مبانی و ساختمان باکتری

خلاصهٔ آموزشی باکتری‌شناسی
اصول، ساختمان و اجزای سلول باکتری

از مبانی طبقه‌بندی و مورفولوژی تا دیوارهٔ سلولی، رنگ‌آمیزی گرم، LPS، غشای سیتوپلاسمی، زوائد سطحی و اندواسپور؛ با تأکید بر تفاوت‌های افتراقی و نکات پرتکرار.

دسترسی سریع
۱. مبانی میکروب‌شناسی و جایگاه باکتری‌ها۲. طبقه‌بندی، نام‌گذاری و مورفولوژی باکتری‌ها۳. نقشهٔ ساختمان سلول باکتری۴. رنگ‌آمیزی گرم و تفاوت دیوارهٔ گرم مثبت و گرم منفی۵. پپتیدوگلیکان، اسیدهای تیکوئیک و سنتز دیواره۶. غشای خارجی، LPS و شوک سپتیک۷. غشای سیتوپلاسمی، سیتوپلاسم و سیستم‌های ترشحی۸. پیلی، فیمبریه و انتقال افقی ژن۹. تاژک، کموتاکسی و الگوهای قرارگیری۱۰. اندواسپور؛ ساختمان، مقاومت و اسپورزایی۱۱. مرور نهایی، دام‌ها و سؤال‌وپاسخ
۱
باکتری‌شناسی

مبانی میکروب‌شناسی و جایگاه باکتری‌ها

در باکتری‌شناسی، نقطهٔ شروع این است که بدانیم باکتری یک میکروارگانیسم زنده و سلولی است. در مقابل، ویروس، ویروئید و پریون ساختار سلولی مستقل ندارند و در این تعریف، میکروارگانیسم سلولی محسوب نمی‌شوند. این تفکیک در ادامهٔ درس مهم است، چون بسیاری از ویژگی‌های تشخیصی و درمانی باکتری‌ها مستقیماً از ساختمان سلولی آن‌ها ناشی می‌شود.

تئوری سلولیموجودات زنده از سلول ساخته شده‌اند؛ سلول واحد عملکردی است و هر سلول از سلول قبلی به‌وجود می‌آید.
تولید خودبه‌خودیفرضیه‌ای تاریخی بود که پیدایش موجود زنده از مادهٔ بی‌جان را مطرح می‌کرد و با آزمایش‌های کنترل‌شده رد شد.
اصل میکروبیپذیرش این‌که میکروارگانیسم‌ها از محیط و موجودات قبلی منشأ می‌گیرند، پایهٔ شکل‌گیری میکروب‌شناسی مدرن شد.

در مسیر تاریخی این بحث، آزمایش ردی نشان داد لاروهای روی گوشت از تماس مگس‌ها ایجاد می‌شوند و آزمایش بالن گردن‌قویی پاستور نشان داد که وجود هوا به‌تنهایی برای فساد کافی نیست؛ ذرات میکروبی محیط باید به محیط کشت برسند. نکتهٔ مهم برای مطالعهٔ امروز، نتیجهٔ این آزمایش‌هاست نه جزئیات تاریخی آن‌ها: حیات سلولی از منبع زندهٔ قبلی منشأ می‌گیرد.

مفهومتعریف کاربردینکتهٔ افتراقی
میکروارگانیسم سلولیموجود ریز، زنده و دارای ساختمان سلولیباکتری و بسیاری از میکروب‌های دیگر در این گروه‌اند.
عامل عفونی غیرسلولیساختاری بدون سازمان سلولی مستقلویروس، ویروئید و پریون در این دسته قرار می‌گیرند.
پروکاریوتسلولی بدون هستهٔ غشادار و اندامک‌های غشادار کلاسیکباکتری‌ها نمونهٔ اصلی این درس‌اند.

دام امتحانی

«عامل عفونی» و «میکروارگانیسم سلولی» مترادف نیستند؛ ویروس می‌تواند عامل عفونی باشد، اما سلول زندهٔ مستقل محسوب نمی‌شود.

۲
باکتری‌شناسی

طبقه‌بندی، نام‌گذاری و مورفولوژی باکتری‌ها

برای شناسایی و طبقه‌بندی باکتری‌ها هم روش‌های فنوتیپی و هم روش‌های مولکولی استفاده می‌شود. روش API الگوی نتایج تست‌های بیوشیمیایی را کنار هم قرار می‌دهد؛ در مقابل، روش‌های فیلوژنتیک بیشتر بر اطلاعات ژنومی تکیه دارند.

روشمبنای مقایسهنکته
APIمجموعه تست‌های مثبت و منفی بیوشیمیاییدر دسترس است ولی ارزش تشخیصی همه تست‌ها یکسان نیست
G-C Contentنسبت گوانین + سیتوزین به کل بازهایک شاخص مولکولی برای مقایسه
DNA-DNA Similarityهیبریداسیون DNAمقایسه قرابت ژنومی
DNA Sequencingتعیین توالی بازها و مقایسه با بانک اطلاعاتیدقت بالاتر و کاربرد گسترده‌تر
Housekeeping genesژن‌های نسبتاً محافظت‌شده مانند 16S rRNAبرای بررسی قرابت تکاملی بسیار مهم

نام‌گذاری دوکلمه‌ای

  • کلمهٔ اول جنس است و با حرف بزرگ شروع می‌شود.
  • کلمهٔ دوم گونه است و بدون نام جنس معنای کامل ندارد.
  • در نوشتار علمی نام جنس و گونه ایتالیک یا زیرخط‌دار نوشته می‌شود.
  • پس از یک بار نوشتن کامل، می‌توان نام جنس را مخفف کرد؛ مانند E. coli.
  • sp. یعنی یک گونه از جنس مورد نظر و spp. یعنی چند گونه.

سه شکل پایه‌ای

اشکال اصلی باکتری‌ها
اشکال اصلی باکتری‌ها

سه الگوی اصلی مورفولوژی عبارت‌اند از کوکسی، باسیل و فرم مارپیچی.

راهنمای شکل

  • Coccusکروی
  • Bacillus / Rodمیله‌ای
  • Spirillumمارپیچی / فنری
آرایش کوکسی‌ها
آرایش کوکسی‌ها

نحوهٔ باقی‌ماندن سلول‌ها کنار یکدیگر پس از تقسیم، آرایش را تعیین می‌کند.

راهنمای شکل

  • Diplococcusجفتی
  • Streptococcusزنجیره‌ای
  • Staphylococcusخوشه‌ای
مورفولوژی
کوکسیمنفرد، دیپلوکوک، استرپتوکوک، استافیلوکوک
باسیلمیله‌ای؛ می‌تواند منفرد یا در آرایش‌های مختلف دیده شود
مارپیچیفرم‌های خمیده و فنری؛ برخی دارای اندوفلاژل هستند
۳
باکتری‌شناسی

نقشهٔ ساختمان سلول باکتری

برای فهم ساختمان باکتری بهتر است از بیرون به داخل حرکت کنیم: لایهٔ پلی‌ساکاریدی خارجی/کپسول، دیوارهٔ سلولی، غشای سیتوپلاسمی، سیتوپلاسم و اجزای داخلی. زوائد سطحی مانند پیلی و تاژک نیز خارج از این لایه‌ها قرار می‌گیرند.

ساختمان عمومی باکتری
ساختمان عمومی باکتری

اجزای اصلی شامل کپسول، دیوارهٔ سلولی، غشای پلاسمایی، ریبوزوم، DNA، پیلی و تاژک است.

راهنمای شکل

  • Capsuleکپسول
  • Cell wallدیوارهٔ سلولی
  • Plasma membraneغشای پلاسمایی
  • Ribosomesریبوزوم‌ها
  • DNAمادهٔ ژنتیکی
  • Piliپیلی‌ها
  • Flagellumتاژک
ساختمان باکتری
پوشش خارجیکپسول / گلیکوکالیکس / اسلایم لایر
دیوارهپپتیدوگلیکان؛ تفاوت اصلی گرم مثبت و گرم منفی
غشانفوذپذیری انتخابی + زنجیره انتقال الکترون
داخل سلولنوکلئوئید، ریبوزوم 70S، Inclusion bodies
زوائدپیلی برای اتصال/انتقال ژن؛ تاژک برای حرکت

کپسول و لایهٔ پلی‌ساکاریدی خارجی

این لایه در بیشتر باکتری‌ها پلی‌ساکاریدی است؛ اما استثناهایی وجود دارد. در Bacillus anthracis کپسول از پلیمر گلوتامیک اسید ساخته می‌شود. کپسول معمولاً سست، آب‌دار و فاقد ساختار ذره‌ای واضح است.

کارکرد کپسولاثر
ضد فاگوسیتوزپوشاندن آنتی‌ژن‌ها و کاهش اتصال سلول‌های فاگوسیت‌کننده
اتصالکمک به چسبیدن باکتری به سلول میزبان یا سطوح محیطی
مقاومت به خشکیذخیره آب و کاهش دهیدراتاسیون

دام

کپسول معمولاً سد مکانیکی سخت نیست؛ استحکام فیزیکی و حفظ شکل عمدتاً بر عهدهٔ دیوارهٔ سلولی و پپتیدوگلیکان است.

۴
باکتری‌شناسی

رنگ‌آمیزی گرم و تفاوت دیوارهٔ گرم مثبت و گرم منفی

رنگ‌آمیزی گرم نتیجهٔ تفاوت ساختمانی پوشش باکتری است. گرم مثبت‌ها پپتیدوگلیکان ضخیم دارند و غشای خارجی ندارند؛ گرم منفی‌ها پپتیدوگلیکان نازک‌تر، فضای پری‌پلاسمی و یک غشای خارجی غنی از لیپید دارند.

مراحل رنگ‌آمیزی گرم
مراحل رنگ‌آمیزی گرم

چهار مرحلهٔ اصلی: کریستال ویوله، لوگول، رنگ‌بری با الکل/استون و رنگ متقابل سافرانین.

راهنمای شکل

  • Crystal violetرنگ اولیه
  • Iodine / Lugolموردانت و تشکیل کمپلکس بزرگ
  • Alcohol/acetoneرنگ‌بر
  • Safraninرنگ متقابل
ویژگیگرم مثبتگرم منفی
پپتیدوگلیکانضخیم؛ حدود ۵–۶ لایه در توضیح جزوهنازک‌تر؛ حدود ۱–۳ لایه
تعداد غشایک غشای سیتوپلاسمیغشای داخلی + غشای خارجی
غشای خارجیندارددارد
LPSندارددارد
اسید تیکوئیکداردندارد
فضای پری‌پلاسمیکمتر برجستهمشخص و ژل‌مانند
پورینندارددر غشای خارجی وجود دارد
محتوای لیپیدی دیوارهکمتربیشتر
مقاومت ذاتی به نفوذ موادکمتربیشتر به‌علت غشای خارجی
رنگ نهایی گرمبنفشصورتی/قرمز
مقایسهٔ پوشش گرم مثبت و گرم منفی
مقایسهٔ پوشش گرم مثبت و گرم منفی

ضخامت پپتیدوگلیکان و وجود غشای خارجی مهم‌ترین تفاوت‌های ساختمانی هستند.

راهنمای شکل

  • Outer membraneغشای خارجی؛ فقط گرم منفی
  • Peptidoglycanپپتیدوگلیکان
  • Cytoplasmic membraneغشای سیتوپلاسمی
  • Pilusپیلی
  • Flagellumتاژک
۱
Crystal Violet

هر دو گروه ابتدا بنفش می‌شوند.

۲
Lugol

کمپلکس بزرگ کریستال‌ویوله–ید درون سلول تشکیل می‌شود.

۳
Alcohol + Acetone

در گرم منفی، غشای خارجی لیپیدی آسیب می‌بیند و کمپلکس رنگی خارج می‌شود؛ گرم مثبت رنگ را حفظ می‌کند.

۴
Safranin

گرم منفیِ بی‌رنگ، صورتی می‌شود؛ گرم مثبت همچنان بنفش می‌ماند.

نکتهٔ مهم آزمایشگاهی

رنگ‌آمیزی گرم در کشت‌های پیر، سلول‌های دچار تخریب پپتیدوگلیکان یا باکتری‌های تحت اثر برخی آنتی‌بیوتیک‌ها می‌تواند قابل اعتماد نباشد.

۵
باکتری‌شناسی

پپتیدوگلیکان، اسیدهای تیکوئیک و سنتز دیواره

پپتیدوگلیکان اسکلت اصلی دیوارهٔ باکتری است. زنجیرهٔ قندی آن از واحدهای تکرارشوندهٔ NAG و NAM ساخته می‌شود و زنجیره‌های پپتیدی جانبی با پیوندهای عرضی، شبکه را به یک ساختار مقاوم تبدیل می‌کنند. در بسیاری از گرم منفی‌ها اتصال مستقیم است؛ در برخی گرم مثبت‌ها پل پپتیدی مجزا دیده می‌شود، مانند پل پنتاگلیسین در Staphylococcus aureus.

جزءکارکرد/نکته
NAG + NAMستون قندی اصلی پپتیدوگلیکان
زنجیره پپتیدی جانبیحاوی D-amino acids؛ از جمله D-alanine
Cross-linkاتصال زنجیره‌ها و ایجاد استحکام
Transpeptidase / PBPساخت پیوند عرضی؛ هدف بتالاکتام‌ها
Lysozymeشکستن پیوند β-1→4 بین واحدهای قندی پپتیدوگلیکان

سنتز دیواره و محل اثر آنتی‌بیوتیک‌ها

سنتز پپتیدوگلیکان و محل اثر داروها
سنتز پپتیدوگلیکان و محل اثر داروها

مراحل ساخت پیش‌ساز در سیتوپلاسم، انتقال توسط باکتوپرنول و اتصال به شبکهٔ در حال رشد، نقاط مهم دارویی را مشخص می‌کنند.

راهنمای شکل

  • Cycloserineمهار ساخت D-Ala-D-Ala
  • Bactoprenolناقل غشایی پیش‌ساز
  • Bacitracinمهار بازیافت باکتوپرنول
  • Vancomycinاختلال در اتصال/ساخت دیواره
  • β-lactamsمهار PBP / transpeptidase
مرحلهاتفاقمهارکنندهٔ ذکرشده در منبع
۱ساخت NAM-pentapeptide و D-Ala-D-AlaCycloserine
۲اتصال NAG به NAM-pentapeptide—
۳انتقال واحد ساختمانی با Bactoprenol—
۴ایجاد اتصال عرضی با Transpeptidase / PBPβ-lactams، Penicillins، Cephalosporins، Monobactams، Carbapenems؛ Vancomycin نیز مسیر اتصال را مختل می‌کند
۵دی‌فسفریله‌شدن و بازیافت BactoprenolBacitracin

اسید تیکوئیک

ویژهٔ گرم مثبت؛ پلیمرهای باردار منفی از گلیسرول‌فسفات یا ریبیتول‌فسفات. نوع WTA به دیواره و نوع LTA/MTA به غشا متصل است.

اسید تایکورونیک

در محدودیت فسفات می‌تواند جای اسید تیکوئیک را بگیرد؛ به‌جای الکل‌های فسفاته از اسیدهای اورونیک استفاده می‌شود.

دام

PBP نام دیگری برای گروهی از ترانس‌پپتیدازهاست چون تمایل زیادی به اتصال پنی‌سیلین دارند؛ بنابراین در سؤال‌های دارویی، «مهار PBP» را با «مهار مستقیم NAG/NAM» اشتباه نکن.

۶
باکتری‌شناسی

غشای خارجی، LPS و شوک سپتیک

غشای خارجی فقط در باکتری‌های گرم منفی وجود دارد. در این غشا علاوه بر فسفولیپید، لیپوپروتئین و LPS وجود دارند. بین غشای خارجی و غشای داخلی، فضای پری‌پلاسمی قرار دارد که حاوی پپتیدوگلیکان و مجموعه‌ای از آنزیم‌هاست.

غشای خارجی و فضای پری‌پلاسمی در گرم منفی
غشای خارجی و فضای پری‌پلاسمی در گرم منفی

غشای خارجی، LPS، پورین‌ها، پپتیدوگلیکان نازک و فضای پری‌پلاسمی، سد نفوذی مؤثری می‌سازند.

راهنمای شکل

  • Outer membraneغشای خارجی
  • Periplasmفضای پری‌پلاسمی
  • Porinکانال عبور مواد کوچک و آب‌دوست
  • Peptidoglycanلایهٔ پپتیدوگلیکان

ساختمان LPS

سه بخش اصلی LPS
سه بخش اصلی LPS

LPS از Lipid A، Core polysaccharide و O-antigen تشکیل شده است.

راهنمای شکل

  • Lipid Aبخش سمی و متصل به غشا
  • Core polysaccharideبخش مرکزی قندی
  • O-antigenبخش سطحی و متغیر آنتی‌ژنی
بخش LPSجایگاه/ویژگیاهمیت
Lipid Aبخش لیپیدی نزدیک غشامسئول اثرات سمی LPS
Core polysaccharideبخش مرکزیحاوی قندهای ویژه مانند هپتوز
O-antigenبخش خارجی و تکرارشوندهتنوع آنتی‌ژنی سطح باکتری
LPS
←
CD14 / TLR4 / MD2
←
فعال‌شدن سلول‌های ایمنی
←
سایتوکین‌های پیش‌التهابی
←
DIC و شوک سپتیک

Endotoxin در برابر Exotoxin

Endotoxin در تعریف اصلی این بخش، جزئی از ساختمان باکتری است و LPS نمونهٔ کلاسیک آن در گرم منفی‌هاست. Exotoxin توسط باکتری ساخته و ترشح می‌شود و جزئی از ساختمان دیواره نیست.

EDTA، پلی‌میکسین و لیزوزیم

کاتیون‌ها به پایداری لایهٔ LPS کمک می‌کنند. EDTA می‌تواند این کاتیون‌ها را خارج کند؛ پلی‌میکسین‌ها نیز نفوذپذیری غشای خارجی را مختل می‌کنند. به همین دلیل، ترکیب EDTA با لیزوزیم می‌تواند دسترسی لیزوزیم به پپتیدوگلیکان گرم منفی را افزایش دهد.

۷
باکتری‌شناسی

غشای سیتوپلاسمی، سیتوپلاسم و سیستم‌های ترشحی

غشای سیتوپلاسمی از دولایهٔ فسفولیپیدی ساخته شده و مهم‌ترین وظیفهٔ آن نفوذپذیری انتخابی است. در باکتری‌ها، چون میتوکندری وجود ندارد، بخشی از عملکردهایی که در یوکاریوت‌ها در میتوکندری انجام می‌شوند، روی غشای سیتوپلاسمی قرار گرفته‌اند؛ از جمله اجزای زنجیرهٔ انتقال الکترون.

فسفولیپید غالب

در منبع، فراوان‌ترین فسفولیپید باکتریایی Phosphatidylethanolamine معرفی شده است.

استثنای استرول

باکتری‌ها معمولاً استرول غشایی ندارند؛ Mycoplasma استثنا است و علاوه بر وجود استرول، دیوارهٔ سلولی نیز ندارد.

سیستم‌های ترشحی مهم

تیپویژگی ذکرشده در منبعنمونه/کارکرد
Type Iوابسته به ATP؛ انتقال یک‌مرحله‌ایABC-type systems
Type IIانتقال دو مرحله‌ای از طریق پری‌پلاسمترشح برخی آنزیم‌ها و Exotoxin A در Pseudomonas aeruginosa
Type IIIوابسته به تماس؛ شبیه سرنگInjectosome در Enterobacteriaceae
Type IVقادر به انتقال پروتئین و کمپلکس‌های نوکلئوپروتئینی مانند DNAAgrobacterium tumefaciens؛ Helicobacter pylori
Type Vدر بسیاری از باکتری‌ها؛ نقش در ترشح بعضی پروتئین‌هاIgA protease در برخی گونه‌ها
Type VIدر منبع به سازوکار شبیه فاژ تشبیه شدهانتقال فاکتورها به سلول هدف

ریبوزوم و Inclusion body

ساختارنکتهٔ کلیدی
Ribosome 70Sریبوزوم باکتریایی و میتوکندریایی؛ در مقابل 80S یوکاریوتی
Nucleoidناحیهٔ تمرکز کروموزوم باکتری؛ معمولاً یک کروموزوم حلقوی
Glycogen / PHBذخیرهٔ کربن؛ PHB در محدودیت برخی عناصر افزایش می‌یابد
Sulfur granulesذخیرهٔ گوگرد و گاهی ارزش تشخیصی
Volutin / Metachromatic granulesذخیرهٔ فسفات؛ در برخی کورینه‌باکتری‌ها اهمیت تشخیصی

دام تاریخی

«مزوزوم» که زمانی به‌عنوان چین‌خوردگی عملکردی غشا یا محل اتصال DNA معرفی می‌شد، در منبع به‌عنوان برداشت قدیمی و نادرست مطرح شده است.

۸
باکتری‌شناسی

پیلی، فیمبریه و انتقال افقی ژن

پیلی‌ها زوائد پروتئینی متشکل از Pilin هستند. در کاربرد آموزشی این جزوه، Common pili / fimbriae عمدتاً در اتصال به سلول میزبان نقش دارند و Sex pili در همیوغی و انتقال افقی ژن نقش دارند.

نوعشکل/تعدادکارکرد اصلی
Common pili / Fimbriaeکوتاه‌تر و متعددAdhesion به میزبان
Sex pilusبلندتر و کم‌تعدادترنزدیک‌کردن دو باکتری در Conjugation
Type IV piliساختار تخصصیاتصال + Twitching motility
همیوغی باکتریایی
همیوغی باکتریایی

پیلی جنسی ابتدا سلول دهنده و گیرنده را به هم نزدیک می‌کند؛ سپس مجرای انتقالی در محل تماس ایجاد می‌شود و DNA، مانند پلاسمید، انتقال می‌یابد.

دام

Sex pilus در این توضیح، خودِ مجرای نهایی انتقال DNA نیست؛ نقش اصلی آن گرفتن سلول گیرنده و نزدیک‌کردن دو سلول است تا ارتباط غشایی برای انتقال ایجاد شود.

مثال مهم: UPEC

در Uropathogenic E. coli، P fimbriae به گیرنده‌های مرتبط با آنتی‌ژن گروه خونی P در دستگاه ادراری متصل می‌شوند و به چسبندگی و ایجاد عفونت ادراری کمک می‌کنند.

۹
باکتری‌شناسی

تاژک، کموتاکسی و الگوهای قرارگیری

تاژک زائده‌ای بلند و شلاقی است که مهم‌ترین نقش آن حرکت است. ساختمان آن از سه بخش اصلی تشکیل می‌شود: Basal body، Hook و Filament. در گرم منفی، حلقه‌های بیشتری در جسم پایه دیده می‌شود زیرا باید از غشای خارجی نیز عبور کند.

ساختمان پایهٔ تاژک
ساختمان پایهٔ تاژک

Rod و حلقه‌های جسم پایه، Hook و Filament اجزای اصلی تاژک هستند.

راهنمای شکل

  • Basal bodyجسم پایه
  • Rodمحور مرکزی
  • Hookقلاب رابط
  • Filamentرشتهٔ شلاقی
حلقهجایگاه ذکرشده در منبع
Mغشای داخلی
Sناحیهٔ پری‌پلاسمی
Pپپتیدوگلیکان
Lغشای خارجی
Cسیتوپلاسم

انرژی حرکت معمولاً از Proton Motive Force تأمین می‌شود. پروتون‌هایی که در زنجیرهٔ انتقال الکترون به بیرون پمپ شده‌اند، هنگام بازگشت از مجموعهٔ موتور تاژک باعث چرخش می‌شوند. در برخی باکتری‌های محیط‌های شور، نیروی محرکه می‌تواند بر پایهٔ یون سدیم باشد.

حرکت Run و Tumble
حرکت Run و Tumble

در توضیح منبع، چرخش پادساعتگرد با حرکت مستقیم و چرخش ساعتگرد با تغییر جهت/چرخش همراه است.

راهنمای شکل

  • CCWحرکت مستقیم‌تر / Run
  • CWTumble و تغییر جهت

دام‌های تاژک

  • تعداد بیشتر تاژک الزاماً به معنی سرعت بیشتر نیست.
  • پیلی عمدتاً برای اتصال/انتقال ژن است؛ تاژک عمدتاً برای حرکت.
  • در اسپیروکت‌ها، تاژک‌ها در فضای پری‌پلاسمی قرار می‌گیرند و حرکت corkscrew ایجاد می‌کنند.
۱۰
باکتری‌شناسی

اندواسپور؛ ساختمان، مقاومت و اسپورزایی

اندواسپور یک حالت بقایی بسیار مقاوم است و وسیلهٔ تکثیر محسوب نمی‌شود. در پزشکی، دو جنس مهم اسپورساز که در این منبع تأکید شده‌اند Bacillus (عموماً هوازی) و Clostridium (بی‌هوازی) هستند.

لایه‌های اندواسپور
لایه‌های اندواسپور

لایه‌ها از داخل به خارج: Core، Core wall، Cortex، Spore coat و در بعضی گونه‌ها Exosporium.

راهنمای شکل

  • CoreDNA، ریبوزوم و اجزای ضروری
  • Core wallدیوارهٔ اولیه اسپور
  • Cortexضخیم‌ترین لایه، پپتیدوگلیکان غیرمعمول
  • Spore coatلایه بسیار مقاوم و نفوذناپذیر
  • Exosporiumلایهٔ خارجی در برخی گونه‌ها
ویژگی اندواسپورنکته
آببسیار کم؛ حالت شدیداً دهیدراته
متابولیسمتقریباً غیرفعال در حالت خفته
مقاومتبه گرما، سرما، تشعشع و شرایط نامطلوب بسیار بالا
Calcium dipicolinateدر منبع یکی از عوامل مهم مقاومت و حالت کریستالی پوشش معرفی شده
منبع انرژی ذخیره‌ای۳-فسفوگلیسرات در توضیح جزوه برجسته شده
زنجیره انتقال الکترونناقص/غیرفعال؛ اسپور حتی از باکتری هوازی هم حالت متابولیک رویشی ندارد
مراحل اسپورزایی
مراحل اسپورزایی

در شرایط نامساعد، همانندسازی DNA، تقسیم نامتقارن، تشکیل forespore، ساخت لایه‌های حفاظتی و در پایان لیز سلول مادر رخ می‌دهد.

۰
سلول رویشی

رشد و تقسیم معمول.

۱
همانندسازی DNA

یک کپی کامل برای اندواسپور آماده می‌شود.

۲
تقسیم نامتقارن

Forespore کوچک در یک قطب جدا می‌شود.

۳–۵
بلع و ساخت لایه‌ها

کورتکس و پوشش‌ها به تدریج ساخته می‌شوند.

۶
بلوغ

مقاومت کامل‌تر می‌شود.

۷
آزادسازی

سلول مادر لیز و اسپور آزاد می‌شود.

دام کلیدی

Sporulation باکتری را زیاد نمی‌کند؛ از یک سلول رویشی، یک اسپور بقایی ایجاد می‌شود. افزایش تعداد باکتری پس از Germination و بازگشت به فرم رویشی رخ می‌دهد.

۱۱
باکتری‌شناسی

مرور نهایی، دام‌ها و سؤال‌وپاسخ

جدول مرور افتراقی پوشش باکتری

ویژگیگرم مثبتگرم منفیمایکوپلاسما
پپتیدوگلیکانضخیمنازکندارد
غشای خارجینداردداردندارد
LPSنداردداردندارد
اسید تیکوئیکداردنداردندارد
استرول غشاییمعمولاً نداردمعمولاً ندارددارد
رنگ‌آمیزی گرمعموماً بنفشعموماً صورتیقابل اتکا نیست چون دیواره ندارد

جدول مرور زوائد سطحی

ساختارمادهٔ سازنده/ساختاروظیفهٔ اصلینکتهٔ افتراقی
Common pili / FimbriaePilinاتصالکوتاه و متعدد
Sex pilusPilinConjugationبلندتر و برای نزدیک‌کردن سلول‌ها
Type IV pilusپیلی تخصصیاتصال + Twitchingحرکت سطحی
FlagellumBasal body + Hook + Filamentحرکت و chemotaxisانرژی معمولاً PMF
Endoflagellumتاژک پری‌پلاسمیحرکت corkscrewویژهٔ اسپیروکت‌ها در این بحث

جدول مرور مواد ذخیره‌ای

مادهفرم ذخیرهکاربرد/نمونهٔ تشخیصی
کربنGlycogen؛ در برخی محدودیت‌ها PHBذخیره انرژی/کربن
گوگردگرانول‌های گوگردیگاهی ارزش تشخیصی
فسفاتVolutin / Metachromatic granulesاهمیت در Corynebacterium diphtheriae

دام‌های امتحانی

  1. گرم منفی به‌علت «پپتیدوگلیکان بیشتر» مقاوم‌تر نیست؛ مقاومت نفوذی آن بیشتر به غشای خارجی مربوط است.
  2. LPS فقط در غشای خارجی گرم منفی قرار دارد.
  3. Lipid A بخش مسئول سمیت LPS است؛ O-antigen بخش متغیر آنتی‌ژنی است.
  4. Endotoxin در تعریف کلاسیکِ این بخش، جزء ساختمانی باکتری است؛ Exotoxin ترشح می‌شود.
  5. پورین در غشای خارجی گرم منفی قرار دارد.
  6. اسید تیکوئیک ویژگی دیوارهٔ گرم مثبت است.
  7. در محدودیت فسفات، Teichuronic acid می‌تواند جایگزین Teichoic acid شود.
  8. PBP همان گروهی از Transpeptidaseهاست که هدف بتالاکتام‌ها هستند.
  9. Cycloserine روی مراحل مرتبط با D-Ala-D-Ala اثر می‌گذارد؛ Bacitracin روی بازیافت Bactoprenol.
  10. Lysozyme پیوند β-1→4 پپتیدوگلیکان را می‌شکند.
  11. غشای خارجی گرم منفی دسترسی لیزوزیم را محدود می‌کند.
  12. Mycoplasma دیواره ندارد و استرول غشایی دارد.
  13. ریبوزوم باکتری 70S است، نه 80S.
  14. نوکلئوئید اندامک غشادار نیست.
  15. مزوزوم در این جزوه یک مفهوم قدیمی و نادرست معرفی شده است.
  16. Common pili برای اتصال و Sex pili برای Conjugation مهم‌اند.
  17. Sex pilus الزاماً مجرای انتقال DNA نیست؛ ابتدا دو سلول را نزدیک می‌کند.
  18. Type IV pili می‌تواند Twitching motility ایجاد کند.
  19. تاژک باکتری از نظر ساختمان با تاژک یوکاریوتی متفاوت است.
  20. حلقه‌های L و P در گرم مثبت وجود ندارند چون غشای خارجی ندارند.
  21. CCW در توضیح جزوه با حرکت مستقیم‌تر و CW با Tumble/تغییر جهت همراه است.
  22. تعداد تاژک‌ها الزاماً سرعت باکتری را تعیین نمی‌کند.
  23. اندواسپور وسیلهٔ تکثیر نیست؛ یک فرم بقایی است.
  24. Bacillus و Clostridium دو جنس مهم اسپورساز پزشکی در این بخش‌اند.
  25. کلسیم دی‌پیکولینات و دهیدراتاسیون شدید با مقاومت اندواسپور ارتباط دارند.

سؤال و پاسخ مرور نهایی

سؤال ۱: در طبقه‌بندی سه دامنه، سه گروه اصلی کدام‌اند؟
پاسخ: Bacteria، Archaea و Eukarya.
سؤال ۲: اساس مهم روش‌های فیلوژنتیک باکتری چیست؟
پاسخ: شاخص‌های ژنومی و مولکولی مانند G-C content، DNA-DNA similarity، sequencing و ژن‌های خانه‌دار مانند 16S rRNA.
سؤال ۳: نام‌گذاری دوکلمه‌ای چه دو جزء دارد؟
پاسخ: نام جنس و نام گونه.
سؤال ۴: سه فرم اصلی باکتری چیست؟
پاسخ: Coccus، Bacillus/Rod و Spirillum.
سؤال ۵: سه نقش اصلی کپسول چیست؟
پاسخ: ضد فاگوسیتوز، کمک به چسبندگی و مقاومت در برابر خشکی.
سؤال ۶: کدام باکتری در جزوه به‌عنوان استثنای کپسول پلی‌پپتیدی مطرح شده است؟
پاسخ: Bacillus anthracis با کپسول پلی‌گلوتامیک اسید.
سؤال ۷: مهم‌ترین تفاوت پوششی گرم منفی با گرم مثبت چیست؟
پاسخ: وجود غشای خارجی در گرم منفی و پپتیدوگلیکان ضخیم‌تر در گرم مثبت.
سؤال ۸: LPS در کدام گروه وجود دارد؟
پاسخ: در غشای خارجی باکتری‌های گرم منفی.
سؤال ۹: سمی‌ترین بخش LPS کدام است؟
پاسخ: Lipid A.
سؤال ۱۰: O-antigen چه نقشی دارد؟
پاسخ: بخش سطحی و متغیر آنتی‌ژنی LPS است.
سؤال ۱۱: PBP چه نقشی دارد؟
پاسخ: ترانس‌پپتیدازهای دخیل در ایجاد cross-link پپتیدوگلیکان؛ هدف مهم بتالاکتام‌ها.
سؤال ۱۲: Bacitracin روی کدام مرحله اثر می‌گذارد؟
پاسخ: بازیافت/دی‌فسفریله‌شدن Bactoprenol.
سؤال ۱۳: ریبوزوم باکتریایی چند S است؟
پاسخ: 70S.
سؤال ۱۴: Volutin granules عمدتاً ذخیرهٔ چه ماده‌ای هستند؟
پاسخ: فسفات.
سؤال ۱۵: فرق Common pili و Sex pili چیست؟
پاسخ: Common pili بیشتر برای اتصال و Sex pili برای همیوغی و انتقال افقی ژن هستند.
سؤال ۱۶: P fimbriae در UPEC چه اهمیتی دارد؟
پاسخ: اتصال به گیرنده‌های مرتبط با آنتی‌ژن P در دستگاه ادراری و کمک به ایجاد UTI.
سؤال ۱۷: سه جزء اصلی تاژک چیست؟
پاسخ: Basal body، Hook و Filament.
سؤال ۱۸: انرژی معمول موتور تاژکی از کجا می‌آید؟
پاسخ: Proton Motive Force؛ در برخی باکتری‌ها نیروی محرکهٔ سدیم.
سؤال ۱۹: اندوفلاژل در کدام فرم باکتری مطرح است؟
پاسخ: اسپیروکت‌ها؛ در فضای پری‌پلاسمی و با حرکت corkscrew.
سؤال ۲۰: اندواسپور چه کارکردی دارد؟
پاسخ: بقا در شرایط نامساعد؛ وسیلهٔ تکثیر نیست.
سؤال ۲۱: ضخیم‌ترین لایهٔ اسپور کدام است؟
پاسخ: Cortex در توضیح منبع به‌عنوان ضخیم‌ترین لایه معرفی شده است.
سؤال ۲۲: مقاوم‌ترین/نفوذناپذیرترین پوشش اسپور کدام است؟
پاسخ: Spore coat.
سؤال ۲۳: فرآیند تبدیل اسپور به فرم رویشی چه نام دارد؟
پاسخ: Germination.
سؤال ۲۴: دو جنس مهم اسپورساز پزشکی کدام‌اند؟
پاسخ: Bacillus و Clostridium.