندگی داخل یاخته‌ای اجباری دارند.
ساختار تشریحی باکتریها
پوشینه در بعضی باکتریها ، غلاف ژلاتینی چسبناکی دیواره اسکلتی را احاطه کرده است. این غلاف که غالبا ساختار هیدرات کربنی دارد، پوشینه نام دارد. امروزه دانشمندان معتقدند که پوشینه توسط باکتریها ساخته شده و به خارج ترشح میشود، ولی به علت تراکم بسیار زیاد و عدم قابلیت نفوذ و رطوبت پذیری به صورت پوشش در اطراف باکتری باقی می‌ماند. جنس شیمیایی پوشینه بیشتر از پلی ساکاریدها همراه با مواد دیگر است.پوشینه ، باکتری را تا حدی از عوامل نامساعد محیط حفظ می‌کند. وجود پوشینه در باکتریهای بیماریزا قدرت بیماریزایی آنها را افزایش میدهد و گاه باکتریها با از دست دادن پوشینه به نوع بی‌آزار تبدیل میشوند. بنابراین نتیجه میشود که انواع باکتریهای پوشینه‌دار در برابر دفاع بدن میزبان ، مثلا عمل ریزه خواری گویچه‌های سفید ، بیشتر پایدارترند. برای رنگ آمیزی پوشینه از روش خاصی به نام رنگ آمیزی منفی استفاده میکنند.
تاژک باکتریهای متحرک دارای زواید رشته مانندی به نام تاژک هستند. تاژک اندامکی است بسیار نازک که قاعده آن در سیتوپلاسم قرار داشته، از دیواره عبور می‌کند و در خارج باکتری قرار می‌گیرد. طول تاژک چند برابر طول باکتری ، ولی قطر آن کم است. تاژک از لحاظ ساختار تشریحی از سه قسمت تشکیل شده است:
رشته: بخشی که با رنگ آمیزی دیده میشود، رشته نام دارد. از نظر ساختار شیمیایی رشته متشکل از پروتئین ویژه‌ای به نام فلاژلین است. تاژک علاوه بر آنکه عامل حرکت است، از نظر مسائل ایمنی نیز اهمیت دارد، زیرا حاوی پادگن تاژکی یا H است. پادگن H نست به دما حساس است. تفاوت این پادگن در اعضای یک نوع باکتری ، مربوط به تفاوت آمینو اسیدهای تشکیل دهنده آن است. هرگاه در محلولی تاژک به علت تحریک مکانیکی یا عامل دیگری از بین برود، تاژک جدیدی به سرعت ساخته میشود.
قلاب: انتهای رشته در طرف باکتری به قسمت پهن‌تری به نام قلاب متصل میشود که اندکی حالت خمیده دارد. قلاب به صورت ساختار مارپیچی بوده و احتمالا دارای الیاف درهم بافته پروتئینی است.
پیکر پایه: این بخش از تاژک ، قلاب و رشته را به دیواره یاخته و غشای سیتوپلاسمی متصل می‌کند. پیکر پایه از محور کوچکی تشکیل یافته است که از مرکز چند جفت حلقه می‌گذرد. تعداد این حلقه‌ها در باکتریهای گرم منفی ، دو جفت و در باکتریهای گرم مثبت ، یک جفت است در باکتریهای گرم منفی جفت بالایی متشکل از دو حلقه است که به ترتیب در بخش لیپو پلی ساکارید و لایه پپتیدوگلیکان متمرکزند و جفت پایینی نیز که شامل دو حلقه است، به غشای سیتوپلاسمی قلاب میشود. باکتریهای گرم مثبت فاقد حلقه در جفت بالایی‌اند.
مژک بعضی از انواع باکتریهای گرم منفی علاوه بر تاژک ضمایم کوچکی به نام مژک دارند. مژکها ، کوچکتر ، کوتاهتر و پرشمارتر از تاژکها هستند و ضمنا حرکت یکنواخت موجی نیز ندارند. مژکها بر حسب نوع عمل به دو دسته تقسیم میشوند:
مژکهای معمولی: مژکهای معمولی عامل چسبندگی بوده و بر چند نوع‌اند. این نوع مژکها با چسبیدن به سطوح یاخته‌های جانوری و گیاهی و حتی مواد جامد باعث مهاجرت باکتری به طرف منابع سرشار از مواد غذایی میشوند و علاوه بر این ، عامل بیماریزایی میباشند. همچنین دارای خاصیت پادگنی هستند، ولی نوع پادگن آنها با پادگن تاژک متفاوت است.
مژک جنسی: این نوع مژک از انواع بلندتر و ضخیم‌تر است. تعداد مژکهای جنسی اندک است. مژکها به صورت لوله‌هایی تو خالی از جنس پروتئین هستند، این لوله به ساختار تکمه‌ای شکلی در غشای سیتوپلاسمی منتهی میشود و دارای جایگاههای جذب اختصاصی برای برخی از ویروسهای باکتریایی است. تارهای جنسی در عمل آمیختگی نقش دارند.
دیواره ساختار دیواره باکتری یکی از بارزترین خصوصیات تک یاخته‌ایهای واجد هسته پراکنده است. دیواره باکتری بلافاصله در قسمت بیرونی پرده سیتوپلاسمی قرار دارد و یاخته را از بیرون کاملا می‌پوشاند. هرچند جزئیات ساختار شیمیایی دیواره باکتریها در انواع مختلف ، متفاوت است، ولی چارچوب اصلی آن در تمام باکتریها یکسان بوده و از سه قسمت تشکیل شده است:
اسکلت پلی ساکاریدی: از دو نوع واحد ساختاری به نام ان استیل گلوکز آمین و ان استیل مورامیک اسید تشکیل شده که بطور متناوب بوسیله اتصال بتا _ ۱ ، ۴ به یکدیگر متصل هستند. این ساختار در تمام باکتریها یکسان است.
زنجیره‌های تتراپپتیدی: این زنجیره‌ها به مولکول ان استیل مورامیک اسید متصل هستند. هرچند ترکیب آمینو اسیدهای زنجیره در یک گونه ثابت است، ولی در گونه‌های متفاوت گوناگونیهایی به چشم می‌خورد.
پلهای عرضی: این پلها از نوع پلی پپتید هستند و در انواع باکتریها ، ساختار متفاوتی دارند. پلهای عرضی جایگاه انتهای یک زنجیره تترا پپتیدی را به جایگاه سوم زنجیره مجاور متصل میکنند. باکتریها را بر اساس ساختار دیواره به دو گروه باکتریهای گرم مثبت و گرم منفی تقسیم میکنند. در باکتریهای گرم مثبت ، قسمت اعظم آن از موکو پپتید تشکیل شده و ساختاری چند لایه دارد.دیواره یاخته‌های گرم مثبت دارای مقادیر قابل ملاحظه‌ای از اسیدهای تیکوئیک است و به علت آنکه به سطح یاخته بار منفی میدهد، در تعیین موادی که وارد یاخته میشوند، نقش دارد. ضخامت لایه موکو پپتید دیواره در باکتریهای گرم منفی کمتر از باکتریهای گرم مثبت است. باکتریهای گرم منفی فاقد اسیدهای تیکوئیک هستند و سطح بیرونی موکو پپتید را لایه‌هایی می‌پوشانند که به ترتیب عبارتند از: لایه لیپوپروتئین ، غشای بیرونی و لایه لیپوپلی ساکارید.
غشای سیتوپلاسمی غشای باکتری به صورت پرده نازکی در داخل دیواره باکتری قرار دارد و سیتوپلاسم را کاملا دربرمی‌گیرد. غشا از لحاظ ساختار شیمیایی از ترکیبات لیپیدی حاوی فسفاتید _ پروتئین و مقدار بسیار کمی مواد قندی تشکیل شده و به آسانی رنگهای بازی را به خود جذب می‌کند. در غشای سیتوپلاسمی پروکاریوتها ، استرول وجود ندارد. فضای بین غشای سیتوپلاسمی و دیواره را پرپیلاسم می‌نامند.ساختار غشای سیتوپلاسمی باکتریها همانند سایر یاخته‌ها متشکل از مولکولهای چربی و پروتئین است. غشا ، نیمه تراوا است. معمولا مولکولهای کوچک میتوانند از غشا عبور کنند، ولی مولکولهای بزرگ ابتدا توسط آنزیمهای خارجی باکتری به مولکولهای کوچکتر تبدیل و سپس جذب غشا میشوند. غشا در جذب و دفع مواد ، رنگ پذیری باکتریها و تقسیم یاخته‌ای نقش دارد.
مزوزومها مزوزوم از فرورفتگی غشای سیتوپلاسمی به درون سیتوپلاسم و اغلب در محل تقسیم دیواره بوجود می‌آید. مزوزوم در باکتریهای گرم مثبت ، بزرگتر از باکتریهای گرم منفی است و تعداد مزوزومها در باکتریها یک یا چند عدد است. مزوزوم در عمل تقسیم DNA ، تقسیم یاخته‌ای و همچنین تبدیل باکتری به هاگ دخالت دارد.
سیتوپلاسم در سیتوپلاسم باکتری قسمتهای زیر قابل تشخیص‌اند:
ریبوزوم: ریبوزومها ذراتی کروی به قطر ۲۰۰ آنگستروم هستند که در سیتوپلاسم پراکنده‌اند. ریبوزومها از پروتئین و اسید بوزومریبونوکلئیک تشکیل شده‌اند و در سنتز پروتئین نقش مهمی دارند. ریبوزوم باکتریها از ریبوزوم یوکاریوتها کوچکتر است.
مواد ذخیره‌ای: مواد ذخیره‌ای شامل دانه‌های ولوتین ، لیپید ، گلیکوژن ، نشاسته و گوگرد است. این مواد به هنگام کمبود مواد غذایی به حداقل اندازه خود میرسد.
ماده زمینه: در ماده زمینه ذرات ریبوزوم و مواد ذخیره‌ای یاخته در مایعی به نام ماتریکس شناورند. ماده زمینه عبارتست از: آب و یونهای کانی ، آمینو اسیدها ، نوکلئوتیدها ، لیپید ، پروتئین ، کربوهیدرات ، سیتوپلاسم فاقد شبکه آندوپلاسمی ، میتوکندری ، دستگاه گلژی ، واکوئل و فعالیتهایی نظیر جنبش سیتوپلاسمی و حرکت آمیبی است.
کروماتوفور (باکتریهای فتوسنتز کننده): کروماتوفور دستگاه فتوسنتزی موجودات زنده در تیلاکوئیدها یا کیسه‌ها قرار دارد. در گیاهان تیلاکوئید در درون کلروپلاستها جای دارند. در باکتریهای فتوسنتز کننده قطعه‌ای که ویژه دریافت نور است، در داخل غشای یاخته‌ای کیسه‌هایی به نام کروماتوفور قرار دارد. این کیسه‌ها از گسترش غشای سیتوپلاسمی بوجود می‌آیند. در باکتریهای سبز گوگردی دستگاه فتوسنتزی در کیسه‌های درونی قرار دارند که به غشای سیتوپلاسمی متصل نیستند.
ماده ژنتیکی
ساز و کار حرکت باکتریها حرکت باکتریها به تامین مداوم انرژی نیاز دارد. بعضی مواد طبق پدیده شیمیوتاکسی باکتری را جذب و برخی دیگر آن را دفع میکنند. باکتری بوسیله گیرنده‌های خود این مواد را حس می‌کند و با بکار انداختن تلمبه پروتون به حرکت ادمه داده و یا تغییر جهت میدهد. در صورتی که گوانوزین مونو فسفات حلقوی ماده واسطه است که موجب متیل زدایی پروتئین ویژه‌ای در غشا میشود.مواد جاذب باکتری باعث ایجاد وقفه در متیل زدایی این پروتئینها و مواد دافع باعث تحریک آن میشوند. بدین سان به جذب و دفع باکتری تاثیر می‌گذارند. چگونگی حرکت تاژکها بدین طریق است که در باکتریهای واجد آرایش قطبی پرتاژکی ، ابتدا دسته تاژکهای قطبی به شکل مخروط درآمده و سپس باکتری به طرف نوک مخروط به شکل چرخشی حرکت می‌کند. حرکت معکوس نیز با تغییر جهت هر دو مخروط صورت می‌گیرد
ساختمان سلول پروکاریوت:
نگاه اجمالی واحد بنیادی حیات ، سلول نام دارد. بطور کلی سلولها به دو گروه عمده پروکاریوت و یوکاریوت تقسیم میشوند. اصطلاح پروکاریوت مرکب از دو واژه پرو (Pro) به معنی پیش و کاریوت به معنی هسته است و این اصطلاح در مورد سلولی بکار می‌رود که فاقد هسته و اندامک‌های محدود به غشا است. اندازه یک سلول پروکاریوت ۱ تا ۱۰ میکرومتر است. باکتریها شاخص‌ترین نوع پروکاریوتها هستند.
مقایسه ساختمان سلول پروکاریوت و یوکاریوت حجم یک سلول یوکاریوتی (سلولهای جانداران و گیاهان عالی و سلولهای انسانی) هزاران بار بزرگتر از نوع پروکاریوتی است. ماده ژنتیکی یک سلول یوکاریوتی عمدتا در هسته (Nucleus) متمرکز است. بخش اندکی نیز درون اندامک‌های درون سلولی نظیر میتوکندری ، کلروپلاست و گلی‌اکسی‌زوم دیده میشود. در حالیکه ماده ژنتیکی سلول پروکاریوتی که از لحاظ کمیت ۷۰۰ مرتبه کمتر از ماده ژنتیکی نوع یوکاریوتی است، در ناحیه شبه هسته‌ای موسوم به نوکلوئید (Nucleoid) متمرکز شده است.دو نوع سلولی پروکاریوتی و یوکاریوتی از لحاظ جنس وسیله حرکتی‌شان یعنی تاژک نیز متفاوت میباشند. بطوریکه تاژک سلول یوکاریوتی عمدتا از جنس پروتئین استوانه‌ای شکل میکروتوبول است. در حالیکه تاژک سلول پروکاریوتی از جنس پروتئین فلاژلین میباشد. فرایندهای آندوسیتوز و اگزوسیتوز را فقط در انواع یوکاریوتی میتوان یافت و پروکاریوتها فاقد آن هستند.
طبقه بندی باکتریها
میکوپلاسما میکوپلاسما که باکتری فاقد دیواره سلولی است کوچکترین ذره واجد حیات است
باکتریهای گرم مثبت.
(+G) این باکتریها واجد دیواره سلولی تک‌لایه و ضخیم با قطری حدود ۲۰ تا ۸۰ نانومتر میباشند. در ساختار دیواره سلولی این باکتری گرم مثبت باکتریها هتروپلیمر دیگری که اسید تیکوئیک نام دارد، شرکت می‌کند. به باکتری گرم مثبت بدون دیواره سلولی پروتوپلاست می‌گویند
باکتریهای گرم منفی.
(-G) این باکتریها حداقل واجد دو لایه و گاهی چند لایه دیواره سلولی متمایز میباشند. خارج دیواره سلولی باکتری گرم منفی بوسیله غشایی که غشای خارجی نام دارد، احاطه میشود. بین غشای خارجی و دیواره سلولی فضایی وجود دارد که فضای پری پلاسمیک نامیده میشود. در فضای پری پلاسمیک سموم و آنزیمهای باکتری با غلظت زیادی تجمع یافته‌اند که این سموم و آنزیمها روی اجزای سلول باکتری تاثیر نداشته و فقط در جهت هضم موادی عمل میکنند که برای باکتری مضر میباشد.
اجزای مختلف ساختمان سلول پروکاریوت
سیتوپلاسم بیش از ۵۰ درصد پروتئین سلول در سیتوپلاسم قرار دارد و آنزیمهای متابولیسمی راههای گلیکولیز و بسیاری از آنزیمهای چرخه کربس ، انواع کاتالازها ، دهیدروژنازها ، و مواد حد واسط چرخه های متابولیکی در سیتوپلاسم وجود دارد. روابط اتمی ، یونی و الکترونی بین ترکیبهای مختلف سیتوپلاسمی با نظم خاص فعالیتهای حیاتی را ظاهر می‌سازد.
غشای سلولی ساختمان غشای سلول یوکاریوتی و پروکاریوتی تقریبا با همدیگر مشابه است که البته از لحاظ حضور لیپید و پروتئین و کربوهیدراتهای خاص با همدیگر تفاوتهایی نیز دارند. منتها از لحاظ برهمکنش فیزیکی و شیمیایی مولکولهای تشکیل دهنده شباهتهای زیادی دارند. غشا شامل دو لایه فسفولیپیدی همراه با پروتئینها میباشد. غشای سلول باکتری فاقد استرول است.
کپسول کپسول باکتری که واجد خاصیت آنتی‌ژن است، در خارج دیواره سلولی دیده میشود و از جنس پلی‌ساکارید است.
دیواره سلولی برخلاف سلولهای جانوری و انسانی باکتریها دارای دیواره سلولی هستند. این دیواره سلولی باکتری از جنس مولکول هیبریدی موسوم به پپتیدوگلیکان است. بخش قندی دیواره سلولی متشکل از واحدهای ان_استیل گلوکز آمین و ان_استیل مورامیک اسید است. واحدهای مزبور رشته‌های پلیمری قندی ایجاد میکنند که رشته‌های مذکور توسط زنجیره‌های کوتاه پپتیدی بهم وصل میشوند.آنتی بیوتیک و پنی‌سیلین ضمن غیرفعال‌سازی آنزیم ترانس پپتیداز از سنتز اتصالات پپتیدی ممانعت می‌کند و به این ترتیب از تشکیل دیواره سلولی باکتری جلوگیری می‌کند. دیواره سلولی باکتری سلول را در مقابل شرایط نامساعد محیطی محافظت می‌کند. عمده خصوصیات آنتی ژنی باکتری از دیواره سلولی آن ناشی میشود.
تاژک حدود نیمی از باکتریهای شناخته شده قادر به تحرک میباشند. اینها واجد وسیله حرکتی هستند که تاژک (خوانده میشود. جنس تاژک از پروتئینی موسوم به فلاژلین است. یک باکتری ممکن است فاقد تاژک یا واجد یک ، دو یا چندین تاژک باشد. باکتری Ecoli که همان اشرشیاکلی میباشد، با طول دو میکرومتر مسافتی معادل ۲۵ برابر طولش یعنی ۵۰ میکرومتر را در یک ثانیه می‌پیماید.اگر شناگری با دو متر قد مسافتی معادل ۵۰ متر در ثانیه را طی کند، قادر خواهد بود رکورد جهانی شنا را بشکند. تاژک باکتری به یک قلاب انعطاف‌پذیر وصل است که این قلاب نیز به پروتئین حلقوی متصل است که در نیمه داخلی و خارجی غشای سیتوپلاسمی باکتری قرار داشته و چرخش این پروتئینهای حلقوی باعث حرکت تاژک میشود.
پیلوس پیلوس در لاتین به معنی مو (hair) است. پیلوس لوله پروتئینی توخالی است که از زیر واحدهای پروتئینی موسوم به پیلین تشکیل شده است. باکتریها اغلب واجد دو نوع پیلوس کوتاه و بلند هستند. پیلوس کوتاه را فیمبر (Eimberia) نیز می‌نامند که در اتصال باکتری به یک سطح نقش دارد. در واقع این پیلوس به باکتری قسمت بیماریزایی میدهد.پیلوس بلند را پیلوس جنسی یا پیلوس _F می‌نامند که در انتقال ماده ژنتیکی از یک باکتری به باکتری دیگر که همان فرآیند ادغام جنسی است، شرکت می‌کند. ژن پیلوس اغلب روی پلاسمید باکتری است و پلاسمیدی که واجد ژن پیلوس است را فاکتور _F می‌نامند. باکتری واجد ژن پیلوس را +F یا باکتری نر (Male) می‌نامند و باکتری فاقد ژن پیلوس را به‌صورت -F یا باکتری ماده (Female) نشان می‌دهند.
ماده ژنتیکی
DNA باکتری واجد دو نوع DNA است. نوع اول را که مولکول دورشته‌ای و حلقوی و جایگاه عمده ژنهای باکتری است، کروموزوم اصلی می‌نامند. غالب باکتریها علاوه بر کروموزوم اصلی واجد یک یا چند DNA دورشته‌ای و حلقوی کوچک موسوم به پلاسمید هستند. ژن پیلوس روی پلاسمید است. گاهی ژن مقاومت نسبت به آنتی بیوتیک نیز روی پلاسمید است. هم کروموزوم اصلی و هم پلاسمید ، DNA رشته‌ای و حلقوی هستند. منتها برخی از باکتریها همانند سلولهای یوکاریوتی واجد DNA خطی هستند.
RNA RNAهای پروکاریوتی را به صورت r RNA , m RNA و t RNA نشان می‌دهند. هر سه RNA پروکاریوتی بوسیله یک نوع RNA پلیمراز نسخه‌برداری میشوند. اطلاعات موجود در m RNA همزمان با نسخه‌برداری به پروتئین ترجمه میشود. در حالیکه rRNA جزئی از تشکیلات ساختمانی ماشین سنتز پروتئین یا ریبوزوم است و t RNA در انتقال اسید آمینه به ریبوزوم نقش دارد
میکروبیولوژی:
دید کلی تنوع بیولوژیکی در میکروارگانیسمها بیش از سایر موجودات میباشد. میکروارگانیسمها موجوداتی هستند که با چشم غیر مسلح مشاهده نمی‌شوند. شکل ، عمل و خصوصیات بیوشیمیایی یا مکانیزم ژنتیکی آنها ، بر اساس محدودیتهای مولکولی بنا شده است. میکروبیولوژی راههای مفیدی را برای شناسایی میکروارگانیسمها فراهم ساخته است. در طبقه بندی موجودات زنده ، ارگانیسمهایی را که حاوی هسته بوده و هسته توسط غشایی احاطه شده است، از پروکاریوتها که DNA آنها بطور فیزیکی از سیتوپلاسم جدا نشده است، مجزا کرده‌اند. بطور کلی میکروبیولوژی درباره ویروسها ، میکروارگانیسمهای پروکاریوتی و میکروارگانیسمهای یوکاریوتی بحث می‌کند.
تاریخچه علم میکروبیولوژی از سال ۱۶۷۴ هنگامی که آنتوان لوون هوک ، با عدسی شیشه‌ای خود دنیایی از موجودات ریز را در قطره آب برکه مشاهده کرد. در اواخر قرن ۱۷ نظریه تولید خودبخودی مورد بحث قرار گرفت. در این زمان بسیاری از دانشمندان از جمله فرانسیکوردی ، فکر می‌کردند میکروارگانیسمها از مواد غیر زنده ایجاد شده‌اند. در سال ۱۷۶۶ اسپالانزانی نتیجه گرفت که میکروبها از هوای غیرسترون وارد محلولهای غذایی شده و آنها را فاسد میکنند. دو ابرمرد دنیای علم که به کنار گذاشتن نظریه خلق‌الساعه کمک شایانی کردند شیمیدان فرانسوی به نام پاستور و پزشک انگلیسی به نام تندال بود. در ۱۰۰ سال گذشته میکروب شناسان موفق به دریافت چند جایزه نوبل شده‌اند.
ویروسها ویروسها به علت داشتن خصوصیات خاصی با سایر موجودات زنده تفاوت دارند. یک ذره ویروس دارای مولکول اسید نوکلئیک DNA یا RNA بوده که توسط پوشش پروتئینی یا کپسید احاطه شده است. اسید نوکلئیک ویروس برای تکثیر در درون سلول به آنزیمهای سلول میزبان وابسته است. از تجمع اسید نوکلئیک و قطعات پروتئینی که به تازگی سنتز شده‌اند، ذرات کامل ویروسی تشکیل میشود که به محیط خارج سلول رها می‌گردند. ویروسها بسیار متنوع بوده و از نظر ساختمان ، تشکیلات ژنوم ، بیان ژنوم ، راههای تکثیر و سرایت باهم تفاوت زیادی دارند. ویروسها قادرند باکتریها ، گیاهان و جانوران را آلوده کنند.
پریونها برخی کشفیات قابل توجه در سه دهه گذشته منجر به شناسایی خصوصیات مولکولی و ژنتیکی عاملی قابل انتقال به نام عامل بیماری اسکراپی که نوعی بیماری تخریب کننده سیستم عصبی مرکزی در گوسفندان است، شده است. ساختمان پریونها فقط از پروتئین ساخته شده و فاقد اسید نوکلئیک است. بیماریهای ناشی از پریون در انسان به علت اینکه به صورت بیماریهای ژنتیکی و عفونی بروز می‌کند کاملا اختصاصی هستند. بررسی بر روی بیولوژی پریونها ، ضرورتی در تحقیقات پزشکی محسوب میشود.
باکتریها باکتریها متنوع‌ترین و مهمترین میکروارگانیسمها هستند. تعداد کمی از آنها در انسان و حیوانات و گیاهان بیماریزا است. بطور کلی بدون فعالیت آنها ، حیات بر روی زمین مختل میگردد. بطور یقین یوکاریوتها از موجودات زنده باکتری مانند بوجود آمده‌اند. نظر به اینکه باکتریها ساختمان ساده‌ای داشته و میتوان به آسانی بسیاری از آنها را در شرایط آزمایشگاه کشت داد و تحت کنترل درآورد، میکروب شناسان مطالعه وسیعی درباره فرایندهای حیاتی آنها انجام داده‌اند. درباره نحوه رشد و مرگ باکتریها ، متابولیسم باکتریها ، ژنتیک باکتریها ، ارتباط آنها با ویروسها و … مطالعات گسترده‌ای صورت گرفته است.
قارچها قارچها دسته جداگانه‌ای از یوکاریوتها را تشکیل می‌دهند. این دسته از میکروارگانیسمها همگی هتروتروف بوده و برای رشد و تکثیر به ترکیبات آلی جهت اخذ انرژی و کربن نیاز دارند. قارچها هوازی و یا بیهوازی اختیاری هستند. اکثر قارچها ساپروفیت بوده و در خاک و آب به سر می‌برند و در این نواحی ، بقایای گیاهی و جانوری را تجزیه می‌نمایند. قارچها مانند باکتریها در تجزیه مواد و گردش عناصر در طبیعت دخالت داشته و حائز اهمیت هستند. علم مطالعه قارچهای انگل برای انسان را قارچ شناسی پزشکی گویند. که این انگلها بیماریهای زیادی را بوجود می‌آورند.
پروتوزوئرها پروتوزوئرها جانداران یوکاریوتیک تک سلولی هستند که به قلمرو آغازیان تعلق دارند. پروتوزوئرها از نظر ساختمان تفاوت بسیاری با یکدیگر دارند. این دسته از جانداران ساکن آب و خاک بوده و از ذرات مواد غذایی و باکتریها تغذیه میکنند. عده‌ای از آنها بخشی از فلور طبیعی بدن جانداران را تشکیل می‌دهند. مطالعات این جانداران در محدوده علم میکروبیولوژی قرار دارد.
میکروبیولوژی خاک خاک یکی از مخازن عمده میکروارگانیسمها محسوب میشود. فراوانترین میکروارگانیسمها در خاک ، باکتریها هستند. خاک باغچه در هر گرم محتوی میلیونها باکتری است. در جاهای عمیق تعداد آنها کاهش می‌یابد. قارچها به تعداد کمتر از باکتریها در خاک یافت میشوند. شاید مهمترین نقش میکروارگانیسمهای خاک ، شرکت آنها در چرخه‌های بیو- ژئوشیمیایی است که به گردش برخی عناصر شیمیایی در طبیعت کمک کرده و آنها را قابل مصرف می‌سازد. میکروبیولوژیستها در این زمینه تحقیقات زیادی انجام داده‌اند.
میکروبیولوژی آب در میکروبیولوژی آب ، میکروارگانیسمها و فعالیت آنها در آبهای طبیعی نظیر دریاچه‌ها ، برکه‌ها ، رودخانه‌ها و دریاها مورد مطالعه قرار می‌گیرد. و میکروارگانیسمهای مفید و مضر برای انسان و سایر جانداران شناسایی میشوند.
میکروبیولوژی مواد غذایی میکروارگانیسمها تغییرات مطلوب و نامطلوب در مواد غذایی پدید می‌آورند. و از طرف دیگر تهیه بسیاری از فرآورده‌های غذایی بدون کمک میکروارگانیسمها ، امکان‌پذیر نیست. مانند کلم شور ، زیتون رسیده و پنیر. اسیدهای حاصل توسط میکروارگانیسمها و اضافه کردن آنها به مواد غذیی مانند خیار شور آنها را از گزند میکروارگانیسمهای نامطلوب حفظ می‌کند. این بخش از میکروبیولوژی ، امروزه کاربرد زیادی دارد.
عوامل ضد میکروبی مواد دارویی موادی هستند که برای درمان بیماریهای عفونی یا جلوگیری از وقوع بیماری بکار می‌روند . این مواد معمولا از باکتریها و قارچها بدست می‌آیند و اخیرا برخی از آنها را در کارخانجات می‌سازند. از مواد شیمیایی هنگامی میتوان برای درمان بیماریهای عفونی استفاده کرد که دارای اثر سمی انتخابی باشند. یعنی ضمن متوقف کردن رشد یا نابودی عامل مولد بیماری ، به سلول میزبان آسیبی نرسانند. علاوه بر سمیت انتخابی ، داروها باید بتوانند به داخل بافتها و سلولهای میزبان نفوذ کننده و تغییری در مکانیزم دفاعی طبیعی میزبان بوجود نیاورند. از عوامل ضد میکروبی میتوان به آنتی بیوتیکها اشاره کرد.
ارتباط میکروبیولوژی با سایر علوم میکروبیولوژی یک علم کاربردی است که با بسیاری از شاخه‌های علوم رابطه نزدیک دارد. از جمله میتوان به ژنتیک ، پزشکی ، زیست شناسی سلولی ، انگل شناسی ، قارچ شناسی پزشکی و بیوشیمی اشاره کرد
