علم الأحياء الدقيقة – التاريخ والأساسيات

ستجد هنا مقالًا قصيرًا عن تاريخ وأساسيات علم الأحياء الدقيقة.

التاريخ

عندما يتعلق الأمر بـ”الكائنات الدقيقة“، يفكر الكثير من الناس على الفور في مسببات الأمراض. ولكن ما لا يعرفه الكثيرون هو أن معظم البكتيريا ليست ضارة فحسب، بل إنها تلعب أيضًا دورًا مهمًا في الحياة. فقد تم وصف الأمراض المعدية بالتفصيل منذ العصور القديمة، وظل الناس لفترة طويلة يعتقدون أن أمراضًا مثل ”الملاريا“ (التي تعني باللاتينية ”الهواء الفاسد“) تنتج عن أبخرة كريهة الرائحة أو سوائل جسدية فاسدة.

كان تطوير المجهر خطوة حاسمة في علم الأحياء الدقيقة. في عام 1683، راقب فان ليوينهوك تحت مجهره البكتيريا والكائنات الحية الدقيقة التي عزلها من قش القش أو طبقة الأسنان. لكنه لم يستطع استخلاص أي استنتاجات أخرى من ملاحظاته. كما أن نظرية الطبيب فراكاستوريوس التي تقول إن مادة حية يمكن أن تسبب مرضًا معديًا لم تلق قبولًا واسعًا في البداية.

لم يثبت لازارو سبالانزاني إلا في نهاية القرن الثامن عشر أن الكائنات الدقيقة في قش الحشيش لم تنشأ عن طريق التولد التلقائي، بل عن طريق التلوث المسبق. في عام 1857، دحض لويس باستور أخيرًا نظرية التولد التلقائي من خلال تجاربه على التخمير، وبذلك قدم مساهمة مهمة في تطور علم الأحياء الدقيقة.

لم يتم إثبات العلاقة بين مسببات أمراض معينة والأمراض المعدية بشكل قاطع إلا في نهاية القرن التاسع عشر. نجح روبرت كوخ في عام 1876 في تحديد العامل الممرض البكتيري باعتباره المسبب المحدد للمرض، مستشهداً بمرض الجمرة الخبيثة كمثال.

الأساسيات

صاغ الباحثان هنل وكوخ الفرضيات التي تحمل اسميهما، والتي يجب استيفاؤها لتحديد جرثومة معينة على أنها مسببة للأمراض. وهذه الفرضيات هي:

1. يجب أن يكون الممرض نفسه قابلاً للكشف في كل حالة من حالات الأمراض المعدية التي لها مسار ومرحلة مرضية مماثلة.
2. يجب ألا يظهر الممرض في أمراض أخرى كجراثيم عشوائية غير مسببة للأمراض.
3. يجب أن تؤدي زراعة الممرضات النقية إلى ظهور نفس الأعراض المرضية لدى البشر وأعراض مشابهة لدى الحيوانات.

على الرغم من أن فرضيات هنل-كوخ صيغت بشكل واضح ومفهوم، إلا أنها تفقد أهميتها العالمية مع ظهور اكتشافات جديدة. لا يجب أن تتحقق جميع الفرضيات دائمًا، خاصة في حالة الأمراض الفيروسية، ولكنها تظل أمراضًا معدية.

على الرغم من تحسن دقة الميكروسكوب الضوئي وإدخال تقنيات التلوين من قبل إيرليش (1882) وغرام (1884)، ظل التركيب الدقيق للخلية البكتيرية مجهولاً لفترة طويلة. لم يكن من الممكن الحصول على رؤية أكثر تفصيلاً للبنية البكتيرية إلا مع إدخال الميكروسكوب الإلكتروني في عام 1938.

لا تزال الطرق الكلاسيكية في علم الأحياء الدقيقة مهمة، ولكن علم الوراثة البكتيرية والكيمياء الحيوية لهما أهمية خاصة في التشخيص والتصنيف. في عام 1944، نجح أفيري وماكلويد وماكارتني لأول مرة في إثبات أن الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين (DNA) يحمل المعلومات الوراثية. في عام 1953، فكّ واتسون وكريك شفرة بنية الحمض النووي من خلال تحليلات هيكلية بالأشعة السينية.

في عام 1892، اكتشف إيفانوفسكي وجود الفيروسات من خلال مرض الفسيفساء الذي يصيب نباتات التبغ. ولكن لم يتمكن من دراسة تأثير الفيروسات على الخلايا إلا في عام 1949، بعد أن أدخل إندرز ثقافة الخلايا أحادية الطبقة المضاف إليها المضادات الحيوية.

يتم استخدام العديد من المعايير لتصنيف مسببات الأمراض التي تسبب الأمراض المعدية لدى البشر والحيوانات، حيث يعتبر حجم الممرضات معيارًا واضحًا بشكل خاص.

الأجسام الأصغر من الخلية تشمل البريونات (< 5 نانومتر) والفيرويدات (< 5 نانومتر) والفيروسات (20-200 نانومتر). الكائنات الحية أحادية الخلية التي تصنف على أنها بدائية النواة يبلغ حجمها 200-2000 نانومتر وتشمل الكلاميديا والريكتسيا والميكوبلازما والبكتيريا. الكائنات الحية متعددة الخلايا، التي تُصنف على أنها كائنات حية حقيقية النواة، يبلغ حجمها أكثر من 2000 نانومتر وتشمل الفطريات والطفيليات الأولية. ومن بين الكائنات الحية متعددة الخلايا أيضًا الديدان والمفصليات (المفصليات).