كيف تتكاثر البكتيريا ، البكتيريا هي ميكروبات وحيدة الخلية. بنية الخلية أبسط من تلك الموجودة في الكائنات الحية الأخرى حيث لا توجد نواة أو عضيات مرتبطة بالغشاء. وبدلاً من ذلك ، فإن مركز التحكم الذي يحتوي على المعلومات الجينية موجود في حلقة واحدة من الحمض النووي. تحتوي بعض البكتيريا على دائرة إضافية من المادة الوراثية تسمى البلازميد. غالبًا ما يحتوي البلازميد على جينات تعطي البكتيريا بعض المزايا على البكتيريا الأخرى. على سبيل المثال ، قد يحتوي على جين يجعل البكتيريا مقاومة لمضاد حيوي معين ، عروس يقدم لك طريقة تكاثر البكتيريا .
توجد البكتيريا في كل موطن الأرض: التربة والصخور والمحيطات وحتى ثلوج القطب الشمالي. يعيش البعض في أو على كائنات أخرى بما في ذلك النباتات والحيوانات بما في ذلك البشر. يوجد ما يقرب من 10 أضعاف عدد الخلايا البكتيرية مثل الخلايا البشرية في جسم الإنسان. تم العثور على الكثير من هذه الخلايا البكتيرية التي تبطن الجهاز الهضمي. تعيش بعض البكتيريا في التربة أو على مادة نباتية ميتة حيث تلعب دورًا مهمًا في تدوير العناصر الغذائية. تتسبب بعض الأنواع في تلف الطعام وتلف المحاصيل ، لكن البعض الآخر مفيد بشكل لا يصدق في إنتاج الأطعمة المخمرة مثل الزبادي وصلصة الصويا. عدد قليل نسبيًا من البكتيريا عبارة عن طفيليات أو مسببات الأمراض التي تسبب المرض في الحيوانات والنباتات.

كيف تتكاثر البكتيريا؟
تتكاثر البكتيريا عن طريق الانشطار الثنائي. في هذه العملية ، تنقسم البكتيريا ، وهي خلية واحدة ، إلى خليتين ابنتيتين متطابقتين. يبدأ الانشطار الثنائي عندما ينقسم الحمض النووي للبكتيريا إلى قسمين (مكررات). ثم تستطيل الخلية البكتيرية وتنقسم إلى خليتين ابنتيتين لكل منهما DNA مطابق للخلية الأم. كل خلية ابنة هي نسخة من الخلية الأم.
عندما تكون الظروف مواتية مثل درجة الحرارة المناسبة والمواد الغذائية متوفرة ، يمكن لبعض البكتيريا مثل الإشريكية القولونية أن تنقسم كل 20 دقيقة. هذا يعني أنه في غضون 7 ساعات فقط يمكن لبكتيريا واحدة أن تولد 2097152 بكتيريا. بعد ساعة أخرى ، سوف يرتفع عدد البكتيريا إلى 16777.216. لهذا السبب يمكننا أن نمرض بسرعة عندما تغزو الميكروبات الممرضة أجسامنا.
تعتمد معظم البكتيريا على الانشطار الثنائي للتكاثر. من الناحية المفاهيمية ، هذه عملية بسيطة ؛ تحتاج الخلية فقط إلى النمو إلى ضعف حجم البداية ثم تقسيمها إلى قسمين. ولكن لكي تظل البكتيريا قادرة على البقاء وتنافسية ، يجب أن تنقسم في الوقت المناسب ، في المكان المناسب ، ويجب أن تزود كل نسل بنسخة كاملة من مادتها الجينية الأساسية. تتم دراسة انقسام الخلايا البكتيرية في العديد من المعامل البحثية في جميع أنحاء العالم. تكشف هذه التحقيقات عن الآليات الجينية التي تنظم وتدفع انقسام الخلايا البكتيرية. إن فهم آليات هذه العملية له أهمية كبيرة لأنه قد يسمح بتصميم مواد كيميائية جديدة أو مضادات حيوية جديدة تستهدف على وجه التحديد انقسام الخلايا في البكتيريا وتتداخل معه.

الانشطار الثنائي

قبل حدوث الانشطار الثنائي ، يجب أن تنسخ الخلية مادتها الجينية (DNA) وتفصل هذه النسخ إلى طرفي نقيض للخلية. ثم تتجمع أنواع البروتينات العديدة التي تشكل آلية تقسيم الخلية في موقع الانقسام المستقبلي. المكون الرئيسي لهذه الآلية هو بروتين FtsZ. تتجمع مونومرات البروتين في FtsZ في هيكل يشبه الحلقة في وسط الخلية. ثم تتجمع المكونات الأخرى لجهاز التقسيم في حلقة FtsZ. يتم وضع هذه الآلية بحيث يقسم الانقسام السيتوبلازم ولا يتلف الحمض النووي في هذه العملية. عندما يحدث الانقسام ، ينقسم السيتوبلازم إلى قسمين ، وفي العديد من البكتيريا ، يتم تصنيع جدار خلوي جديد. ترتيب وتوقيت هذه العمليات (تكرار الحمض النووي ، فصل الحمض النووي ، اختيار موقع التقسيم ،يتم التحكم بإحكام في انقلاب غلاف الخلية وتوليف جدار الخلية الجديد.
  • بعض أشكال التكاثر غير العادية في البكتيريا:

هناك مجموعات من البكتيريا تستخدم أشكالًا أو أنماطًا غير عادية من انقسام الخلايا للتكاثر. تنمو بعض هذه البكتيريا إلى أكثر من ضعف حجم خلية البداية ثم تستخدم الانقسامات المتعددة لإنتاج خلايا ذرية متعددة. تتكاثر بعض السلالات البكتيرية الأخرى عن طريق التبرعم. لا يزال البعض الآخر يشكل ذرية داخلية تتطور داخل سيتوبلازم "خلية أم" أكبر. فيما يلي بعض الأمثلة على بعض هذه الأشكال غير العادية للتكاثر البكتيري.
  • إنتاج الخلايا الحيوية في بكتيريا الستانيريا الزرقاء

ستانيريا لا تخضع أبدًا للانشطار الثنائي. تبدأ كخلية كروية صغيرة قطرها حوالي 1 إلى 2 ميكرومتر. يشار إلى هذه الخلية باسم الخلية البايوسية (والتي تعني حرفيا "الخلية الصغيرة"). تبدأ الخلية الحيوية في النمو ، وتشكل في النهاية خلية نباتية يصل قطرها إلى 30 ميكرومتر. أثناء نموها ، يتم تكرار الحمض النووي الخلوي مرارًا وتكرارًا ، وتنتج الخلية مصفوفة سميكة خارج الخلية. تتحول الخلية الخضرية في النهاية إلى مرحلة التكاثر حيث تخضع لتتابع سريع من الانشطار السيتوبلازمي لإنتاج العشرات أو حتى المئات من الخلايا الحيوية. تنفتح المصفوفة خارج الخلية في النهاية ، وتطلق الخلايا الحيوية. يستخدم أعضاء آخرون في Pleurocapsales (رتبة من البكتيريا الزرقاء) أنماطًا غير عادية من الانقسام في تكاثرهم (انظر Waterbury and Stanier ، 1978).
  • تبرعم البكتيريا

وقد لوحظ ظهور البراعم في بعض أعضاء Planctomycetes ، و Cyanobacteria ، و Firmicutes (المعروف أيضًا باسم البكتيريا المنخفضة G + C إيجابية الجرام) والبروتيوبكتيريا. على الرغم من أن التبرعم قد تمت دراسته على نطاق واسع في الخميرة حقيقية النواة Saccharomyces cerevisiae ، فإن الآليات الجزيئية لتكوين البراعم في البكتيريا غير معروفة. يظهر أدناه تمثيل تخطيطي للبراعم في أنواع Planctomyces .
  • إنتاج النسل داخل الخلايا من قبل بعض الثباتات

تشكل Epulopiscium spp. و Metabacterium polyspora والبكتيريا الخيطية المقطعة (SFB) ذرية متعددة داخل الخلايا. بالنسبة لبعض هذه البكتيريا ، يبدو أن هذه العملية هي الطريقة الوحيدة للتكاثر. يشترك تطور النسل داخل الخلايا في هذه البكتيريا في الخصائص مع تكوين البوغ الداخلي في العصوية الرقيقة .
في Epulopiscium spp. تبدأ هذه الإستراتيجية الإنجابية الفريدة بتقسيم الخلايا غير المتماثل ، انظر شكل دورة حياة Epulopiscium . بدلاً من وضع حلقة FtsZ في وسط الخلية ، كما هو الحال في الانشطار الثنائي ، يتم وضع حلقات (A) Z بالقرب من قطبي الخلية في Epulopiscium . (ب) يشكل التقسيم خلية أم كبيرة وخلتين صغيرتين. (ج) تحتوي الخلايا الأصغر على الحمض النووي وتصبح مغمورة بالكامل بالخلية الأم الأكبر. (د) ينمو النسل الداخلي داخل سيتوبلازم الخلية الأم. (هـ) بمجرد اكتمال نمو النسل ، تموت الخلية الأم وتطلق النسل.
يدرس مختبرنا آليات تطور النسل داخل الخلايا في Epulopiscium و Metabacterium polyspora . نحن مهتمون بالآليات المحفوظة بين هذه العمليات التناسلية غير العادية وتكوين البوغ الداخلي. نأمل في الحصول على فهم لكيفية تطور هذا الشكل الجديد من تكاثر الخلايا بمرور الوقت وكيف يفيد هؤلاء المتعايشين المعويين.

آلية البقاء

يمكن أن تشكل بعض البكتيريا الأبواغ الداخلية. هذه هياكل نائمة ومقاومة للغاية للظروف الفيزيائية والكيميائية المعادية مثل الحرارة والأشعة فوق البنفسجية والمطهرات. هذا يجعل تدميرهم صعبًا للغاية. العديد من البكتيريا المنتجة للأبواغ هي من مسببات الأمراض السيئة ، على سبيل المثال عصيات الجمرة الخبيثة هي سبب الجمرة الخبيثة.