الفصل الثالث

الفصل الثالث: البكتيريا والفيروسات

الدرس الأول البكتيريا 

تنوع البدائيات

الخلايا البدائية النوى هي خلايا بسيطة لا تحتوي على عضيات محاطة بأغشية.

البكتيريا bacteria مخلوقات حية مجهرية بدائية النوى.

 

 أهميتها

1- مهمة لجسم الإنسان

2- في  إنتاج الغذاء،

3- في الصناعة

4- للبيئة

بدائيات النوى:

vأول المخلوقات على الأرض كان مخلوقات مجهريه وحيدة الخلايا تدعى بدائيات النوى.

v تعد أكثر المخلوقات عددًا على الأرض (توجد  في كل مكان)

vبعضها تعَدّ المخلوقات الحية الوحيدة القادرة على العيش في البيئات القاسية:(كمياه الينابيع الكبريتية الحارة -البحيرات المالحة )

v ليس لها نواة وإنما منطقة متخصصة في الخلية تحتوي DNA

v صنفت سابقًا في مملكة واحدة سُميت بدائية النوى

v والآن بدائية النوى تُصنّف في فوق مملكتين:

v) فوق مملكة البكتيريا البدائية 2) فوق مملكة البكتيريا الحقيقية

البكتيريا البدائية:

توجد في البيئات القاسية التي لا تتوافر فيها المخلوقات الحية الأخرى

أمثلة :

1- البكتيريا المحبة للحموضة والحرارة

تعيش في بيئات ساخنة حمضية

مثل ينابيع المياه الكبريتية الساخنة

والفوهات الساخنة في قاع المحيط

وحول البراكين

هذه البكتيريا تعيش في درجة حرارة فوق 80c ورقم هيدروجيني pH يتراوح بين 1- 2

 بكتيريا  لا تتحمل درجة حرارة أقل من 55c لا هوائية تمامًا

 تموت في وجود الأكسجين.

2- البكتيريا المحبة للملوحة

تعيش في أوساط مالحة جدًّا.

 إن تركيز الملح في خلايا جسمك % 0.9 ،

وفي المحيطات % 3.5

بينما هو في البحيرة المالحة العظمى والبحر الميت أكثر من % 15 

•لها العديدُ من التكيفات التي تسمح لها بالعيش في وسط مالح

•هي  عادة بكتيريا هوائية

•بعضها يقوم بعملية  البناء الضوئي في صورة فريدة ، حيث تستخدم البروتين بدلاً من صبغة الكلوروفيل. 

3- البكتيريا البدائية المولدة لغاز الميثان

هي مخلوقات لا هوائية

لا تستطيع العيش في وجود الأكسجين

 تستخدم  ثاني أكسيد الكربون في أثناء التنفس،

 وتخرج غاز الميثان باعتباره مخلفات.

 توجد  في :

1) منشآت معالجة مياه المجاري

2) السبخات

3) مياه المستنقعات

4) وبالقرب من فوهات البراكين في البحار.

5) كما تعيش في القناة الهضمية للإنسان والحيوان،

 (هي مسؤولة عن الغازات التي تنطلق من جزء القناة الهضمية السفلي )

البكتيريا الحقيقية:

توجد في كل مكان تقريبًا إلا في البيئات القاسية  حيث توجد البكتيريا البدائية.

 التركيب لها جُدُر خلوية قوية تحتوي ببتيدوجلايكان  

وبعضها لديه جدار خلوي ثانٍ،

وهي صفة تميزها من غيرها، ويمكن تصنيفها بناءً عليها.

 التمثيل الضوئي

بعضها فقط يقوم بهذه العملية ومنها البكتيريا الخضراء المزرقة

تركيب البدائيات

المخلوقات البدائية النوى مخلوقات مجهرية وحيدة الخلية،

لها بعض خصائص الخلايا الأخرى مثل :

وجود DNA

والرايبوسومات،

 ولكنها تفتقر إلى:

 -غشاء النواة

- العضيات المحاطة بالأغشية كالميتوكندريا والبلاستيدات.

ورغم أن الخلية البدائية النوى صغيرة وليس لها عضيات محاطة بأغشية إلا أن لديها كل ما تحتاج إليه لإتمام وظائفها

الكروموسومات

تترتب الكروموسومات في المخلوقات البدائية النوى

بشكل مختلف عنه في المخلوقات الحقيقية النوى.

نظير النواة كروموسوم دائري (حلقي) كبير في منطقة من الخلية  وتقع عليه جينات البدائيات

 البلازميد plasmid  قطعة أصغر من DNA  ولها ترتيب حلقي

توجد في العديد من البدائيات واحده على الأقل

المحفظة

المحفظة capsule : هي طبقة من السكريات المتعددة حول الجدار الخلوي تفرزها بعض الخلايا البدائية النوى

 وتؤدي المحفظة وظائف مهمة،

1- حماية الخلية من الجفاف

2- مساعدتها على الالتصاق بالسطوح في بيئتها

3- تساعد على حماية البكتيريا من أن تبتلعها خلايا الدم البيضاء

4- تحمي الخلية من أثر المضادات الحيوية.

الهديبات

الهديبات: تراكيب دقيقة جدًّا تشبه الشعيرات في شكلها وهي تتركب من البروتين

توجد :على السطح الخارجي لبعض البكتيريا

وظيفتها :

1- تساعد البكتيريا على الالتصاق بالسطوح

2- تعمل بمثابة جسر يربط بين الخلايا.

 ويمكن أن ترسل البكتيريا نسخًا من البلازميد

عبر هذا الجسر إلى خلايا أخرى،

فتزودها بخصائص وراثية جديدة.

وتشكل هذه إحدى طرائق نقل المقاومة ضد المضادات الحيوية. 

الحركة

بعض البكتيريا البدائية النوى تستخدم

1) الأسواط في الحركة نحو :

الضوء - مناطق تركيز الأكسجين الأعلى - المواد الكيميائية كالسكر والأحماض الأمينية الضرورية لحياتها.

2)  بالانزلاق فوق طبقة مخاطية تفرزها


تعرُّف البدائيات

س : كيف يمكن التعرُّف على المخلوقات البدائية النوى؟
باستخدام التقنيات الجزيئية

س: كيف كان العلماء يعرِّفون البكتيريا قديماً ؟
باستخدام صفات منها:  الشكل و الجدار الخلوي و الحركة.

الشكل

ثلاثة أشكال لخلايا البدائيات النوى:

1) الكروية أو المستديرة

2) العصوية التي تشبه العصا

3) الحلزونية (اللولبية)

الجدار الخلوي

تصنف البكتيريا الحقيقية طبقًا لمكونات جدارها الخلوي

صبغة جرام Gram stain تقنية يستخدم علماء الأحياء في دراسة البكتيريا

س / ما أهمية صبغة جرام ؟ 

لتحديد النوعين الرئيسين من البكتيريا : 

1-  التي لها طبقة خارجية من الدهون

2- والتي ليس لها هذه الطبقة.

موجبة جرام  البكتيريا التي تبدو ذات لون بنفسجي داكن عند صبغها

( لديها كمية كبيرة من الببتيدوجلايكان)

سالبة جرام: البكتيريا التي يصبح  لونها ورديًّا فاتحًا عند صبغها

 ( لديها طبقة دهون وكمية أقل من الببتيدوجلايكان)

عللي / الأطباء يحتاجون إلى معرفة نوع الجدار الخلوي في البكتيريا التي يشكّون في أنها سبب المرض

وذلك حتى يصفوا المضاد الحيوي المناسب

لأن بعض المضادات الحيوية

تعمل على مهاجمة الجدار الخلوي للبكتيريا

الحجم

المخلوقات البدائية النوى صغيرة الحجم

ونظرًا إلى صغر حجمها فإن المواد الغذائية والمواد الأخرى التي تحتاج إليها يمكن أن تنتشر إلى جميع أجزائها بسهولة.

تكاثر بدائيات النوى 

تتكاثر معظم المخلوقات البدائية النوى

1) بطريقة لا جنسية

(الانقسام الثنائي) وهو:

انقسام الخلية إلى خليتين متماثلتين وراثيًّا. 

 يتضاعف الكروموسوم، ثم ينفصل عن نسخته الجديدة

 تستطيل الخلية وتصبح أكبر حجمًا

تتكون بعد ذلك قطعة جديدة من غشاء الخلية ومن جدارها الخلوي يَفصلان الخلية إلى خليتين متماثلتين

وتتم بسرعة (مرة كل 20 دقيقة )تحت ظروف بيئية مثالية.

 فقد تتكاثر خلية بكتيريا واحدة  لتصل إلى بليون خلية في10  ساعات تقريبًا.

وتتكاثر أنواع أخرى من البدائيات النوى بـ :

 2) الاقتران: حيث تلتصق خليتان إحداهما بالأخرى فتتبادلان المواد الوراثية.

وللأهداب دور في التصاق الخليتين حتى يتم انتقال المادة الوراثية من خلية إلى أخرى

 وبهذه الطريقة تنتج مادة وراثية جديدة ويزداد تنوع البدائيات.

عمليات الأيض في البدائيات

يمكن تصنيف البكتيريا البدائية والبكتيريا الحقيقية بناءً على طريقة حصول كل منهما على الطاقة للتنفس الخلوي

1) بعض البكتيريا غير ذاتية التغذية: مما يعني أنها لا تستطيع بناء غذائها بنفسها، بل عليها أن تحصل عليه

والعديد منها  بكتيريا مترممة، أيْ أنها تحصل على الطاقة بتحليل الجزيئات العضوية من الأجسام الميتة أو من المخلفات العضوية.

البكتيريا الذاتية التغذية

1) تقوم بعملية البناء الضوئي بطريقة تشبه النباتات.

وهذه البكتيريا تعيش في بيئات يتوافر فيها الضوء ،

 ومنها البرك الضحلة والجداول؛ وذلك لبناء المادة العضوية واستخدامها كغذاء.

2)  تقوم بعملية التمثيل الكيميائي (لا تحتاج إلى الضوء مصدرًا للطاقة)

تحلل المركبات العضوية،

 وتطلق مركبات غير عضوية تحتوي النيتروجين أو الكبريت - كالأمونيا وكبريتيد الهيدروجين-

 

تتباين البكتيريا في قدرتها على النمو تبعًا لوجود الأكسجين.

(1بكتيريا هوائية إجبارية : التي تحتاج إلى الأكسجين للنمو،

(2بكتيريا لاهوائية إجبارية : التي لا تستخدم الأكسجين للنمو أو الأيض( تحصل على الطاقة من عملية التخمر)

بقاء البكتيريا

الظروف البيئة غير ملائمة ، كأن :

 1-يقلّ الماء،

 2-  يحدث تغير شديد في درجة الحرارة،

 3- تندر المواد الغذائية

 فيما يلي بعض طرائق مواجهة البكتيريا لهذه الظروف البيئية القاسية:

الأبواغ الداخلية

البوغ الداخلي endospore . تركيب تُنتِجه بعض أنواع البكتيريا عندما تصبح الظروف البيئية قاسية 

أمثلة على البكتيريا المكوّنة للأبواغ.
•المسببة للجمرة الخبيثة
•التيتانوس
• التسمم الوشيقي (البوتيوليني )

س : عللي لا تعتبر هذه الطريقة من أشكال التكاثر 

الطفرات 

تغيرات عشوائية في تسلسل الـ DNA تقود إلى أشكال جديدة من الجينات، وإلى صفات جديدة، وتنوع وراثي.

عللي / تكوين الطفرات يؤدي لمشاكل عديده للانسان

لأنه عن طريقها يمكن انتاج سلالات بكتيرية مقاومة للمضادات

علم بيئة البكتيريا :

 س / البكتيريا  مرتبطة بـ الجراثيم أو المرض. هل  هذا صحيح ؟

خطأ ...فـ معظم البكتيريا لا تسبب المرض بل العديد منها مفيد، 

فقد سخرها الله سبحانه وتعالى للبشر :

 تسميد الحقول، وتدوير المواد الغذائية، وحماية الجسم، وإنتاج الغذاء والدواء.

تدوير المواد الغذائية وتثبيت النتروجين 

المحلّلات (ملتهمة المادة العضوية) 

هي المخلوقات التي تحصل على الطاقة من المخلوقات الميتة .

ومنها البكتيريا؛ فهي تعمل على إعادة مواد غذائية مهمة إلى البيئة.

س :ماذا لو لم تقوم البكتيريا بإعادة تدوير هذه المواد الغذائية ؟

فإن كل المواد الخام الضرورية للحياة سوف تستهلك. كما أنه يلزمنا استخدام المزيد من الأسمدة للنباتات إذا لم يثبت النتروجين اللازم لنمو النباتات.

الفلورا الطبيعية

هي مهمة للجسم لأنها:

تتنافس مع البكتيريا المسببة للمرض، وتمنعها من إحداث المرض.

مثال : ايشيرشيا كولاي (تعيش داخل امعاء الإنسان حيث تكون فيتامين k والذي يمنع تجلط الدم وهي تستفيد من الإنسان الدفء والغذاء)  وبعض سلالاتها تسبب تسمم غذائي

الغذاء والدواء

تستخدم البكتيريا في صناعة الغذاء :

الجبن واللبن والمخلل وغيرها، وأيضا الشوكولاتة

 ( تستخدم لتحطيم حبوب الكاكاو في أثناء إنتاجه)

تستخدم البكتيريا في صناعة الدواء :

-انتاج فيتامين  - B12 B2 (الرايبوفلافين)

- المضادات الحيوية : الستربتومايسين / التتراسيكلين /الفانكومايسين

البكتيريا المسببة للأمراض

تحدث المرض بإحدى طريقتين:

1- بعضها يتكاثر بشكل سريع قبل أن تتمكن دفاعات الجسم من القضاء عليه. وقد ينشر أنواعًا من العدوى الخطيرة إلى أجزاء أخرى من الجسم.

2- وبعضها يفرز سموم أو مواد أخرى مثل :

- البكتيريا المسببة لتسمم الغذاء  (يسبب شلل لخلايا الجهاز العصبي)

- البكتيريا المسببة لتلف الأسنان وتسوسها (تنتج احماض على السكر الموجود في الفم)

ارجعي للجدول 1-3  ص 72 الذي يوضح بعض الامراض التي تسببها البكتيريا 

الدرس الثاني :الفيروسات والبريونات

الفيروسات والبريونات أصغر وأقل تعقيدًا من البكتيريا وهي تهاجم الخلايا وتغير وظائفها.

Virusesالفيروسات

- بعض الفيروسات ليس ضارًّا، وبعضها الآخر يسبب العدوى والضرر لأنواع المخلوقات الحية كافة. 

- الفيروس شريط غير حي من المادة الوراثية يقع ضمن غلاف من البروتين.

س / عللي معظم علماء الأحياء لا يعدّون الفيروسات حية .

لأنه  لا يتحقق فيها جميع خصائص الحياة.

-   الفيروسات ليس لديها عضيات لتحصل على المواد الغذائية أو لتستخدم الطاقة، ولا تستطيع تكوين البروتينات، وهي لا تتحرك، ولا تتكاثر بنفسها دون الاعتماد على المخلوقات الأخرى.

انظري الجدول 2-3 الذي يبين بعض الامراض الفيروسية التي تصيب الانسان


حجم الفيروس

- تعد  من أصغر التراكيب المسببة للمرض .

- لا ترى إلا بأقوى المجاهر الإلكترونية .

 - حجمها بين300 – 5 نانومتر.

طبيعة الفيروس :

 المادة الوراثية للفيروسات شبيهة بالجينات الخلوية

والله سبحانه وتعالى منح هذه الجينات القدرة على أن توجد خارج الخلايا.

تركيب الفيروس Virus structure  

 1- المحفظة Capsid :  الطبقة الخارجية من الفيروس وتتكون من البروتين

2-  المادة الوراثية توجد داخل الفيروس التي يمكن أن تكون DNA أو RNA ، لا كلتيهما. وتصنف الفيروسات وفق نوع الحمض النووي الذي تحتويه. 

- العدوى بالفيروس الغُدي تسبب الزكام العادي (الرشح)

-أما الفيروسات الأخرى فتسبب الأمراض المرتبطة باسمها

العدوى الفيروسية

لا بد من دخول الفيروس إلى خلية العائل لكي يتكاثر

1- يلتصق الفيروس بالخلية المضيفة باستخدام مستقبلات محددة على الغشاء البلازمي لها.

عللي : عدم قدرة العديد من الفيروسات على الانتقال بين الأنواع المختلفة من المخلوقات المختلفة.

2- تدخل مادة الفيروس الوراثية إلى سيتوبلازم الخلية.

وفي بعض الحالات يدخل الفيروس بأكمله إلى خلية العائل، وتتحطم المحفظة بسرعة،

3- يستخدم الفيروس خلية العائل للتضاعف ، إما عن طريق

-  دورة التحللLytic cycle             أو

- الدورة الاندماجية Lysogenic cycle

دورة التحلل

-تنتج خلايا العائل نسخًا عديدة من الـ DNAأوRNA للفيروس

-توجه جينات الفيروس خلية العائل لتصنع العديد من

بروتين محفظة الفيروس والإنزيمات الضرورية لتكاثر الفيروس.

- تتكون الأغلفة البروتينية حول الحموض النووية للفيروسات الجديدة

-  تغادر الفيروسات خلية العائل إما :

   بالإخراج الخلوي ,انفجار الخلية , تحلل الخلية

- مثل فيروس الأنفلونزا

- هذه الطريقة تتسبب غالبا في عدوى نشطة تحدث سريعا

 مما يعني ظهور الأعراض خلال 1-4 يوم

  

الدورة الاندماجية 

-يدخل DNA الخاص بالفيروس إلى نواة الخلية العائل

-يندمج مع كروموسوم خلية العائل . ويصبح DNA الفيروس جزءًا دائمًا من كروموسوم خلية العائل،

- تبقى جينات الفيروس كامنة لأشهر أو لسنوات، وقد تنشط لاحقًا بسبب عوامل مختلفة لتحدث الدورة الاندماجية.

- توجه جينات الفيروس خلية العائل لإنتاج مزيد من الفيروسات التي تخرج منها عن طريق

 الإخراج الخلوي أو انفجار الخلية

- أمثلة :  القوباء التناسلية 

الفيروسات الارتجاعية: 

- لها مادة وراثية هي RNA بدلاً من DNA .

- ذات دورة تكاثر معقدة.

- مثل :

 1- فيروس نقص المناعة المكتسبة ( الإيدز)المعروف اختصارًا ب HIV

2- بعض الفيروسات المسببة للسرطان. 

البريونات

البريونات  بروتين  يسبب العدوى أو المرض

 ويدعى بـ"الدقيقة البروتينية المُعدية" واختصارًا بريون prion .

- توجد بشكل طبيعي في الخلايا تشبه شكل اللولب

ليس لها وظيفة معروفة

- تتكون عند حدوث طفرات في الجينات المسؤولة عن انتاجها حيث يطوى البروتين ويتغير شكله

وقد يصبح مثل صفحة كتاب طويت عدة مرات

الإصابة بالبريونات

حجم دماغ طبيعي مقارنة بحجم دماغ مصاب بالبريونات.

البريونات يمكن أن تسبب طفرة في البروتينات الطبيعية التي تصيب الخلايا العصبية في الدماغ مسببة انفجارها،

 حيث ينتج فراغ في الدماغ، وهذا ما أكسبه اسم اعتلال الدماغ الإسفنجي.