الأحياء الدقيقة أوالميكروبات microorganism (من باليونانية: μικρός, mikrós, "small" and ὀργανισμός، هي كائنات حية دقيقة لا ترى بالعين المجردة، تعيش على هيئة مجموعات. وتسمى دراسة الميكروبات بفهم الأحياء الدقيقة، كان أنطون ڤان ليوڤنهوك أول من اكتشف الكائنات الحية في عام 1675، عن طريق مجهر قام بتصميمه.

وتتواجد الكائنات الدقيقة على نطاق واسع، فهي تضم الجراثيم، الفطريات، العتائق، والأوليات، النباتات الدقيقة (الطحالب الخضراء)، والحيونات الدقيقة مثل العوالق والمستورقات. وتضم الكائنات الدقيقة أيضا الفيروسات، لكه يعتبرها البعض كائنات غير حية. معظم الكئانات الحية وحيدة الخلية، وليس جميعها، حيث تعتبر بعض العضيات عديدة الخلايا من الكائنات الحية، وفي الوقت الذي تعتبر فيه الأوليات والجراثيم من الكائنات وحيدة الخلية، مثل Thiomargarita namibiensis، فهي من الممكن رؤيتها بالعين المجردة.

التاريخ

التطور

ما قبل الأحياء الدقيقة

تاريخ اكتشاف الأحياء الدقيقة

بدائيات النوى

بدائيات النوى، هي احدى الكائنات الدقيقة، وتقسم خلاياها إلى جزئين رئيسيين هما الهيولى (السيتوبلازم) وشبيه النواة ويسمى بعض الأحيان المنطقة النووية، ويحيط بهذين الجزئين الغشاء الخلوي. ويكون هذا الغشاء محاطاً أحياناً (كما في بعض الجراثيم، وفي الطحالب) بجدار خلوي صلب أوشبه صلب يحافظ على الخلية ويؤمن لها الدعم. يتراوح معدل حجم الخلية بدائية النواة بين 1 -عشرة ميكرومتر. والخلية لا تستطيع الاستمرار في الحياة إذا تلف غشاؤها. وينطوي الغشاء البلازمي في بعض بدائيات النواة مكوناً طيات وثنايا، لكن هذه لا تكون منفصلة عن الغشاء البلازمي، لذلك لا تعتبر تراكيب داخلية بعض هذه الطيات الجسميات المتوسطة وتكون حاوية على الأنزيمات الأساسية الضرورية لعملية التنفس الهوائي والتي تحدث في المتقدرة (الميتاكوندريا) المنتمية للخلايا حقيقية النواة، ولكن عدم وجود أغشية داخلية دائمة يعني عدم وجود هجريز موضعي للفعاليات والنشاطات محدداً بغشاء وهذا هوالاختلاف الرئيسي بين النوعين. كما تختلف الريباسات (الرايبوزومات) في بدائية النواة حيث تكون أصغر حجماً ويتراوح قطرها بين 150- 200 أنگستروم وتكون حرة في الهيولى.

الجراثيم

الجراثيم أوالبكتريا، هي كائنات حية دقيقة وحيدة الخلية منها المكورات والعصيات وهي تتجمع مع بعضها وتأخذ أشكالاً متعددة مثل عقد أوسبّحة فتسمى مكورات عقدية أوعلى شكل عنقود فتسمى مكورات عنقودية. أبعاد البكتريا تتاروح بين 0.5-5 ميكرومتر مع حتى التنوع الواسع للبكتريا يمكن حتى يظهر تعدد أشكال كبير جدا . تدرس البكتريا أوالجراثيم في ما يدعى فهم الجراثيم اوالباكتريولوجيا ، الذي يعتبر فرعا من فروع فهم الأحياء الدقيقة أوفهم الميكروبيولوجيا .

مساكن وبيئات البكتريا متنوعة جدا فهي قادرة على العيش في أي مسكن أوبيئة مناسبة على وجه الأرض وحتى التربة والمياه العميقة وقشرة الأرض حتى ضمن بيئات ذات نسب عالية بالفضلات النووية والكبريتية الحمضية. عادة يوجد حوالي عشرة مليار خلية جرثومية في الغرام الواحد من التربة ، ومئات الآلاف من الخلايا في مليمتر مكعب من ماء البحر. ضمن دورات البيئة تلعب البكتريا دورا أساسيا وحيويا في تدوير المغذيات البيئية ، فالكثير من المراحل المهمة في دورة التغذية nutrient cycle تتم بوساطة البكتريا ، أبرز هذه المراحل تثبيت النتروجين من الغلاف الجوي.

البكتريا أيضا تعتبر مكونات طبيعية من مكونات جسمنا البشري فهناك من الخلايا البكترية على أجسامنا ما يفوق عدد خلايانا نفسها ، عمليا مجمل الجلد عند الإنسان والفم والطريق الهضمي مليء بالجراثيم وهي بمقدار ما يشاع عن ضررها وتسببها بالأمراض ، مفيدة أيضا لصحتنا حيث تساعد على الهضم ضمن الطرق الهضمي ، لكنها أيضا تسبب أمراضا خطيرة مثل الكوليرا والسل. تاريخيا تسببت البكتريا بأمراض منقرضة خطيرة مثل الطاعون والبرص لكن اكتشاف المصادات الحيوية قلص كثيرا من خطورة الأمراض الجرثومية وخفف الوفيات بها.

العتائق

شكل العتائق شعبة أساسية من الأحياء الدقيقة مثل البكتيريا ، الأصليات كائنات وحيدة الخلية لا تحوي نواة خلوية فهي من ضمن بدائيات النوى . تصنف عادة على انها ضمن مملكة مونيرا التصنيف الحيوي خماسي الممالك. مع ذلك لا يوجد تأكيد على تقارب وراثي عرقي للمجموعات فيه ، في نظام التصنيف ثلاثي الممالك : تعتبر التصنيفات الرئيسية هي الأصليات والبكتيريا وحقيقيات النوى. لكن بالرغم من أنها بدائية النوى فإن الأصليات تعتبر أقرب لحقيقيات النوى منها إلى البكتيريا. لدلك يتم وضع الأصليات وحقيقيات النوى في مجموعة واحدة ضمن كليد أومجموعة مشهجرة الأصل تدعى نيومورا ، يعتقد انها نشأت أساسا من البكتريا موجبة الغرام. توصف الأصليات بأنها من محبات الشروط الصعبة تعيش في بيئات قاسية . لكنها تتواجد في جميع الأماكن.

حقيقيات النوى

حقيقيات النوى هي مجموعة الكائنات الحية الدقيقة ذات بنية خلوية معقدة، تتميز بأن المادة الجينية (genetic material) فيها تكون محصورة ضمن النواة المغلفة بغشاء. تضم حقيقيات النوى: الحيوانات الأوالي والطحالب الأخرى والنباتات البعدية والحيوانات البعدية، النباتات والحيوانات والفطريات - وهي بشكل عام متعددة الخلايا - إضافة إلى بعض الأنواع المصنفة كأولانيات (الكثير منهاقد يكون وحيد الخلية).

الأولانيات

الأولانيات أوالطلائعيات مجموعة غير متجانسة (متغايرة) من الكائنات الحية الدقيقة حقيقية النوى لكن لا يمكن تصنيفها لا كحيوانات ولا كنباتات ولاحتى كفطريات . لذلك تشكل مملكة مستقلة تدعى مملكة الأولانيات Protista أوProtoctista . أول من تحدث عن الأولانيات كمجموعة مستقلة كان العالم أرنست هيكل . بشكل عام لا تتشارك مجموعة الأولانيات بأمور كثيرة منها البنية البسيطة نسبيا ( غالبا وحيدة الخلية ، أومتعددة الخلية بدون تمايز خلوي أوانسجة متخصصة specialized tissues ) ، لذلك يعتبرها البعض كأنها الحاوية لكل ما لا يمكن وضعه في أي من الممالك الأخرى .

الحيوانات

الفطريات

الفطريات هي احدى الكائنات الحية حقيقية النوى، وتشكل أنواعها الكثيرة مملكة الفطريات. تتميز بأنها تهضم طعامها خارجيا (وليس داخليا ضمن جوف هضمي) وتمتص الجزيئات المغذية إلى ضمن خلاياه بعد إتمام عملية الهضم؛ وهذه تتم بإفراز hydrolytic exoenzymes تذيب خلايا الأنسجة النباتية أوالحيوانية أوالمواد العضوية التي تتغذى عليها.

الفطور بالغة الأهمية اقتصاديا : فالخمائر yeasts مسؤولة عن التخمر في معظم الصناعات الغذائية من إنتاج منتجات الحليب من ألبان وأجبان وصناعة الخبز إلى صناعة المشروبات الكحولية. كما تشكل زراعة فطر عيش الغراب mushroom مصدر غذائي مهم في الكثير من البلدان. للفطور أيضا أهمية بيئية فهي المفككات الأولية لجثث الحيوانات والنباتات الميتة في الكثير من الأنظمة البيئية. كما تظهر على سطوح الخبز القديم بشكل عفن mold.بدأ باستخدام بعض أنواع الفطور في بدايات القرن الماضي كمصدر أساسي للمضادات الحيوية مثل البنسيلين.

النباتات

الموئل والبيئة

إكستريموفيلز

ميكروبات التربة

ميكروبات تكافلية

الأهمية

في الصناعة

الاستخدام الغذائي

في معالجة المياه

في الطاقة

يشهد العالم تناقصا شديدا في مصادر الطاقة التقليدية وكذلك ازدياد اسعارها الامر الذي شجع البحث عن مصادر أخرى للطاقة خاصة المتجددة منها. أحد هذة المصادر هواستخدام الكتل الحيوية المتمثلة في بقايا المواد العضوية المنتجة من قبل الكائنات الحية مثل الاشجار ونباتات المحاصيل وكذلك مصادر الصرف الصحى جميع هذا بامكان تحويلة حيويا بواسطة أنواع من الاحياء الدقيقة إلى مصادر بديلة للطاقة يعتبر غاز الميثان أحد مصادر الطاقة الذي ينتج بكطميات كبيرة بواسطة التحول الحيوى.

في العلوم

انتاج الأحماض النووية

يتم إنتاج عدد من الاحماض العضوية تجاريا باستخدم الكائنات الحية الدقيقة مثل :

• حامض الليمونيك وينتجة فطر ASPERGILLUS ويستعمل كمادة مضادة للتجلط في المختبر حيث يضاف إلى انابيب الاختبار التي تستعمل لجمع عينات الدم حتى يحتفظ بسيولته ويضاف كذلك لبعض الاطعمة لاعطائها نكهة خاصة وكذلك يدخل في صناعة الخبز والاصباغ.
• حامض اللبنيك (اللاكتيك) وتنتجه البكتيريا LACTOBACILLUS ويستعمل مرتبطا مع الحديد أوالكالسيوم لعلاج حالات سوء التغذية وكذلك يستعمل في صناعة دبغ الجلود .
• حامض الخليك وتنتجه بكتيريا ACETOBACTER ويستعمل في تحضير الخل ويدخل في الكثير من الصناعات .

انتاج الأحماض الأمينية

على الرغم من حتى الإنسان يتحصل على احتياجاتة من الأحماض الأمينية عن طريق غذائه إلا حتى بعض البروتينات النباتية تنقصها بعض الاحماض الامينية الضرورية لتغذية الإنسان فاذا تم تدعيم المادة الغذائية المحضرة من منتوجات نباتية ببعض الاحماض الامينية التي تنقصها سيؤثر ايجابيا على القيمة الغذائية لتلك المادة . وبالامكان إنتاج الاحماض الامينية المطلوبة بواسطة عمليات تخمرية لاحياء دقيقة مثلا : إنتاج حامض الجلوتاميك بواسطة البكتيريا MICROCOCCUS والايسين والفالين بواسطة بكتيريا E.COLI

انتاج الإنزيمات

استخدمت الانزيمات المنتجة من قبل البكتيريا والفطريات في الكثير من التطبيقات الصناعية والتي تضم صناعة المشروبات والاغذية والمنظفات وكذلك العقاقير الطبية وغيرها مثل :

• انزيم الاميليز ينتجة فطر ASPERGILLUS ويستعمل في صناعة الغراء وصابون الملابس .
• انزيم الايبيز وتنتجة بكتيرياBACILLUS ويستعمل في دباغة الجلود وصناعة المنظفات وفى إنتاج الجبن .
• انزيم البوتييز وينتجة الفطر ASPERGILLUS ويستعمل في صناعة المنظفات والحبر والغراء والجبن وملين اللحم ومنظف الجروح .
• انزيم ستربتوكاينيز وتنتجه البكتيريا STREPTOCOCCUS يستعمل كعقار مذيب للجلطة الدموية .
• انزيم المنفحة (الرينين) وتنتجه بكتيريا E.COIL المهندسة وراثيا ويستعمل هذا الانزيم في تصنيع الجبن .

في الطب

هناك الكثير من العقاقير الطبية التي يتم إنتاجها صناعيا بواسطة الاحياء الدقيقة وتعتبر أهمها المضادات الحيوية التي تنتجها البكتيريا والفطريات منذ اكتشاف البنسلين سنة 1929 وتطوير صناعته سنة 1942 فوضع القاعدة الأساسية لإنتاج هذة المواد الهامة والتي أصبحت المخولة أساسا للعلاج الناجح للعديد من الامراض البكتيرية مثل السل والكوليرا والزهرى والتهاب السحايا وغيرها تحسين السلالات المنتجة هوأحد الاهداف الرئيسية لمجال الأحياء الدقيقة الصناعى أفضل مثال على هذا هوما تم التعامل بة مع فطر البنسليوم المنتج للمضاد الحيوى البنسلين. لم تنتج المغرسة الاصلية لهذا الفطر البنسلين بكميات كبيرة يصلح استغلالها اقتصاديا . ولكن تم عزل مغرسة جديدة أكثر فعالية في إنتاج البنسلين من ثمرة البطيخ متحللة وجدت بسوق تجارى بولاية إلينوى بالولايات المتحدة عولجت سلالة هذة المغرسة بواسطة الاشعة فوق البنفسجية واشعة x والخردل الأزوتى "كل هذة المواد مطفرة" اختيار الطفرات المناسبة زاد من إنتاج هذا المضاد الحيوى أكثر من 100ضعف حيث تنتج السلالات المستعملة اليوم مايعادل 60000 مجم لكل لتر وسط مغذى منخمسة مجم لكل لتر إنتاج السلالة الاصلية ومن امثلة المضادات الحيوية المنتجة (البنسلين، الستربتومايسين، البولى مكسين، السيفالوسبورين). استخدمت الكائنات الحية الدقيقة أيضا في إنتاج وتحوير عدد من الهرمونات البشرية والتي بدورها تستعمل كعقاقير مثل الانسولين وهرمون النمووالستيرويدات المتنوعة مثل الكورتيزون الذي يستعمل كمضاد للالتهابات وكذلك هرمون الايستروجين والبروجيسترون اللذان يستعملان في عقاقير منع الحمل ويجرى العمل بالاستعانة بتقنيات الهندسة الوراثية واستخدام التقانة الحيوية على استخدام الاحياء الدقيقة في تصنيع لقاحات ضد بعض الامراض المستعصية مثل التهاب الكبد الوبائي البائي وسقم الحمى القلاعية التي تصيب الاغنام والماشية . يتم إنتاج بعض أنواع الفيتامينات بكميات كبيرة صناعيا بواسطة الاحياء الدقيقة حيث تستعمل أنواع بكتيريا pseudomonas وبكتيريا propionibacterium لإنتاج فيتامين B12 وأنواع الفطر ASHBYA في إنتاج فيتامين B2 أما فيتامين C فينتج بالاستعانة بأنواع البكتيريا التابعة لجنس ACETOBACTER.

في الحرب

الحرب البيولوجية وأحياناً تسمى حرب الجراثيم germ warfare هي الاستخدام المتعمد للجراثيم أوالفيروسات أوغيرها من الكائنات الحية وسمومها التي تؤدي إلى نشر الأوبئة بين البشر والحيوانات والنباتات، وسبل مقاومة هذه الأوبئة ومسبباتها. ويطلق البعض على هذا النوع من الحروب اسم الحرب البكتيرية، أوالحرب الجرثومية، غير حتى تعبير الحرب البيولوجية أكثر دقة لشموليته.

والاستخدام المتعمد للعوامل البيولوجية في الحروب قديم جدا، إذ كثيرا ما لجأ المحاربون القدماء إلى تسميم مياه الشرب والنبيذ والمأكولات، وإلقاء جثث المصابين بالأوبئة في معسكرات أعدائهم. ولقد استمر اللجوء إلى هذه العوامل حتى القرن العشرين، حيث استخدمها البريطانيون والأمريكان في جنوب شرقي آسيا لتدمير المحاصيل والغابات التي توفر ملجأ لقوات العصابات.

أهميتها لصحة البشر

الهضم

إننا عادة ما نتصور البكتريا كأعداء لنا ، على الأقل ما يعيش منها داخل أجسامنا ، حفيفة حتى كثيرا منها تسبب أمراضا خطيرة ، إلا حتى بعضها ، الذي يقطن في أمعاء الحيوانات ، يلعب دورا مفيدا أوأساسيا في حياة عائلها. إذا معظم غذاء الحيوانات آكلة العشب Herbivorous يتألف من مادة تسمى السليولوز Cellulose ، الذيقد يكون جدر خلايا النباتات. وهومادة عسرة الهضم جدا ، ولا يمكن لمعدة الحيوانم إذابته ، غير ا،ه يتحلل بواسطة بكتريا خاصة تعيش في أمعاء الحيوان ، مما يمكنه من الحصول على الفائدة الكاملة من الغذاء ، ويوجد هذا النوع من التعايش في كثير من الثدييات Mammals آكلة العشب كالماشية والأغنام ، وكذلك بين الحشرات التي تعتبر مثلا جيدا آخر للتعايش. وهناك أيضا بكتريا نافعة ، تعهد إجمالا بالفلورا المعوية Intestinal Flora تعيش في أمعاء الإنسان. وهي تتغذى على غاذئنا الذي هضم جزئيا ، وتنتج أثناء قيامها بعملياتها الحيوية ، فيتامينات نمتصها ، وتعتبر ضرورية لصحتنا. كثير من أسماك البحار العميقة لها أعضاء مضيئة Oragns Muninous وكثير ما ينتج هذا المنظر ليس عن طريق الأسماك ذاتها ، وإنما بواسطة بكتريا مضيئة (كائنات دقيقة تعهد أحيانا بالميكروبات) ، تعيش في أنسجتها.

الأمراض وفهم المناعة

أهميتها في فهم البيئة

التحلل، عَرَضٌ لأمراض نباتية كثيرة تتسبب في تلف النبات. وتسببه أنواع من البكتيريا أوالفطريات التي تصيب النبات وتقتل خلاياه. ويدمر العفن، الفواكه والخضراوات سريعًا، غير حتى المزارعين يكافحونه برش النباتات بالمبيدات الحشرية.

نظافة

النظافة هي مجموعة من الممارسات المترافقة مع حفظ الصحة والمعيشة الصحية. النظافة هي مفهوم متصل بالطب، فضلا عن ممارسات العناية الشخصية والمهنية المتصلة بمعظم نواحي الحياة، وإن كانت على الأغلب مرتبطة بالنظافة والمعايير الوقائية. وفي المجال الطبي، تستخدم الممارسات الصحية لتقليل الإصابة وانتشار الأمراض التي تسببها الميكروبات. وتستخدم حدثة النظافة في عبارات متعددة مثل نظافة الجسم، والنظافة المنزلية، ونظافة الأسنان، والنظافة المهنية، بما يتعلق في مجالات الصحة العامة. وممارسات النظافة الصحية تختلف اختلافا كبيرا، وما يعتبر مقبولا في إحدى الثقافات قد لاقد يكون مقبولا في ثقافات أخرى.

انظر أيضا

• جراثيم
• حرب بيولوجية
• Culture collection
• Cyanobacteria
• فطر
• Microbial intelligence
• Nanobacterium
• Petri dish
• Prokaryote
• أوليات
• Soil contamination
• تولث
• ڤيروس

المصادر

وصلات خارجية

• Our Microbial Planet A free poster from the National Academy of Sciences about the positive roles of microbes.
• "Uncharted Microbial World: Microbes and Their Activities in the Environment" Report from the American Academy of Microbiology
• Understanding Our Microbial Planet: The New Science of Metagenomics A 20-page educational booklet providing a basic overview of metagenomics and our microbial planet.
• Tree of Life Eukaryotes
• Microbe News from Genome News Network
• Microbes Patent List Microbes Related Patents
• Medical Microbiology On-line textbook
• Through the microscope: A look at all things small On-line microbiology textbook by Timothy Paustian and Gary Roberts, University of Wisconsin-Madison
• MicrobeID.com Online Bacteria Identification Key and Probabilistic Identification Databases