Bacteria

Bacteria : แบคทีเรียคืออะไร ?

Bacteria : แบคทีเรีย หากจะแบ่งชนิดของเชื้อโรคออกเป็นกลุ่มใหญ่แล้ว เชื้อแบคทีเรีย ถือว่าเป็น 1 ใน 5 ชนิดของเชื้อโรคที่ก่อให้เกิดโรคติดต่อ นอกเหนือไปจาก เชื้อไวรัส เชื้อรา ริกเกตเซีย และพยาธิ

บทความนี้ผมขอเขียนถึงเรื่องเชื้อแบคทีเรียกันก่อนนะครับ ส่วนเชื้อโรคชนิดอื่น ๆ คงทยอยนำมาให้ท่านได้ศึกษาหาความรรู้กันต่อไป

ก่อนอื่นลองมาดูข้อมูลเกี่ยวกับการศึกษาด้านจุลชีววิทยา กันสักนิดนะครับเพื่อปูพื้นฐานความเข้าใจสักหน่อย

คำว่า "จุลชีววิทยา (Microbiology)" หมายถึง วิชาที่ศึกษาเกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตตัวเล็กๆ ที่เห็นได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์ (Micro = จุล, ฺBio = ชีว, Logy = วิชา) สิ่งมีชีวิตตัวเล็กๆ เหล่านี้ ได้แก่ แบคทีเรีย, รา, สาหร่ายสีน้ำเงินแกมเขียว, โปรโตซัว และไวรัส เป็นต้น รวมๆ แล้วเราเรียกพวกมันว่า จุลชีพ หรือจุลินทรีย์ (Microorganism หรือ Microbe) นั่นเองครับ จุลินทรีย์ หรือจุลชีพ เป็นสิ่งมีชีวิตตัวเล็ก ๆ ที่ไม่สามารถเห็นได้ด้วยตาเปล่า ดังนั้นจึงต้องอาศัยกล้องจุลทรรศน์ในการขยายขนาดของสิ่งมีชีวิตตัวเล็ก ๆ เหล่านี้ กล้องจุลทรรศน์จึงจำเป็นอย่างมากในการศึกษา มีอยู่หลายชนิด Admin ขอไม่เอ่ยถึงละกันนะครับเดี๋ยวเรื่องมันจะยาวไป

ประวัติการศึกษาจุลินทรีย์

เมื่อก่อนนี้คนเชื่อว่า การเจ็บป่วยเป็นโรคเกิดจากเชื้อโรค ซึ่งสามารถแพร่กระจายไปได้ แต่ไม่มีใครรู้จักรูปร่างจนกระทั่ง ปี 1676 Leeuwenhoek เป็นคนแรกที่รู้จักแบคทีเรีย และเป็นคนแรกที่ผลิตกล้องจุลทรรศน์แบบเลนซ์เดียว เขาใช้ส่องดูแบคทีเรียซึ่งมาจากน้ำลาย พบว่า แบคทีเรียมีรูปร่าง 3 แบบ คือ กลม (Coccus) ,รูปแท่ง (Bacillus) และรูปเกลียว(Spiral) ก่อนหน้านี้ประมาณศตวรรษที่ 16 คนมีความเชื่อกันว่า สิ่งมีชีวิตเกิดขึ้นมาจากสิ่งที่ไม่มีชีวิต แต่มีบางคนเชื่อว่า สิ่งมีชีวิตต้องเกิดมาจากสิ่งมีชีวิตเท่านั้น ความคิดจึงมีอันแตกแยกเป็น 2 ฝ่าย

แต่แล้ว Louis Pasteur (ปี ค.ศ. 1822-1895) เป็นผู้หักล้างความเชื่อถือที่ว่าสิ่งมีชีวิตเกิดขึ้นจากสิ่งไม่มีชีวิต โดยทำการทดสอบ โดยใช้ขวดเป็นรูปคอห่านบรรจุอาหารที่ปราศจากเชื้อ ปรากฏว่าอาหารนั้นไม่เสีย แสดงว่าบริเวณปลายโค้งงอของขวดรูปคอห่านจะดักจุลินทรีย์ไว้ไม่ให้เข้าไปทำให้อาหารที่บรรจุอยู่เสีย Louis Pastuer ได้ชื่อว่าเป็นบิดาแห่งวิชาแบคทีเรีย เขาเป็นคนแรกที่ค้นพบการ Fermentation พบว่า การหมักเกิดจากจุลินทรีย์ นอกจากนั้นการบูดเน่าของอาหารก็เกิดจากเชื้อจุลินทรีย์ด้วย

Robert Koch (ปี ค.ศ.1843-1910) ได้ค้นพบโรค Anthrax ในวัวควายว่าเกิดจากแบคทีเรีย รูปร่างเป็นแท่งในเลือดเขาได้รวบรวมการทดลองของเขาเรียกว่า Koch's Postulate มีความสำคัญดังนี้

1. สามารถพบเชื้อได้ในผู้ป่วยที่เป็นโรค แต่ไม่อาจพบได้ในคนปกติ
2. สามารถแยกเชื้อได้จากผู้ป่วยที่เป็นโรค และแยกออกมาเป็นเชื้อบริสุทธิ์ได้
3. เชื้อนี้ฉีดเข้าไปในสัตว์ทดลอง ทำให้สัตว์ทดลองเป็นโรคชนิดเดียวกับข้อ 1
4. สามารถแยกเชื้อจากสัตว์ทดลองที่เป็นโรคได้ และเป็นชนิดเดียวกับข้อ 2

Robert Koch  ทำให้เกิดความเจริญก้าวหน้าทางด้านแบคทีเรีย เป็นผู้พบวิธีการ Smear เชื้อบนสไลด์และย้อมสีด้วยดูรูปร่าง และเขายังพบวิธีการเลี้ยงเชื้อแบคทีเรียบนอาหารแข็งอีกด้วย

คุณสมบัติทั่วไปของแบคทีเรีย

แบคทีเรียมีขนาดกว้างโดยเฉลี่ยประมาณ 1.5 µm และยาวประมาณ 2 µm แต่ละเซลล์มีน้ำหนักประมาณ 10-12 กรัมหรือกล่าวได้ว่า แบคทีเรีย 1 กรัม จะเซลล์แบคทีเรียถึง 1 ล้านเซลล์ แบคทีเรียเป็นสิ่งมีชีวิตขนาดเซลล์เดียว ในสิ่งแวดล้อมที่เหมาะสม แบคทีเรียแต่ละเซลล์จะแบ่งตัวด้วยวิธี Binary Fission ทำให้ได้แบคทีเรียใหม่ 2 เซลล์ ขนาดเท่า ๆ กัน แบคทีเรียทุกชนิดต้องการน้ำ อาหาร แร่ธาตุ สำหรับการเจริญเติบโต บางชนิดต้องการกรดอะมิโน วิตามิน และสารบางอย่างที่มันไม่สามารถสร้างขึ้นเองได้ แบคทีเรียจำเป็นต้องใช้อาหารชนิดที่เมื่อผ่านเซลล์เข้าไป แล้วสามารถสร้างส่วนประกอบของเซลล์ หรือให้พลังงานสำหรับการทำงานต่าง ๆ ของเซลล์

ปัจจัยที่มีผลต่อการเจริญเติบโตของแบคทีเรีย

1. อุณหภูมิ สามารถแบ่งแบคทีเรียได้ 3 ประเภท ตามความแตกต่างของอุณหภูมิ

   - Psychrophiles สามารถเจริญได้ดีในอุณหภูมิ 0 ^๐C หรือต่ำกว่า

   - Mesophiles เจริญได้ดีในอุณหภูมิ 25 ^๐C - 40 ^๐C

   - Thermophiles เจริญได้ในอุณหภูมิ 45 ^๐C - 60 ^๐C

2. ความต้องการออกซิเจน สามารถแบ่งแบคทีเรียตามความต้องการออกซิเจนในการเจริญเติบโตออกเป็น

   - แอโรบิคแบคทีเรีย (Aerobic Bacteria) คือพวกที่เจริญได้ในบรรยากาศที่มีออกซิเจน

   - แอนแอโรบิคแบคทีเรีย (Anaerobic Bacteria) คือ พวกที่เจริญได้ในบรรยากาศที่ไม่มีออกซิเจน

   - แฟคัลเททีฟ แอนแอโรบิคแบคทีเรีย (Facultative Anaerobic Bacteria) คือพวกที่เจริญได้ทั้งในบรรยากาศที่มีออกซิเจน และไม่มีออกซิเจน

   - ไมโครแอโรฟิลิค แบคทีเรีย (Microaerophilic Bacteria) เจริญในบรรยากาศที่มีออกซิเจนเพียงเล็กน้อย

3. สภาพความเป็นกรด-ด่าง แบคทีเรียส่วนมากเจริญได้ดีในช่วงของ pH 6.5-7.5 พวกราหรือยีสต์ทนต่อกรดได้ดีกว่า คือประมาณ pH 5
4. ความชื้น แบคทีเรียส่วนใหญ่ต้องการความชื้น การใช้อาหารในรูปของสารละลาย (Solution) แบคทีเรียบางอย่างทนต่อความแห้งแล้งได้ดี เช่น Tubercle bacilli และ Staphylococcus aureus. พวกที่มีสปอร์ก็ทนต่อความแห้งแล้งได้ดี
5. แสงสว่าง แบคทีเรียทั่วไปไม่ต้องการแสงในการเจริญเติบโต ยกเว้นแบคทีเรียพวกที่สังเคราะห์แสงได้เท่านั้นที่ต้องการแสงในการเจริญเติบโต
6. เสียง ความถี่ของเสียงสูง ๆ ทำให้เซลล์ของแบคทีเรียแตกได้

โครงสร้างและรูปร่างของแบคทีเรีย 

แบคทีเรียเป็นสิ่งมีชีวิตขนาดเซลล์เดียว มีผนังเซลล์ (Cell wall) ที่แข็งแรง ทำให้คงรูปอยู่ได้ ได้อาหารด้วยวิธีดูดซึม สืบพันธุ์ด้วยการแบ่งตัวแบบ Binary fission เซลล์ของแบคทีเรียเป็นแบบ Prokaryotes คือ เป็นเซลล์ที่ไม่มี Nuclear membrane ไม่มี Nucleus เป็นขอบเขตที่ชัดเจน ส่วนสิ่งที่มีชีวิตอื่น ๆ เช่น คน สัตว์ พืช ส่าหร่าย และ Protozoa เป็นเซลล์แบบ Eukaryotes คือ เซลล์ที่มี Nucleus จริง ๆ มี Membrane ล้อมรอบ Nucleus

โครงสร้างของแบคทีเรียประกอบไปด้วย ผนังเซลล์ชั้นนอก (cell wall) ผนังเซลล์ชั้นใน (Plasma Membrane) ซึ่งจะห่อหุ้มไซโตพลาสม (Cytoplasm) ในไซโตพลาสมจะมีออแก็นเน็ลล์ (Organelle) หลายชนิดที่สำคัญคือไรโบโซม (Ribosome) มีหน้าที่ในการสร้างโปรตีน มีนิวคลิออย (Nucleoid) ซึ่งเป็นหน่วยพันธุกรรมคือ DNA ที่ไม่มีเยื่อหุ้มซึ่งแตกต่างจากสัตว์ชั้นสูงและพวกยูคาลิโอด (Eukaryote) จึงจัดแบคทีเรียอยู่ในพวก โปรคาลิโอด (Prokaryote) แบคทีเรียจะมีระยางค์ (Appendages) คือฟลาเจลลา (flagella) มีหน้าที่ในการเคลื่อนที่ และมีฟิมเบรีย (Fimbria) หรือไพไล (Pili) ใช้ในการเกาะติดกับเซลล์ของโฮสท (host) นอกจากนั้นแบคทีเรียบางชนิดยังสามารถสร้างแคปซูลและสร้างสปอร์เพื่อทนต่อสภาพสิ่งแวดล้อมที่ไม่เหมาะสม

ผนังเซลล์ (Cell wall) เป็นโครงสร้างที่แข็งแรงทำให้แบคทีเรียมีรูปร่างคงที่ มีหน้าที่ควบคุมการผ่านเข้าออกของน้ำและสารประกอบที่เป็นอาหารต่าง ๆ เนื่องจากมีรูพรุน ช่วยป้องกันไม่ให้เซลล์แตก เมื่ออยู่ในสิ่งแวดล้อมที่มี Osmotic Pressure ต่างกัน ผนังเซลล์ของแบคทีเรียเป็น Antigen ที่ไปกระตุ้นร่างกายคนและสัตว์ให้สร้าง Antibody โครงสร้างภายในผนังเซลล์ที่แตกต่างกัน ทำให้การย้อมสีแบคทีเรีย โดยวิธีของ Gram จะติดสีแตกต่างกัน ทำให้แยกชนิดของแบคทีเรียเบื้องต้นได้

เยื่อหุ้มเซลล์ (Cell membrane) เป็นเยื่อบาง ๆ อยู่ถัดจากผนังเซลล์เข้าไป สิ่งมีชีวิตทุกชนิดจะมีเยื่อหุ้มเซลล์ ซึ่งมีส่วนประกอบที่สำคัญคือ ฟอสโฟไลปิด Phospholipid และโปรตีน (Protein) หน้าที่ของเยื่อหุ้มเซลล์คือ ควบคุมการผ่านเข้าออกของสารต่าง ๆ เกี่ยวข้องกับการแบ่งเซลล์ การสร้างพลังงานของเซลล์ เยื่อหุ้มเซลล์ส่วนที่ยื่นเข้าไปในส่วนของเซลล์ (Cytoplasm) เรียกว่า Mesosome ทำหน้าที่สะสมน้ำย่อย (Enzyme) และสารต่าง ๆ ที่จำเป็นของเซลล์

Cytoplasm เป็นส่วนที่อยู่ในเยื่อหุ้มเซลล์ ประกอบด้วย น้ำ น้ำย่อย ออกซิเจน และอาหารที่จำเป็น เช่น โปรตีน คาร์โบไฮเดรต ไขมัน และของเสีย แฟลกเจลลา (Flagella) มีในแบคทีเรียบางชนิด มีลักษณะเป็นเส้นยื่นออกยาวไป ภายนอกเซลล์ยื่นออกไปจากส่วนที่อยู่ใน Cytoplasm ติดกับเยื่อหุ้มเซลล์ ยื่นผ่านเยื่อหุ้มเซลล์และผนังเซลล์ออกไป ส่วนประกอบที่สำคัญเป็นโปรตีนที่เรียกว่า แฟลกเจลลิน (Flagellin) มีคุณสมบัติเป็นแอนติเจน หน้าที่สำคัญของ Flagella คือทำให้แบคทีเรียเคลื่อนที่ได้ Pili หรือ Fimbriae ส่วนใหญ่พบในแบคทีเรียแกรมลบ มีลักษณะเป็นท่อนสั้น ๆ ยื่นออกจาก Cytoplasm ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์และผนังเซลล์ออกไปนอกเซลล์ แต่ขนาดสั้นกว่า Flagella หน้าที่ของ Pili คือ ช่วยในการยึดเกาะกับสิ่งอื่น

Cytoplasmic granules แบคทีเรียจะสะสมอาหารไว้ในรูปของแกรนูล โดยเก็บเป็นไขมัน กำมะถัน สารอนินทรีย์ฟอสเฟต และแป้ง เป็นต้น

Nuclear material เป็นก้อนนิวเคลียสกระจายอยู่ทั่วไปใน Cytoplasm มีรูปร่างไม่แน่นอนมีโมเลกุลของ DNA มีหน้าที่ควบคุมการแบ่งเซลล์ และการทำงานของเซลล์

สปอร์ หรือ Endospore แบคทีเรียบางชนิดจะสร้างสปอร์ภายในเซลล์ สปอร์จะถูกห่อหุ้มด้วยผนังหนาหลายชั้นซึ่งทนทานต่อ ความร้อน ความแห้งแล้ง และสารเคมีได้ หน้าที่ของสปอร์ทำให้แบคทีเรียทนทานต่อสภาพแวดล้อมที่ไม่เหมาะสมได้นานๆ บางทีเป็นหลายปี ต่อเมื่อสิ่งแวดล้อมเหมาะสม มีความชื้น Spore จึงงอกด้วยวิธี Germination ให้แบคทีเรียใหม่ 1 เซลล์

แคปซูล (Capsule) มีในแบคทีเรียบางชนิด แคปซูลจะอยู่นอกสุดของเซลล์ ห่อหุ้มผนังเซลล์ไว้ลักษณะเป็นเมือก ลื่นหนา มีหน้าที่ป้องกันเซลล์ของแบคทีเรียไม่ให้ถูกเม็ดเลือดขาวทำลาย

แบคทีเรียมีหลายพวก

• Free living  คือ พวกที่อาศัยอยู่อิสระ อาศัยอาหารจากอนินทรีย์เคมีในธรรมชาติ
• Saprophyte คือ พวกที่ อาศัยอาหารจากซากพืชซากสัตว์ที่ตายแล้ว เปลี่ยนสารอินทรีย์เคมีจากซากพืชซากสัตว์ให้เป็นสารอนินทรีย์เคมี
• Parasite คือ พวกที่อยู่ร่วมกับสิ่งมีชีวิตอื่น แล้วไปทำอันตรายแก่สิ่งชีวิตที่มันไปอยู่ด้วย ฝ่ายที่ทำให้เกิดอันตรายเรียก "Parasite" สิ่งมีชีวิตให้ Parasite อาศัยอยู่เรียก "Host" การมี Parasite อยู่ในหรือบนร่างกาย Host เรียกว่า "Infestation" และการมีจุลินทรีย์ผ่านเข้าไปเจริญและแบ่งตัวเพิ่มจำนวน และทำอันตราย Host เรียกว่า "Infection" การติดเชื้อ เรียก Parasite ที่ทำให้เกิดโรคว่า "Pathogen"

รูปร่างของแบคทีเรียและโครงสร้าง แบ่งออกเป็น 3 แบบใหญ่ ๆ คือ

1.  รูปร่างกลม (Coccus, Cocci) เป็นพวกที่มีลักษณะทรงกลม การเรียงตัวของเซลล์
Micrococcus เซลล์อยู่เป็นเดี่ยว ๆ
Diplococcus เซลล์เรียงตัวเป็นคู่กัน แบ่งตัวแนวเดียว
Streptococcus เซลล์แบ่งตัวแนวเดียว เป็นสายยาวเหมือนโซ่ (chain)
Staphylococcus เซลล์แบ่งตัวไม่สม่ำเสมอกัน ได้เซลล์ใหม่จับกลุ่มเป็นกระจุก

2.   รูปแท่ง (Bacillus, Bacilli) รูปร่างเป็นท่อน rod มีขนาดและรูปร่างหลายแบบ เช่น รูปท่อนสี่เหลี่ยม รูปท่อนอ้วนคล้ายรูปไข่ รูปกระบองหัวใหญ่ปลายเล็ก เป็นต้น

3.   รูปขดเป็นเกลียว (Spirillum, Spirilla)
-  พวกที่มีรูปร่างโค้งงอ (Curve) เช่น เชื้อ Vibrio
-  พวกมีโค้งหลายรอบขดเป็นเกลียว เช่น พวก Treponema

อ่านต่อ Read More >>>>   สรีรวิทยาทั่วไปของแบคทีเรีย