مرکز دانلود خلاصه کتاب و جزوات دانشگاهی

باکتری ها و تشخیص آنها

 

مقدمه

باکتری‌ها گروهی از موجودات تک سلولی ذره‌بینی هستند که پوشش بیرونی نسبتاً ضخیمی آنها را احاطه کرده‌است. این موجودات ساختار ساده‌ای دارند و به گروه پروکاریوت‌ها تعلق دارند.

باکتری‌ها متنوع‌ترین و مهم‌ترین میکروارگانیسم‌ها هستند. تعداد کمی از آنها در انسان و حیوانات و گیاهان بیماریزا است. بطور کلی بدون فعالیت آنها، حیات بر روی زمین مختل می‌گردد. بطور یقین یوکاریوت‌ها از موجودات زنده باکتری مانند بوجود آمده‌اند. نظر به اینکه باکتری‌ها ساختمان ساده‌ای داشته و می‌توان به آسانی بسیاری از آنها را در شرایط آزمایشگاه کشت داد و تحت کنترل درآورد، میکروب شناسان مطالعه وسیعی درباره فرایندهای حیاتی آنها انجام داده‌اند.

در عمل باکتریهایی که دارای خواص یکسانی باشند بندرت یافت می‌شوند، حتی باکتریهایی که از یک سلول منشا می‌گیرند ممکن است از نظر یک یا چند صفت با یکدیگر متفاوت باشند. این تفاوتها نتیجه تغییراتی است که به علت جهش ژنی یا موتاسیون در سلولهای باکتریایی پدید می‌آید. این باکتریهای تغییر یافته ، موتانت Mutant نامیده می‌شوند که از نظر بعضی از خواص نظیر ساختمان آنتی ‌ژن ، حساسیت در مقابل آنتی بیوتیکها و ... با سایر باکتریهای مشابه اختلاف دارند.

سهولت تغییرپذیری در باکتریها مربوط به سرعت تقسیم آنهاست. زمان تقسیم یا مدت زمانی که برای تولید یک سلول جدید در باکتریها لازم است، حدود 2 دقیقه و در مورد انسان 20 سال است. مثلا یک سلول باکتری در مدت 18 ساعت 54 نسل بوجود می‌آورد. درحالیکه برای ایجاد همین تعداد نسل انسان بیش از 1000 سال زمان لازم است. پس جهش ژنی در باکتریها نسبت به موجودات عالی خیلی سریع و قابل ملاحظه است.

 

تفاوت یوکاریوتها با باکتریها

در کره خاکی تنها دو نوع سلول توسط کلیه ارگانیسمهای زنده تولید می‌شود. سلولهای پروکاریوت (یا هسته ابتدایی). در این گروه هسته ، فاقد غشا است و شامل کلیه باکتریهاست. پروکاریوتها شامل یو‌باکتریها (باکتریهای حقیقی) و آرکئی باکترها (باکتریهای قدیمی) است. اما گروه دیگر یوکاریوتها هستند که دارای غشای هسته و هسته حقیقی می‌باشند. اینگونه هسته در تمام ارگانیسمهای دیگر مانند Algae (جلبکها) Fungi (قارچها) ، پروتوزوئرها (protozoa) و گیاهان (Plant) و جانوران (Animals) یافت می‌شود. پاتوژنهای انسانی تنها در میان یوباکتریها یافت می‌شوند.

مشخصات سلول باکتری

اکثر باکتریها پوشش سلولی (cell envelope) تولید می‌کنند که شامل غشای پلاسمایی ، دیواره سلولی (cell wall) و پروتئینها و پلی ساکاریدهای تشکیل دهنده آن می‌باشد. بعضی از باکتریها کپسول یا لایه چسبنده تولید می‌کنند. فیلامانهای خارجی (فلاژل و پیلی) ممکن است در باکتریها بوجود آید. دیواره سلولی ، ساختمان سخت و مقاومی است که پروتوپلاست را احاطه کرده و آن را از آسیب فیزیکی و شرایط کاهش فشار اسمزی محیط خارج حفاظت می‌کند. معمولا به باکتری اجازه می‌دهد تا در برابر سطح وسیعی از شرایط محیطی ایستادگی کند پروتوپلاست از غشای سیتوپلاسمی و محتویات آن تشکیل شده است.

از نظر محتویات سلولی ، باکتریها سلولهای ساده‌ای هستند. ساختمان اصلی سیتوپلاسم آنها شامل شبکه فیبریلی کروماتین مرکزی یا نوکلئوتید (Nucleoid) می‌باشد که توسط سیتوپلاسم بی‌شکل حاوی ریبوزوم‌ها احاطه شده‌است. اجسام انکلوزیون سیتوپلاسمی یا گرانولهای ذخیره انرژی ، بسته به گونه‌های باکتری ماهیت شیمیایی متفاوتی دارند و مقدار آنها به مرحله رشد و محیط بستگی دارد. بعضی از ساختمانهای سلولی از قبیل آندوسپورها فقط به تعداد کمی از باکتریها محدود می‌شوند.

 

طبقه بندی باکتریها

باکتریهای پست

این باکتریها تک یاخته‌ای بوده و اگر کروی یا بیضوی باشند، کوکوس و اگر میله‌ای شکل یا دراز باشند، باسیل و اگر خمیده باشند ویبریون و چنانچه مارپیچی شکل و غیرقابل انعطاف باشند، اسپریل و اگر فنری و قابل انعطاف باشند، اسپیروکت نامیده می‌شوند.

 

باکتریهای عالی یا رشته‌ای

این باکتریها رشته مانند و اغلب غلاف‌دار هستند و اغلب اوقات شاخه‌های حقیقی ایجاد کرده ، میسلیوم تشکیل می‌دهند و چون تشکیلات منشعب ایجاد می‌کنند، لذا اکتینومیست نامیده می‌شوند. بنابراین باکتریها از نظر شکل به 6 گروه گرد ، دراز ، خمیده ، مارپیچی ، فنری و منشعب تقسیم می‌شوند.

 

اجزای ساختمانی باکتریها

فلاژلها (Flagella)

فلاژلها ، فیلامانهای پروتئینی به طول و قطر یکنواخت می‌باشند و موجب تحرک شبیه به شنای سریع و مستقل اغلب باکتریها پاتوژنیک می‌گردند فلاژل در سه قسمت فیلامان ، قلاب و جسم پایه تشکیل شده است. پایه فلاژل در غشای پلاسمایی قرار گرفته است. لنگرگاه و تعداد فلاژل در باکتریها فرق خواهد کرد.

 

فیمبریاها

فیمبریاها که پیلی هم نامیده می‌شوند، فیبریلهای شبیه مو هستند به اندازه 0.004 تا 0.008 میکرون هستند. این ارگانل با میکروسکوپ الکترونی در سطح باکتریهای مختلف قابل رویت هستند. آنها مستقیم‌تر ، نازکتر و کوتاهتر از فلاژلها هستند. این رشته‌ها در غشای پلاسمایی سلول میکروبی لنگر می‌اندازد.

 

هسته باکتری

هسته سلول را میتوان بعد از رنگ آمیزی اختصاصی با میکروسکوپ نوری مشاهده کرد. در مقایسه با سلولهای عالی مواد ژنتیکی باکتریها و سایر سلولهای پست پراکنده ، ساده و بدون پوشش و کروموزوم حلقوی است غشای هسته وجود ندارد و کروموزوم به مزوزوم فرورفته در غشای سیتوپلاسمی چسبیده است. در سالهای اخیر پروتئینهای شبیه هیستون در باکتریها کشف شده است که احتمالا نقش مشابه هیستونها را در کروماتینهای سلولهای یوکاریوت ایفا می‌کنند.

 

سیتوپلاسم

بیش از 50 درصد پروتئین سلول در سیتوپلاسم قرار دارد و آنزیمهای متابولیسمی راههای گلیکولیز و بسیاری از آنزیمهای چرخه کربس ، انواع کاتالازها ، دهیدروژنازها ، و مواد حد واسط چرخه های متابولیکی در سیتوپلاسم وجود دارد. روابط اتمی ، یونی و الکترونی بین ترکیبهای مختلف سیتوپلاسمی با نظم خاص فعالیتهای حیاتی را ظاهر می‌سازد.

 

پوشش سلول (Cellenvelope)

کپسول و لعاب (Capsoles)

قدرت بیماری‌زایی پاتوژنها اغلب با تولید کپسول همراه است. باکتریهای کپسول‌دار در محیط جامد ، کلنیهای مخاطی (Mucoid) یا صاف (Smooth) می‌سازند. در مقابل باکتریهای فاقد کپسول کلنیهای خشن (Rough) دارند. اگر باکتری قدرت کپسول‌سازی خودش را از دست بدهد در مقابل قدرت ویرولانس (بیماریزایی) خود را از دست داده و در مقابل دستگاه ایمنی بدن میزبان تاب مقاومت نخواهد داشت.

 

دیواره سلولی

دیواره سلولی باکتریها بی‌نهایت پیچیده است و لایه سفت و سختی را در اطراف باکتریها ایجاد می‌کند که سلول را از گسیختگی و متلاشی شدن در مقابل فشار اسمزی خارج سلول محافظت می‌کند. همچنین دیواره محل تجمع عوامل آنتی‌ ژن می‌باشد که باکتریها را توسط این آنتی ‌ژنها از هم تمیز می‌دهند. باکتریها با روش رنگ‌آمیزی گرم (Gram stain) به دو دسته تقسیم می‌شوند.

گرچه هر دو گروه یعنی باکتریهای گرم مثبت و منفی دارای دیواره می‌باشند ولی فرق بین این دو گروه مربوط به خواصی است که در ساختمان دیواره سلولی آنها وجود دارد. اساس ساختمان در دیواره سلولی باکتریهای گرم مثبت یک لایه ضخیمی است از پپتیدوگلیکان (Poptidoglycan) ، ولی در باکتریهای گرم منفی ضخامت آن به حداقل می‌رسد.

 

غشای سیتوپلاسمی

غشای سیتوپلاسمی غشای داخلی نیز نامیده می‌شود. غشای سیتوپلاسمی باکتریها مشخص بوده و از فسفو لیپید و پروتئین ساخته شده است. این غشا در پروکاریوتها از غشای سیتوپلاسمی در یوکاریوتها به علت نداشتن استرول متمایز می‌شود. چین‌خوردگیهای غشای سیتوپلاسمی به درون سلول ساختارهای ویژه‌ای به نام مزوزوم ایجاد می‌کند که کروموزومهای باکتریها به مزوزومها متصل هستند. غشا همچنین به عنوان یک سد اسمزی برای سلول عمل می‌کند و دارای سیتوپلاسم انتقال دهنده برای مواد محلول است و انتقال تولیدات سلولی را در مقابل با محیط خارج سلولی تنظیم می‌کنند.

 

تولیدمثل باکتری

باکتریها به روشهای تقسیم مستقیم ، آمیختگی ، قطعه قطعه شدن یا بوسیله کنیدی و همچنین جوانه زدن تکثیر می‌یابند. برخی باکتریها توانایی ایجاد هاگ درونی را دارند. هاگ سبب مقاومت باکتری در برابر عوامل نامساعد محیط می‌شود. هر باکتری فقط یک هاگ می‌سازد و از هر هاگ یک باکتری بوجود می‌آید.

 

 

باکتری های بیماری زا

باکتریها مهمترین و متنوع‌ترین میکروارگانیسمها هستند و تعداد کمی در انسان جانوران و سایر موجودات بیماریزا بوده و بطور کلی بدون فعالیت آنها حیات بر روی زمین مختل می‌گردد. تنها تعداد کمی از باکتریها مانند کلامیدیاها و ریکتزیاها اجبارا انگل داخل سلولی هستند. باکتریها از جنبه‌هایی با یوکاریوتها تفاوت دارند. باکتریها ریبوزومهای 80S ، اندامکهای غشادار مانند هسته ، میتوکندری ، کروموزوم حلقوی بدون پوشش دارند. باکتریها (به غیر از میکوپلاسماها) دارای دیواره سلولی هستند.

بطور یقین موجودات زنده یوکاریوتیک از موجودات زنده باکتری مانند بوجود آمده‌اند و نظر به اینکه باکتریها ساختمان ساده‌ای داشته و می‌توان به آسانی بسیاری از آنها را در شرایط آزمایشگاه کشت داد و تحت کنترل درآورد ، میکروب شناسان مطالعه وسیعی درباره فرآیندهای حیاتی آنها انجام داده‌اند. در این مبحث باکتریهای شایع با تاکید بر انواع بیماریزا در انسان معرفی می‌گردد.

 

اسپیروکتها

این باکتریها در آبهای آلوده ، فاضلابها ، خاک و مواد آلی در حال پوسیدن یافت می‌شوند. به شکل فنر پیچیده و متحرک هستند. اندازه آنها از چند میکرون تا 500 میکرون است. سه جنس از اسپیروکتها بیماریزا هستند:

تروپونما: شامل گونه تروپونما پالیزم است که این باکتری عامل مولد بیماری سیفلیس می‌باشد.

بورلیا: این باکتری عال مولد بیماری تب راجعه می‌باشد.

لپتوسپیرا: این باکتری از راه شکافها و زخمهای پوست وارد می‌شود و شایع‌ترین شکل بیماری ، عفونت کلیه است.

 

کوکوسها و باسیلهای گرم منفی هوازی

جالب‌ترین باکتریها در این گروه انواع متعلق به جنس سودوموناس است یکی از گونه‌های سودوموناس ، سودوموناس آئروجینوزا می‌باشد که این باکتری عفونتهای مجاری ادراری ، عفونتهای زخمی و سوختگیها ، آبسه و مننژیت را ایجاد می‌کند. باکتریهای این گروه قادر به ساختنآنزیمهای متعددی هستند و بدین نحو در تجزیه مواد شیمیایی نظیر حشره کشهایی که به خاک افزوده می‌شوند، کمک می‌کنند. مقاومت این گروه به آنتی بیوتیکها از نظر پزشکی حائز اهمیت است.

باسیلهای گرم منفی بی‌هوازی اختیاری

آنتروباکتریاسه

این خانواده شامل گروهی از باکتریهای ساکن روده انسان و سایر جانوران است. جنسهای باکتریهای روده عباتند از: اشیرشیا ، شیگلا ، کلبسیلا ، آنتروباکتر و ... . اشیرشیاکلی یکی از ساکنین اصلی روده بوده و آشناترین میکروبی که پژوهشهای فراوانی بر روی آن صورت گرفته است. سالمونلا یکی از باکتریهای بیماریزا است که یکی از گونه‌های آن مولد بیماری تب تیفوئید می‌باشد. گونه‌های شیگلا عامل اسهال خونی است. کلبسیلا عامل عفونت مجاری تنفسی ذات‌الریه است. سرشیا عامل عفونت ادراری و تنفسی است و آنتروباکتر در عفونتهای مجاری ادراری نقش بر‌عهده دارند.

 

ویبریوناسه

جنسهای مهم این خانواده شامل ویبریو و آئروموناس می‌باشد. گونه بیماریزا ویبریوکلرا است که عامل بیماری وبا می‌باشد. باکتریهای متعلق به آئروموناس عامل بیماری ذات‌الریه و اختلالات روده می‌باشند.

 

هموفیلوس

یکی از گونه‌های آن به نام هموفیلوس آنفلوآنزا عامل مننژیت در کودکان و جوانان می‌باشد.

 

باکتریهای گرم منفی بی‌هوازی

در این گروه دو جنس مهم از نظر پزشکی به نامهای نایسریا و موراگزلا وجود دارد. نایسریا از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است و انگل غشاهای مخاطی در انسان بوده و درجه حرارت نزدیک درجه حرارت بدن انسان زندگی می‌کند، گونه‌های بیماریزا شامل باکتری مولد بیماری سوزاک و باکتری مولد مننژیت می‌باشد. باکتریهای جنس موراگزلا در التهاب بافت ملتحمه چشم دخالت دارند.

 

کوکوسهای گرم منفی بی‌هوازی

این باکتریها اختصاصا به صورت دوتایی ، گاهی تک‌تک ، خوشه‌ای یا زنجیری قرار می‌گیرند. و همگی بدون حرکت و بدون اسپور هستند. باکتریهای متعلق به جنس ویلونلا بخش از میکروفلور طبیعی دهان و پلاک دندانی هستند.

 

کوکوسهای گرم مثبت

این گروه از باکتریها از نظر پزشکی شامل دو جنس استافیلوکوکوس و استروپتوکوکوس هستند. عده‌ای از باکتریهای استافیلوکوکوس مواد سمی تولید می‌کنند که گویچه‌های قرمز خون و گویچه‌های سفید خون را نابود می‌کنند. چندین نوع عفونت استافیلوکوکی بوسیله گونه استافیلوکوکوس اورائوس ایجاد می‌شود که در ایجاد عفونتهای پوستی ، ذات‌الریه و آبسه‌های مغزی دخالت دارند. استرپتوکوکها در تب زایمان ، تب مخملک ، گلودرد ، تب روماتیسمی و پوسیدگی دندان دخالت دارند.

 

باسیلها و کوکوسهای اسپوردار

دو جنس مهم اسپوردار باسیلوس و کلسترویدیوم می‌باشند. با‌سیلوس آنتراسیس عامل بیماری سیاه زخم که معمولا در گاو ، گوسفند و اسب بیماری تولید می‌کند، می‌تواند به انسان انتقال پیدا کند. باکتریهای متعلق به جنس کلستریدیوم بی‌هوازی اجباری هستند و بیماریهایی که تولید می‌کنند شامل کزاز و بوتولیسم می‌باشد.

 

باکتریهای میله‌ای شکل گرم مثبت بدون اسپور

مهمترین این گروه جنس لاکتو باسیلوس می‌باشد. لاکتوباسیلوسها در روده و حفره دهانی زندگی می‌کنند. در دهان این باکتریها نقشی در پوسیدگی دندان به عهده دارند. در صنعت از این باکتریها برای تولید کلم شور ، دوغ و ماست استفاده می‌شود. باکتری بیماریزای متعلق به این گروه "یستریا منوسایتوجنز" است که در تولید آبسه ، انسفالیت و آندوکاردیت ، دخالت دارد.

 

اکتینومیستها

از جنسهای مهم این گروه می‌توان کورینه باکتریوم ، مایکوباکتریوم ، نوکاردیا ، اکتینومیسس و استرپتومایسس را نام برد.

معروفترین و شناخته شده ترین گونه کورینه باکتریوم ، کورینه باکتریوم دیفتریا می‌باشد که عامل بیماری دیفتری می‌باشد.

دو گونه مهم مایکوباکتریوم توبرکلوزیسکه عامل سل و مایکوباکتریوم لپرا که عامل جذام می‌باشد.

گونه‌های متعلق به نوکاردیا در عفونتهای ریوی و عفونت مخرب دست و پا دخالت دارند.

 

ریکتیساها

این گروه شامل ریکتسیا و کلامیدیا می‌باشند. این دسته از باکتریها ، انگلهای درون سلولی اجباری هستند که فقط در درون سلول میزبان قادر به تولید مثل هستند و از این لحاظ به ویروسها شباهت دارند. یکی از بیماریهایی که عامل مولد آن ریکتسیا می‌باشد، تیفوس است که بوسیه شپش منتقل می‌شود ، گونه‌هایی از کلامیدیاها موجب کوری در انسان می‌شوند.

 

مایکوپلاسما

مایکوپلاسما باکتریهای فاقد دیواره سلولی هستند. مهمترین گونه بیماریزا در انسان مایکوپلاسما نومونیا است که عامل ذات‌الریه ابتدایی آتیپیک می‌باشد. این بیماری در بخش فوقانی دستگاه تنفس و ندرتا مانند سایر ذات‌الریه‌ها ، عارض می‌شود.

 

روشهای جداسازی و تشخیص باكتریهای بیماری زا

الف ) روشهای سنتی

در روشهای سنتی عموماً براساس كشت باكتری در محیطهای مختلف و تولید كلنی های قابل رویت در یك محیط جامد انتخابی و انجام آزمایشات بیوشیمیایی در محیطهای مایع است . با توجه به اینكه موادغذایی ، میكروبهای بیماری زا غالباً به مقدار نسبتاً كمی وجود داشته و توسط میكروبهای عامل فساد ، در موضع مغلوب قرار می گیرند و از سوی دیگر طی عملیات های فرآوری مواد غذایی دچار صدمه می گرداند ، در نتیجه جداسازی باكتری مورد نظر پیچیده تر بوده و زمان بیشتری را طلب می كند و به همین دلیل جداسازی آنها معمولاً در سه مرحله پیش غنی سازی ( Pre Enrichment ) ، غنی سازی ( Enrichment ) و كشت در محیط جامد انتخابی ( Selective Plating ) صورت می گیرد .

1- مرحله غنی سازی :این مرحله كه به آن مرحله احیاء ( Resuscitation ) نیز گفته می شود ، برای حفظ تعداد كم باكتریها و التیام باكتریهای صدمه دیده در فرآیندهای مختلف ضروری به نظر می رسد و در مورد بعضی از میكروبهای بیماریزا نظیر سالمونلا استفاده از یك پیش غنی كننده ( مثل محیط لاكتوز براث Lactose Broth ) الزامی است . برای انجام این مرحله از یك محیط غیر انتخابی استفاده می گردد

2- مرحله غنی سازی :در مواقعی كه تعداد باكتریهای بیماریزا در نمونه غذایی بسیار كم است ، غنی سازی انجام می گیرد . هدف از این مرحله رشد ارگانیسم مورد نظر بوده و لذا با استفاده از محیط غنی كننده مایع ، باكتریهایی كه بالاترین ضریب رشد GrowthRate را در بین جمعیت میكروبی آن نمونه غذایی ، دارا باشند در این محیط رشد خواهند نمود . مثلاً در مورد سالمونلا از محیطهای سلنیت سیستینSelenit Cistine یا تتراتیوناتTetrationate استفاده می گردد. اكثر محیطهای غنی سازی از نظر مواد مغذی پیچیده بوده و شرایطی را فراهم می سازند كه طی آن رشد میكروارگانیسمهای رقیب كاهش یابد ویا از رشد آنها جلوگیری شود و تنها باكتری مورد نظر رشد نماید . لازم به ذكر است در مورد بعضی از باكتریها نظیر یرسینا آنتروكولیتیك ( Yersinia Entrocolitica) و لیسریامنوسیتوژنز
( Listeria Moncytogenes) به علت سرما دوست بودن ، غنی سازی در سرما صورت می گیرد .

1- مرحله استفاده از محیطهای جامد انتخابی

محیطهای جامد انتخابی ، محیطهایی هستند كه یك میكروب یا گروه خاصی از میكروبها را انتخاب می كنند . اصول ساخت این محیط ها مشابه محیطهای غنی كننده مایع است و در تهیه آنها از عوامل مورد نیاز برای رشد باكتری استفاده می گردد . بدین معنی كه در تهیه آنها از موادی استفاده می شود كه باعث می گردد میكروب مورد نظر در آن رشد كرده و از سایر میكروبها تفكیك داده می شود .

البته پیشنهاد می گردد حتی در مواردی كه پرگنه های واضح و تیپیكی در این محیطها رشد كرده باشد ، بهتر است قبل از نتیجه گیری نهایی ، از آزمایشات تاییدی استفاده گردد . به عنوان مثال آزمایشات بیو شیمیایی ساده ای نظیر كاتالاز ( Catalase ) ، اكسیداز ( Oxidase ) ، كوآگولاز ( Coagulase ) و همچنین رنگ آمیزی گرم می توانند بسیار مفید واقع شوند .

 

ب ) روشهای جدید

در طی سالهای اخیر ، روشهای جدیدی به منظور جداسازی و تشخیص میكروبهای بیماریزا مواد غذایی مطرح گردیده اند كه در مقایسه با روشهای سنتی ، دارای سرعت بسیار بالاتری در تشخیص عامل بیماری زا هستند . در جدول شماره ((1 )) تعدادی از این تكنیك ها معرفی گردیده اند .

1- روشهای فیزیكی :

از روشهای فیزیكی رایج می توان به دو روش زیر اشاره نمود :

الف ) اندازه گیری مقاومت الكتریكی ( Impedance Measurment )

این روش ، تكنیك نسبتاً سریعی است كه توسط آن جداسازی باكتری براساس فعالیت متابولیكی و مقاومت الكتریكی كه از خود نشان می دهد ، صورت می پذیرد . بدین صورت كه باكتریهای موجود در نمونه ، با گذشت زمان از خود مقاومت الكتریكی نشان می دهند كه میزان آن بر روی منحنی خاص نمایش داده می شود و اندازه گیری می گردد و از روی منحنی حاصله نوع باكتری و تعداد آن را تخمین می زنند . با استفاده از این روش جداسازی تعدادی از باكتری های بیماریزایی مواد غذایی مانند سالمونلا ، اشرشیاكولی ، استفیلوكوكوس آرئوس ( Staphylococcous Aureus ) و لیستریامنوسیتوژنز ، به طور موفق انجام گردیده است .

ب) فلوسیتومتری

منظور از این روش ، اندازه گیری تعدادی از سلولهای باكتری در یك محیط سوپانسیون ( مایع ) است كه در آن سلولها بطور جداگانه توسط یك كانال جریانی ( Flow Cytometry Canal ) به طرف دتكتور ( Detector ) هدایت می شوند و دستگاه قادر است كه هر سلول را از نظر تركیبی و هویتی مشخص نماید ( براساس بازهای آلی آدنین ( Adenine ) ، تمیمین ( Thymine ) ، گوانین ( Guanine ) و سیتوزین ( Cytosine ) با استفاده از این روش باكتری لیستریا منوسیتوژنز در شیر مورد شناسایی قرار گرفته است.

 

2- روشهای شیمیایی

الف ) روشهای سنجش تولید ATP توسط باكتری ( ATP Assessment ) تعیین میزان ATP تولید شده توسط باكتری یكی از روشهایی است كه در تعیین وضعیت بهداشتی مواد غذایی مورد استفاده قرار می گیرد و اساس آن واكنشی است كه بین آنزیم لوسیفراز ( Luciferase ) صورت می گیرد . بدین صورت كه آنزیم در حضور ATP تولید شده توسط باكتریها ، بر روی لوسیفرین اثر كرده و نور تولید می كند كه میزان این نور تولید شده توسط دستگاه اندازه گیری می گردد . بدیهی است هر چه تعداد باكتری در نمونه مورد بررسی بیشتر باشد ، ATP بیشتری تولید گردید و نور بیشتری ایجاد می گردد .

ب ) روش هیبریداسیون DNA ( DNA Hybridization ) : این روش كه به آن DNA Probe نیز اطلاق می گردد با استفاده از قطعات آماده و شناخته شده DNA ( پروب های آماده DNA ) انجام می گیرد و در واقع بین قطعه DNA معلوم و شناخته شده با قطعه DNA باكتری مجهول و ناشناخته یك نوع هیبریداسیون تكنیك عبارتند از :

1- نمونه مورد نظر را كه حاوی باكتری است ، از یك فیلتر غشایی عبور می دهند تا باكتری روی این غشاء عبور می دهند تا باكتری روی این غشاء را پر كند .

2- DNA باكتری مورد نظر را جدا كرده و قسمتی از آن را روی فیلتر فیكس می نمایند . (DNA Probe باكتری ).

3- قطعه ای از DNA كارك داده شده را كه می دانیم مربوط به چه نوع باكتری است (Probe آماده) به فیلتر اضافه می كنند تا توسط آن DNA باكتری مورد نظر را شناسایی كنند . بدین صورت كه چنانچه قطعه DNA مارك داده شده با قطعه DNAباكتری مجهول جفت شوند و هیبرید تشكیل دهند، با شستشوی فیلتر از هم جدا نمی شوند و بر روی فیلتر باقی می مانند و بدین شكل باكتری مورد نظر شناسایی می گردد . مثلاً اگر پروب آماده ای از باكتری سالمونلا را به فیلتر اضافه كنیم ، چنانچه باكتری مورد بررسی نیز سالمونلا باشد ، قطعات DNA آنها با یكدیگر هیبرید تشكیل داده و جفت می شوند در حال حاضر این تكنیك به صورت كیت های تجاری خاصی جهت تشخیص باكتریهای سا لمونلا، كمپیلوباكترCampilobacter ژژونی ، و لیستریا مورد استفاده قرار می گیرد

 

3-روشهای ایمونولوژیكی

روشهای سرولوژیكی از سالها قبل به صورت اختصاصی در مواد غذایی مورد استفاده قرار گرفته اند لیكن به دلیل وجود واكنشهای كثبت كاذب كه در این واكنشها رخ می دهد چندان مورد استقبال واقع نگردیدند . در سالهای اخیر با استفاده از تكنیك هایی نظیر پادتن های مونوكلونال Mono Coaglutination و كوآگلوتیناسیون لاتكسLatex Coaglutination و الیزااین مشكل مرتفع گردیده و امروزه كاربرد بسیارزیادی در تشخیص باكتریهای بیماریزا دارند

الف) روش كوآگلوتیناسیون لاتكس

روش ساده ای است كه بر اساس آن مبتنی بر انجام واكنش بین پادتن و پادگن ( یا آنتی بادی و آنتی ژن ) است كه توسط یك آنتی بادی مشخص شده ، آنتی ژن مورد نظر (باكتری یا توكسین ان) تشخیص داده می شود . امروزه در بازار ، پادتن های آماده كه به لاتكس حساس شده اند Antibody Sensitised Latex به صورت تجارتی وجود دارد كه نمونه آن كیست تجاری سالمونلا(پادتن ها آماده سالمونلا) است كه برای جداسازی سالمونلادر نمونه های مواد غذایی مورد استفاده قرار می گیرد . یعنی در اثر واكنش بین پادتن حاوی لاتكس و آنتی ژن (باكتری یا توكسین باكتری ) آگلوتیناسیون ایجاد شده و باكتری تشخیص داده می شود

ب) روش ELISA

یكی از تكنیك هایی كه به طور وسیع و گسترده ای برای جستجوی میكروبها در مواد غذایی مورد استفاده قرار می گیرد ، الیزا میباشد كه اساس آن اتصال یك آنزیم به آنتی ژن یا بادی مورد نظر است .

مراحل كار عبارتند از:

1- باكتری یا توكسین مورد نظر(آنتی ژن ) روی یك فاز جامد قرار داده می شود (كه این فاز جامد معمولاً پلی استیرن Poly Styrene است )

 

2- آنتی سرم اضافه می شود.

3-پادتن اختصاصی كه حاوی آنزیم است اضافه می شود .( آنتی ایمونوگلوبولین )

4-شستشوی ملایم می دهند و میزان آنزیم باقیمانده در لوله یا حفره میكروتیتر Microtiter را اندازه گیری می كند تا مقدار مصرف آنزیم ، میزان پادتن های اختصاصی سرم اولیه مورد آزمایش قرار می گیرد .

قابل ذكر است آنزیمی كه به طور معمول در این تكنیك مورد استفاده قرار می گیرد ، آنزیم هورس رادیش پراكسیداز (Horseradish Peroxidase ) است كه مقدار آن را با اضافه كردن سوبسترای خاص پراكسیداز و به روش كالیمتری ( Colorimeter ) اندازه گیری می كنند .

نوعی از این تكنیك به نام ساندویج الیزا موسوم است كه در آن پادتن جذب فاز جامد می شود و پس از شستشو محلول مورد آزمایش كه حاوی آنتی ژن است اضافه می شود و مورد نظر حداقل باید دو موضع اتصال داشته باشد ) امروزه از این روش برای تشخیص استافیلوكوكوس آرئوس ، سالمونلا ، اشرشیاكولی و توكسین های آنها استفاده می گردد .

 

ج ) روش غنی سازی انتخابی حركت ( Selective Motility Enrichment )

این روش كه از آن برای تشخیص سریع سالمونلا استفاده می گردد و به آزمایش سریع سالمونلا ( Samonella Rapid Test ) نیز معروف است ، در واقع یك روش سرولوژیكی است كه با غنی سازی باكتری توام است . یعنی ابتدا بایستی مراحل پیش غنی سازی باكتری ، غنی سازی انتخابی در محیط مایع و كشت در محیط جامد انتخابی صورت گرفته و سپس آزمایشات سرولوژیكی انجام گیرد . از آنجاییكه در این تكنینك ، حركت سالمونلا مدنظر است ، تنها سالمونلاهای متحرك قابل جداسازی و تشخیص هستند و با توجه به اینكه اكثر سالمونلاها و به ویژه سالمونلاهای بیماریزای مواد غذایی متحرك هستند ، این روش سریع كاربرد بسیار زیادی دارد .

 

4- روشهای ژنتیكی

در طی سالهای اخیر روشهای ژنتیكی پیشرفت چشمگیری داشته ان دو به وفور در علوم بیولوژی و میكرو بیولوژی مورد استفاده قرار می گیرند . بعضی از این روشها عبارتند از تكنیك نمایش DNA پلاسمیدی ، تكنیك آنالیز DNA پلاسمیدی ، تكنیك آنالیز DNA باكتری توسط آنزیمهای اندونوكلئاز و تكنیك PCR .

 

تكنیك PCR ( ‍Polymerase Chaina Reaction ) : یكی از روشهای دقیق تشخیص باكتریهاست می باشد كه منظور از آن پلیمریزاسیون و تكثیر و بزرگ سازی قسمتی از DNA باكتری است كه با كمك پرایمرها ( Primers )صورت می گیرد .

 

مراحل كار عبارتند از :

1-قطعه ای از DNA باكتری مورد نظر را كه باید بزرگ و تكثیر شود ، مشخص می كنند .

2-با كمك حرارت 95 درجه دو رشته DNA را از یگدیگر باز كرده و در واقع DNA باكتری را دناتوره می كنند .

3-با استفاده از دو پرایمر كه به دو طرف این قطعه DNA متصل می شود و یك آنزیم مقاوم به حرارت به نام DNA پلیمراز ( Thermostable DNA Polymerase ) ، DNA باكتری را پلی مریزه و تكثیر می نمایند . ( این آنزیم از باكتری گرمادوستی به نام ترموفیلوس آكواتیكوس بدست می آید ) این تكنیك ، روشی سریع ، قدرتمند و بسیار مناسب جهت تشخیص وجود باكتری می باشد و حتی قادر است تعداد 10 سلول از یك باكتری را در یك نمونه 10 گرمی غذا ، مشخص نماید و از این رو یك روش بسیار ارزشمند محسوب می گردد .

 

نتیجه گیری

برای تشخیص و جداسازی باكتریها بویژه باكتریهای بیماریزا مواد غذایی به طور كلی دو نوع روش وجود دارد . روشهای سنتی كه از سالیان دور مورد استفاده قرار گرفته اند و روشهای جدید كه غالباً طی دهه اخیر مطرح گردیده اند . روشهای سنتی كه غالباً در سه مرحله پیش غنی سازی ، غنی سازی و كشت در محیط جامد انتخابی انجام می گیرند ، حتی در مواردیكه در محیط انتخابی پرگنه واضح و تیپیكی تولید شده باشد بهتر است كه بوسیله بعضی از آزمایشات بیوشیمیایی مورد تایید قرار گیرند ( آزمایشات ساده ای مثل كاتالاز ، اكسیداز ، كوآگولاز و رنگ آمیزی گرم اگر به درستی انجام گیرند كمك بسیار زیادی به فرد نموه و از اتلاف وقت جلوگیری می نمایند ) در مجموع روشهای سنتی اگر چه ارزش زیادی داشته و هزینه كمی را به همراه دارند لیكن جداسازی باكتریها با این روشها بسیار وقت گیر وز مان بر بوده و همواره برای محققین ، مشكلاتی را ایجاد می نمایند . این موضوع خصوصاً در مواقعی كه با محدودیت زمانی مواجه هستیم و بایستی نتیجه را سریعاً اعلام نماییم اهمیت بیشتری پیدا می كند . روشهای جدید جداسازی و تشخیص باكتریهای بیماریزا ، برخلاف روشهای سنتی ، سرعت بسیار بیشتری دارند كه علی رغم این برتری نیازمند آزمایشگاههای مجهز و افراد بسیار مجرب هستند و هزینه های بسیار زیادی را به همراه دارند . با توجه به پیشرفتهای اساسی و قابل توجهی كه در این روشها صورت پذیرفته است به تدریج مشكلات مربوط به جداسازی و تشخیص باكتریهای مختلف مرتفع خواهند گردید . در بین روشهای جدید ، تكنیك های ELISA , PCR و هیبریداسیون DNA دارای كاربرد بیشتری می باشند .

 

Bacteria

Bacteria (/bækˈtɪəriə/ ( listen); singular: bacterium) are a large domain of prokaryotic microorganisms. Typically a few micrometres in length, bacteria have a wide range of shapes, ranging from spheres to rods and spirals. Bacteria are present in most habitats on Earth, growing in soil, acidic hot springs, radioactive waste,^[2] water, and deep in the Earths crust, as well as in organic matter and the live bodies of plants and animals, providing outstanding examples of mutualism in the digestive tracts of humans, termites and cockroaches. There are typically 40 million bacterial cells in a gram of soil and a million bacterial cells in a millilitre of fresh water; in all, there are approximately five nonillion (5×10³⁰) bacteria on Earth,^[3] forming a biomass that exceeds that of all plants and animals.^[4] Bacteria are vital in recycling nutrients, with many steps in nutrient cycles depending on these organisms, such as the fixation of nitrogen from the atmosphere and putrefaction. In the biological communities surrounding hydrothermal vents and cold seeps, bacteria provide the nutrients needed to sustain life by converting dissolved compounds such as hydrogen sulphide and methane. Most bacteria have not been characterised, and only about half of the phyla of bacteria have species that can be grown in the laboratory.^[5] The study of bacteria is known as bacteriology, a branch of microbiology.

There are approximately ten times as many bacterial cells in the human flora as there are human cells in the body, with large numbers of bacteria on the skin and as gut flora.^[6] The vast majority of the bacteria in the body are rendered harmless by the protective effects of the immune system, and a few are beneficial. However, a few species of bacteria are pathogenic and cause infectious diseases, including cholera, syphilis, anthrax, leprosy, and bubonic plague. The most common fatal bacterial diseases are respiratory infections, with tuberculosis alone killing about 2 million people a year, mostly in sub-Saharan Africa.^[7] In developed countries, antibiotics are used to treat bacterial infections and in agriculture, so antibiotic resistance is becoming common. In industry, bacteria are important in sewage treatment and the breakdown of oil spills, the production of cheese and yogurt through fermentation, the recovery of gold, palladium, copper and other metals in the mining sector,^[8] as well as in biotechnology, and the manufacture of antibiotics and other chemicals.^[9]

Once regarded as plants constituting the class Schizomycetes, bacteria are now classified as prokaryotes. Unlike cells of animals and other eukaryotes, bacterial cells do not contain a nucleus and rarely harbour membrane-bound organelles. Although the term bacteria traditionally included all prokaryotes, the scientific classification changed after the discovery in the 1990s that prokaryotes consist of two very different groups of organisms that evolved independently from an ancient common ancestor. These evolutionary domains are called Bacteria and Archaea.^[10]

Etymology

The word bacteria is the plural of the New Latin bacterium, which is the latinisation of the Greek βακτήριον (baktērion),^[11] the diminutive of βακτηρία (baktēria), meaning "staff, cane",^[12] because the first ones to be discovered were rod-shaped.^[13]

 

Morphology

Bacteria display a wide diversity of shapes and sizes, called morphologies. Bacterial cells are about one tenth the size of eukaryotic cells and are typically 0.5–5.0 micrometres in length. However, a few species — for example, Thiomargarita namibiensis and Epulopiscium fishelsoni — are up to half a millimetre long and are visible to the unaided eye;^[36] E. fishelsoni reaches 0.7 mm.^[37] Among the smallest bacteria are members of the genus Mycoplasma, which measure only 0.3 micrometres, as small as the largest viruses.^[38] Some bacteria may be even smaller, but these ultramicrobacteria are not well-studied.^[39]

Most bacterial species are either spherical, called cocci (sing. coccus, from Greek κόκκος-kókkos, grain, seed), or rod-shaped, called bacilli (sing. bacillus, from Latin baculus, stick). Elongation is associated with swimming.^[40] Some rod-shaped bacteria, called vibrio, are slightly curved or comma-shaped; others, can be spiral-shaped, called spirilla, or tightly coiled, called spirochaetes. A small number of species even have tetrahedral or cuboidal shapes.^[41] More recently, bacteria were discovered deep under the Earths crust that grow as long rods with a star-shaped cross-section. The large surface area to volume ratio of this morphology may give these bacteria an advantage in nutrient-poor environments.^[42] This wide variety of shapes is determined by the bacterial cell wall and cytoskeleton, and is important because it can influence the ability of bacteria to acquire nutrients, attach to surfaces, swim through liquids and escape predators.^[

Many bacterial species exist simply as single cells, others associate in characteristic patterns: Neisseria form diploids (pairs), Streptococcus form chains, and Staphylococcus group together in "bunch of grapes" clusters. Bacteria can also be elongated to form filaments, for example the Actinobacteria. Filamentous bacteria are often surrounded by a sheath that contains many individual cells. Certain types, such as species of the genus Nocardia, even form complex, branched filaments, similar in appearance to fungal mycelia.^[45]

Bacteria often attach to surfaces and form dense aggregations called biofilms or bacterial mats. These films can range from a few micrometers in thickness to up to half a meter in depth, and may contain multiple species of bacteria, protists and archaea. Bacteria living in biofilms display a complex arrangement of cells and extracellular components, forming secondary structures such as microcolonies, through which there are networks of channels to enable better diffusion of nutrients.^[46][47] In natural environments, such as soil or the surfaces of plants, the majority of bacteria are bound to surfaces in biofilms.^[48] Biofilms are also important in medicine, as these structures are often present during chronic bacterial infections or in infections of implanted medical devices, and bacteria protected within biofilms are much harder to kill than individual isolated bacteria.^[49]

Even more complex morphological changes are sometimes possible. For example, when starved of amino acids, Myxobacteria detect surrounding cells in a process known as quorum sensing, migrate towards each other, and aggregate to form fruiting bodies up to 500 micrometres long and containing approximately 100,000 bacterial cells.^[50] In these fruiting bodies, the bacteria perform separate tasks; this type of cooperation is a simple type of multicellular organisation. For example, about one in 10 cells migrate to the top of these fruiting bodies and differentiate into a specialised dormant state called myxospores, which are more resistant to drying and other adverse environmental conditions than are ordinary cells.^[51]

Metabolism

Bacteria exhibit an extremely wide variety of metabolic types.^[93] The distribution of metabolic traits within a group of bacteria has traditionally been used to define their taxonomy, but these traits often do not correspond with modern genetic classifications.^[94] Bacterial metabolism is classified into nutritional groups on the basis of three major criteria: the kind of energy used for growth, the source of carbon, and the electron donors used for growth. An additional criterion of respiratory microorganisms are the electron acceptors used for aerobic or anaerobic respiration.^[95]

Carbon metabolism in bacteria is either heterotrophic, where organic carbon compounds are used as carbon sources, or autotrophic, meaning that cellular carbon is obtained by fixing carbon dioxide. Heterotrophic bacteria include parasitic types. Typical autotrophic bacteria are phototrophic cyanobacteria, green sulfur-bacteria and some purple bacteria, but also many chemolithotrophic species, such as nitrifying or sulfur-oxidising bacteria.^[96] Energy metabolism of bacteria is either based on phototrophy, the use of light through photosynthesis, or based on chemotrophy, the use of chemical substances for energy, which are mostly oxidised at the expense of oxygen or alternative electron acceptors (aerobic/anaerobic respiration).

Finally, bacteria are further divided into lithotrophs that use inorganic electron donors and organotrophs that use organic compounds as electron donors. Chemotrophic organisms use the respective electron donors for energy conservation (by aerobic/anaerobic respiration or fermentation) and biosynthetic reactions (e.g. carbon dioxide fixation), whereas phototrophic organisms use them only for biosynthetic purposes. Respiratory organisms use chemical compounds as a source of energy by taking electrons from the reduced substrate and transferring them to a terminal electron acceptor in a redox reaction. This reaction releases energy that can be used to synthesise ATP and drive metabolism. In aerobic organisms, oxygen is used as the electron acceptor. In anaerobic organisms other inorganic compounds, such as nitrate, sulfate or carbon dioxide are used as electron acceptors. This leads to the ecologically important processes of denitrification, sulfate reduction and acetogenesis, respectively.

Another way of life of chemotrophs in the absence of possible electron acceptors is fermentation, where the electrons taken from the reduced substrates are transferred to oxidised intermediates to generate reduced fermentation products (e.g. lactate, ethanol, hydrogen, butyric acid).