חיידקים: הגדרה, סוגים ודוגמאות

חיידקים הם האורגניזמים החיים הנפוצים ביותר על פני כדור הארץ, כמו גם כמה מצורות החיים העתיקות ביותר הידועות. הפשטות והממדים הזעירים של חיידקים מסווים בצורה מסוימת את החוסן, העת העתיקה ו הִמָצְאוּת בְּכָל מָקוֹם של צורות חיים אלה.

TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)

חיידקים הם אורגניזמים חד תאיים, והם מייצגים אחד משני תחומים בקטגוריה הטקסונומית המכונה פרוקריוטים. השנייה היא ארכאה, שיכולה לשרוד כמה מתנאי הסביבה הקיצוניים יותר של כדור הארץ.

המילה "פרוקריוט"בא מיוונית עבור" לפני הגרעין ", המדגיש את ההבדל העיקרי בין פרוקריוטים לעמיתיהם שהופיעו לאחרונה בביוספרה, אקריוטים ("גרעין טוב").

בקיצור, פרוקריוטים הם אורגניזמים חד תאיים עם אנוקליטית תא ואילו אקריוטים הם אורגניזמים רב תאיים עם גרעיני תאים; חריגים נדירים קיימים בשתי הקטגוריות.

חיידקים פעילים כמעט בכל מערכת אקולוגית ידועה על פני כדור הארץ (מערכת אקולוגית היא אוסף של אורגניזמים האינטראקציה בסביבה פיזית משותפת).

אמנם השמצה העיקרית שלהם טמונה ביכולתם לגרום לשורה של מחלות זיהומיות, אך רבים מהם שעלול להיות קטלני, חיידקים רבים משחקים תפקידים מועילים בחייהם של בני אדם ואחרים אקריוטים.

כששני סוגים שונים של אורגניזמים חיים יחד בדרכים מועילות לשניהם, זה נקרא סִימבִּיוֹזָה. (ניתן לעמוד מול זה טְפִילוּת, כאשר אחד משני האורגניזמים מועיל לרעתו של האחר, למשל תולעי סרט החיות במעיים של יונקים וגורמים לבעיות בריאות האדם בתהליך.)

דוגמה אחת לסימביוזה של חיידקים-אנושיים היא ייצור על ידי מינון מסוים של חיידקים של ויטמין K, מולקולה חיונית בקרישת הדם.

חיידקים אחרים חיים באופן סימביוטי על עור האדם ובמקומות אחרים בגוף, והם יכולים לסייע בהשמדת תאים הגורמים למחלות וכן בסיוע מערכת עיכול.

בנוסף, הנוף הקולינרי יהיה שונה במידה ניכרת ללא חיידקים בתערובת. בלעדיהם לא היו בעולם גבינה, יוגורט ומזונות אחרים הנשענים על פעילויות מבוקרות ומפוקחות של מיקרואורגניזמים אלה לצורך ייצורם.

פחות מאחוז אחד מהחיידקים הידועים מסוגלים לגרום למחלות בבני אדם.

זיהומים חיידקיים, לעומת זאת, נותרים אחד הגורמים הגדולים ביותר למוות ולמחלות ברחבי העולם, במיוחד באזורים עם תברואה לקויה, גבוהה צפיפות אוכלוסייה וגישה מוגבלת לאנטיביוטיקה הנכונה להילחם בחיידקים - נושאי בריאות הציבור שלצערנו, לרוב, נמצאים בהם קוֹמבִּינַצִיָה.

חלק מהסוגים הנפוצים יותר של חיידקים שהם פתוגניים, או גורמים למחלות, בבני אדם הם חלק מ- סטרפטוקוקים ו סטפילוקוקים בנוסף ל ה קולי.

סטרפטוקוקוס ו סטפילוקוקוס הם שמות של סוגים, וכל קטגוריה כוללת מגוון מינים פתוגניים. ה קולי, קיצור ל אי קולי, הוא סוג ספציפי של חיידקים, ולכן הסוג ושם המינים נכללים, בדיוק כמו הומו ספיינס להתייחס לבני אדם מודרניים.

מעבר ל עולם טקסונומי, שם הסוג משמש באותיות רישיות תמיד, ואילו שם המין לעולם אינו.

חיידקים תורמים באופן חיובי גם למערכת האקולוגית העולמית על ידי השתתפותם מיחזור חומרים מזינים (למשל, מחזור הפחמן, מחזור החנקן).

תהליכים אלה מחזירים מולקולות חשובות המכילות פחמן וחנקן שעברו מהחלק העליון של השטח מה שמכונה שרשרת מזון לחיידקים בתחתית המערכת, מה שהופך אותם לזמינים לצמחים ובעלי חיים חדשים צְמִיחָה; כאשר אורגניזמים אלה מתים, אטומי הפחמן והחנקן שלהם מוצאים את דרכם חזרה לאדמה ולמים, לעיתים קרובות לאחר שחיידקים פעלו לפירוק שרידיהם ולהפקת אנרגיה לצמיחתם.

חיידקים קיימים על פני כדור הארץ כ -3.5 מיליארד שנה, כלומר הם קיימים כשלושה רבעים כל עוד כדור הארץ עצמו.

(קחו בחשבון שהאמינים כי דינוזאורים נכחדו לפני כ -65 מיליון שנה; זה פחות מאחד-חֲמִישִׁים עמוק לתוך ההיסטוריה הגיאולוגית כמו הופעתם של חיידקים.)

קרוביהם הפרוקריוטים, ארכיא, היו נוכחים עוד יותר זמן. ייתכן שתראה את התנאים באותיות רישיות; ארכאות וחיידקים הם גם שמות התחומים הטקסונומיים המקיפים אורגניזמים אלה.

ה"ארכאים ", אם לא דבר אחר, אינם צריכים להתחרות במשאבים עם אורגניזמים אחרים, שכן הם מאכלסים רק את השליליים ביותר סביבות שאפשר להעלות על הדעת: מים חמים או חומציים במיוחד, בריכות מלוחות (מלוחות) במיוחד, פתחים געשיים כבדי גופרית ועמוק בפנים קרח אנטארקטיקה.

לפי ההערכות, פיצול החיידקים והארכיא התרחש לפני כ -4 מיליארד שנים.

למרות שקל לראות חיידקים וארכאים כבני דודים קרובים, ברמה הביוכימית והגנטית, שתי קבוצות האורגניזמים הללו שונות זו מזו כמו זו מזו מבני אדם.

האוקריוטים הופיעו לראשונה מיליוני שנים אחרי החיידק הראשון, וההופעה שלהם אמורה להיות תוצאה של סוג אחד של פרוקריוט שנבלע אחר באופן ש"הסתדר "לאורך זמן; תאר לעצמך שהייה של AirBnB הופכת למצב של שותף קבוע.

באופן ספציפי, ה- אברונים בתוך תאים אוקריוטים הנקראים מיטוכונדריה, שאחראים על חילוף החומרים האירובי ובכך הגודל המסיבי יחסית יכול להגיע לאאוקריוטים בגלל ההסתמכות שלהם על חמצן (פירוש אירובי "עם חמצן") נחשבת שפעם היו חיידקים חופשיים בפני עצמם ימין.

איש לא זוכה באופן ייחודי לגילוי חיידקים, אלא המדען ההולנדי מהמאה ה -17 אנטוני זוכה פון ליוונהוק היה הראשון שהשתמש במיקרוסקופ לביצוע מחקרים מקיפים על אלה אורגניזמים.

רק בשנות ה- 1800 עשו מדענים, ביניהם רוברט קוך ו לואיס פסטר, למדו שחיידקים עלולים לגרום למחלות אצל אנשים, ורק לפני מלחמת העולם השנייה לקראת סוף המחצית הראשונה של המאה העשרים, מדענים רפואיים זיהה והחל לעשות שימוש באנטיביוטיקה, שהם כימיקלים טבעיים או סינתטיים שיכולים לעצור את ההתרבות של חיידקים במסלולים, עם או בלי להרוג את האורגניזמים. מוּחלָט.

בדיוק כמו שבעלי חיים יכולים ללבוש מגוון מסחרר של צורות פיזיות ממין אחד למשנהו, סוגים שונים של חיידקים משתרעים על מגוון צורות וגדלים, כמתואר בסעיף הבא.

כמו שלכל התאים האיקריוטיים יש תכונות מסוימות במשותף, עם זאת, תכונות רבות של חיידקים הן אוניברסליות.

אולי המבנה העצמאי החשוב ביותר של חיידק הוא דופן תא. (שים לב כי "רק" כ- 90 אחוז מהחיידקים אכן מחזיקים בתכונה זו.)

מלבד תפקודם ואיפורם הכימי, דופן התא, שהוא חיצוני לקרום התא שכל התאים יש, משמש לחלוקת חיידקים על בסיס תגובת הקיר להליך מעבדה הנקרא כתם גרם.

מה שמכונה חיידקי גרם חיוביים (G +), השומרים על מרבית הצבע המשמש בתהליך הצביעה, הם בעלי דפנות מציגים צבע ארגמני כשהם מוכתמים, ואילו חיידקים גרם שליליים (G-), המשחררים את מרבית הצבע, מופיעים וָרוֹד. (באופן מסורתי, "גרם חיובי" ו"גרם שלילי "אינם באותיות רישיות למרות שמילת השורש היא שם עצם.)

דפנות התא החיידקיות G + ו- G מכילות חומרים הנקראים פפטידוגליקנים שלא נמצאים בשום מקום אחר בטבע.

כ -90% מקירות ה- G + עשויים פפטידוגליקנים, כאשר השאר מורכב מ- טיכואיקחוּמצָה.

לעומת זאת, רק כ -10% מקירות תאי חיידק ה- G מורכבים מפפטידוגליקנים. חיידקי G כוללים גם קרום פלזמה בחלק החיצוני של דופן התא כדי להשלים את הראשוני קרום תא מתחת לזה.

יחד, דופן התא וקרום התא אחד או שניים של חיידק מהווים את מה שמכונה יחד מעטפת תא.

המידע הגנטי של חיידקים מכיל חומצה דאוקסיריב-גרעינית (DNA), בדיוק כמו באיקריוטים. אולם לתאי חיידקים חסרים גרעינים, שם נמצא ה- DNA באאוקריוטים, ולכן נמצא ה- DNA החיידקי ב ציטופלזמה (חומר התא בתוך קרום התא) בסידור רופף של קווצות הנקרא נוקלאואיד.

•••מדע

חיצוני לדופן התא ומוקרנים אל הסביבה החיצונית נמצאים מבנים שונים המשתתפים בהנעת החיידקים ובהחלפת מידע גנטי עם חיידקים אחרים.

א דגל היא השלכה דמוית שוט הפועלת כמו מדחף על סירה, והיא מורכבת מחוט נימה, וו ומנוע, שכולם עשויים מחלבונים שונים.

א פילום (פילוי ברבים) היא השלכה קטנה ושיערה שעשויה למלא תפקיד קטן בתנועה, אך לרוב משתמשים בה כדי להצמיד את החיידקים למשטחים התאים האחרים. כאשר תא אחר זה הוא בעצמו חיידק, התוצאה יכולה להיות צמידה, או העברת DNA מתא חיידקי אחד למשנהו.

ריבוזומים, הנמצאים גם באאוקריוטים, הם אתרי סינתזת החלבון בתוך התאים.

מבנים אלה נמצאים מפוזרים בציטופלזמה ומשתמשים במידע המקודד באמצעות DNA לחומצה ריבונוקלאית של שליח (mRNA) לבניית חלבונים ספציפיים מתת יחידות משנה של חומצות אמינו המועברות לריבוזומים על ידי חלבונים אחרים.

בנוסף לחלוקת חיידקים לקטגוריות על בסיס התנהגותם של צביעת דופן התא, ניתן להבחין בחיידקים על בסיס צורותיהם.

יש שלוש צורות בסיסיות:

1. קוקי (יחיד: coccus), שהם כדורית בערך
2. Bacilli (bacillus), שהם בצורת מוט
3. S_pirilla_ (ספירילום), אשר מעוותים לצורת ספירלה.

קוקי נמצאים לעתים קרובות במושבות.

דיפלוקוקים הם קוקי מסודרים בזוגות; סטרפטוקוקים נמצאים ברשתות. סטפילוקוקים קיימים באשכולות לא סדירים, כמו ענבים. Bacilli הם גדולים יותר מאשר cocci, וכאשר הם מתחלקים, התוצאה יכולה להיות שרשרת (סטרפטובצילי) או אשכול גלובלי (קוקובצילי).

לבסוף, הספירילה מגיעה בשלושה טעמים משלהם: ויבריו, שהוא מוט מעוקל, בצורת פסיק; ה ספירוצ'טה, ספירלה דקה וגמישה; וה"טיפוסי " ספירילום, היוצר ספירלה נוקשה.

חיידקים מתרבים בתהליך שנקרא פיצול בינארי, מה שמביא ליצירת שני חיידקי בת, שכל אחד מהם כמעט זהה לחיידק "האב" בהרכבו ושווה זה לזה בגודל.

זוהי צורת רבייה א-מינית, והיא דומה למיטוזה הנראית בתאים אוקריוטיים.

מיטוזיס, לעומת זאת, מתייחס אך ורק לשכפול של החומר הגנטי של התא, או ה- DNA. אמנם זה קורה כמעט בשיתוף עם חלוקת התאים האוקריוטים השלמים, אך המחשוף של תא איקריוטי לשניים נקרא ציטוקינזיס.

נזכיר ש- DNA של חיידק אינו נארז בגרעין, אלא יושב בציטופלזמה במכלול גדילים מסודרים באופן רופף.

כהכנה לביקוע בינארי, כל תא החיידקים מתארך בצורה מתואמת, כאשר דופן התא וגם הציטופלסמה נעשים נרחבים יותר. כשזה קורה, התא מתחיל ליצור עותק חדש לחלוטין של ה- DNA שלו (שכפול).

ה"קו "שלאורכו יתפצל החיידק, נקרא a מְחִצָה, נוצר במרכז התא; הסינתזה של המחיצה מסתמכת על חלבון שנקרא FtsZ.

בהתחלה, המחיצה נראית כמו טבעת, אך אחר כך היא דוחפת את דרכה לעבר הצדדים המנוגדים של התא, מה שמוביל בסופו של דבר למחשוף וליצירת שני חיידקי בת.

מכיוון שביקוע בינארי מביא ליצירת שני אורגניזמים שלמים ותפקודיים, זמני הדור של החיידקים, שהם הניתנים לעתים קרובות בשעות, הם בדרך כלל קצרים בהרבה מאלה של אורגניזמים אוקריוטים, הנמדדים בדרך כלל בחודשים או שנים.

נושא קשור: עמידות לאנטיביוטיקה