สรีรวิทยาทั่วไปของแบคทีเรีย
ความต้องการทางอาหารของแบคทีเรีย แบคทีเรียต้องการพลังงานสำหรับการเจริญเติบโต การรักษาสภาพสมดุลย์ และการเพิ่มจำนวน ดังเช่นสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ ทุกชนิด
แบคทีเรียส่วนใหญ่ดำรงชีวิตแบบ Heterotrophic ในแง่เกี่ยวกับอาหาร คือ ไม่สามารถสังเคราะห์สารประกอบอินทรีย์ จากสารประกอบอนินทรีย์ที่ง่าย ๆ ได้ มันต้องการสารอินทรีย์ที่ซับซ้อนเป็นจำนวนมาก เช่น กรดอะมิโน กลูโคส และไวตามิน แบคทีเรียที่อยู่ในดินมีเอ็นไซม์ไปย่อยสารอินทรีย์ในรูปของปุ๋ย หรือ Humus ให้แตกตัวเป็นสารประกอบง่าย ๆ ที่แบคทีเรียดูดซึมนำไปใช้เป็นแหล่งพลังงานได้ สิ่งมีชีวิตที่สามารถเอาอาหารจากสารประกอบโดยวิธีนี้เรียกว่า Saprophytes ทำให้เกิดการ ผุพังของซากพืช ซากสัตว์
แบคทีเรียบางชนิดขาดเอ็นไซม์บางระบบไป จึงต้องอาศัยเอ็นไซม์จากแบคทีเรียอื่น หรือสิ่งมีชีวิตอื่นแทน เพื่อสร้างกรดอะมิโน กลูโคส และไวตามิน ที่ใช้ในการเจริญเติบโต แบคทีเรียพวกนี้เป็น Parasite ทำให้สิ่งมีชีวิตที่ถูกมันอาศัยเป็น Host ทำให้ Host เกิดโรคและตายได้ แบคทีเรียบางชนิดมีการดำรงชีวิตแบบ Autotrophic คือ สามารถสังเคราะห์สารประกอบอินทรีย์ที่มันต้องการจาก สารอนินทรีย์ที่ง่าย ๆ ได้ด้วยตนเอง
การสืบพันธุ์และการเจริญเติบโตของแบคทีเรีย แบคทีเรียมีการสืบพันธุ์รวดเร็ว โดยวิธีแบ่งเซลล์แบบ Binary fission จาก 1 เซลล์ แบ่งตัวเป็น 2 เซลล์ จาก 2 เป็น 4 จาก 4 เป็น 8 ดังนี้เรื่อย ๆ ไป การเจริญเติบโตจะเกิดขึ้นระยะหนึ่ง ดังแสดงในกราฟ เป็นดังนี้
- ช่วงที่ 1 เรียก Lag phase เป็นช่วงที่แบคทีเรียพยายามปรับตัวให้เข้ากับสิ่งแวดล้อม การเจริญเติบโตที่วัดได้จึงน้อยมาก หรือเกือบเท่าเดิม
- ช่วงที่ 2 เรียก Log phase หรือ Exponential phase เป็นช่วงที่แบคทีเรียสามารถปรับตัวให้เข้ากับสิ่งแวดล้อมได้แล้ว การเจริญเติบโตจึงมีมากมาย
- ช่วงที่ 3 เรียก Stationary phase การเจริญช่วงนี้จะคงที่ เพราะอาหารเริ่มหมดและมีการสร้างผลิตผลที่ไม่เหมาะสมต่อการเจริญเติบโตของแบคทีเรีย ดังนั้นอัตราการเกิดจะใกล้เคียงกับอัตราการตาย
- ช่วงที่ 4 เรียก Phase of decline เริ่มมีการตายเกิดขึ้นมาก เพราะอาหารหมด และมีสารพิษมาก
ความสัมพันธ์เกี่ยวกับสิ่งแวดล้อม
โทษของแบคทีเรีย- ทำให้อาหารบูดเน่า
- ทำให้ คน สัตว์ และพืช เป็นโรค
- ใช้ทำอาหารหมักดองต่าง ๆ เช่น ผักกาดดอง น้ำส้มสายชู เนย ยาคูลต์ ฯลฯ
- แบคทีเรียบางชนิดเป็นอาหารที่มีโปรตีนสูง มีรายงานว่า ใช้เลี้ยงสัตว์ได้
- แบคทีเรียบางชนิดช่วยกำจัดน้ำเสียให้เป็นน้ำดี
- ยาปฏิชีวนะบางอย่างผลิตจากผลพลอยได้ของแบคทีเรีย
- แบคทีเรียที่ปมรากถั่วช่วยตรึงไนโตรเจนในอากาศ
- แบคทีเรียในลำไส้ใหญ่ช่วยสร้างไวตามินบีในร่างกาย และช่วยในขบวนการย่อยอาหาร
การจำแนกหมวดหมู่และการเรียกชื่อ
สิ่งมีชีวิตมีคุณสมบัติที่เหมือนกันคือ การเจริญเติบโต การสืบพันธุ์และการตอบสองต่อสิ่งเร้า หากดูในระดับหน่วยเล็กสุดของสิ่งมีชีวิตคือ เซลล์ จะยิ่งพบว่ามีความคล้ายคลึงกันมากขึ้น เช่น มีแร่ธาตุเหมือนกัน และปฏิกิริยาชีวเคมีคล้ายกัน
แบ่งสิ่งมีชีวิตออกเป็น 2 พวกใหญ่ ๆ คือ- พืช (Plant Kingdom) มีความสามารถสังเคราะห์แสงได้
- สัตว์ (Animal Kingdom) สามารถเคลื่อนที่ได้
แต่มีสิ่งมีชีวิตบางพวกมีคุณสมบัติกึ่งพืชกึ่งสัตว์ ในปี 1866 Haeckel ชาวเยอรมัน ได้เสนอแนะอาณาจักรใหม่ขึ้นให้ชื่อว่า อาณาจักรโปรติสตา (Kingdom Protista) โดยรวมเอาสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กที่มีปัญหา ไม่อาจจัดอยู่ในอาณาจักรพืช หรือสัตว์ได้ พวกพืชใน Division Thallophyta และสัตว์ใน Phylum Protozoa มารวมไว้เป็น Kingdom Protista ตัวอย่างสิ่งมีชีวิตกลุ่มนี้ คือ แบคทีเรีย, รา สาหร่าย และโปรโตซัว
พวก Prokaryote : มีวิวัฒนาการต่ำกว่า คือ นิวเคลียสไม่มีเยื่อหุ้ม ไม่มีโครโมโซม สิ่งมีชีวิตพวกนี้ได้แก่ แบคทีเรีย และสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน มีขนาดเซลล์เดียว
พวก Eukaryote : มีเยื่อหุ้มนิวเคลียส มีโครโมโซม การแบ่งตัวจะมีขั้นตอนเป็นแบบ Mitosis มีเซลล์หลายเซลล์ สิ่งมีชีวิตพวกนี้ ได้แก่ รา, สาหร่าย และโปรโตซัวอาณาจักร (Kingdom)
Phylum หรือ Division
ชั้น (Class)
อันดับ (Order)
วงศ์ (Family)
สกุล (Genus)
เชื้อสาย (Species)
การตั้งชื่อสิ่งมีชีวิตใช้แบบ Carolus Linnaeus ที่เรียกว่า Linneal binomial system ในภาษาลาติน หรือกรีก ชื่อหนึ่งมี 2 ตอน คือ ตอนแรก เป็นชื่อ Genus ซึ่งเป็นกลุ่มที่มีคุณสมบัติใกล้เคียงกันมาก ตอนที่ 2 เป็นชื่อ Species ซึ่งต่อท้าย จะขยายชื่อ Genus และช่วยให้ทราบคุณสมบัติเฉพาะบางอย่างของสิ่งมีชีวิตนั้น ในการเขียนชื่อ Genus ใช้อักษรตัวพิมพ์ใหญ่ และชื่อ Species ใช้อักษรตัวเล็ก และใช้อักษร ตัวเอน หรือขีดเส้นใต้ ตัวอย่างเช่น
Bacillus subtilis
Escherichia coli
Bacillus subtilis
Escherichia coli
การจัดกลุ่มของแบคทีเรีย
ดูจากการเปรียบเทียบคุณสมบัติที่เหมือนกัน และต่างกัน สิ่งที่ใช้ในการจัดกลุ่ม ได้แก่ รูปร่างลักษณะของเซลล์ คุณสมบัติทางสรีรวิทยาของเซลล์ และชีวเคมี คุณสมบัติทางพันธุกรรม และวิธีการอื่น ๆ เช่น Serotyping และ Bacteriophage typing การแบ่งหมวดหมู่ในแบคทีเรีย (Bacteria taxonomy) แบ่งหมวดหมู่ตามชนิดและคุณสมบัติต่าง ๆ ทางสรีรวิทยา, ชีวเคมี ในการจำแนก ชนิดของแบคทีเรีย พวกที่มีลักษณะและคุณสมบัติเหมือนกันและจัดเป็นพวกเดียวกัน คุณสมบัติต่างกันก็เป็นอีกพวกหนึ่งการจัดหมวดหมู่ของแบทีเรีย ตาม Bergey's Manual of Determinative Bacteriology 7thed 1957
Kingdom Protista
Subkingdom Prokaryotae
Division the bacteria
Class Schizomycetes
Order Pseudomonadales
Family Pseudomonadaceae
Genus Pseudomonas
Species aeruginosa
หลักการในการแบ่งหมวดหมู่และการจำแนกชนิดของจุลินทรีย์
ไม่ว่าจะมีการจัดหมวดหมู่ของแบคทีเรียเป็นแบบใดก็ตาม ต่างต้องอาศัยคุณสมบัติ ต่อไปนี้
- Morphology ดูรูปร่าง, โครงสร้าง, คุณสมบัติทางการเกิดสี และการสร้างเซลล์สืบพันธุ์
- Cultural characteristics ดูภาวะที่เหมาะแก่การเจริญเติบโต และอาหารที่เพาะเลี้ยง
- Biochemical activity การใช้สารเคมี, การสร้างเอ็นไซม์และผลลัพธ์ จากการใช้สารอาหารเหล่านั้น
- Serological characteristics ปฏิกิริยาของเซลล์ต่อซีรั่มใช้มากในการแบ่งสายพันธุ์แบคทีเรีย
- Chemical composition ดูคุณสมบัติทางเคมีของผนังเซลล์และกรดนิวคลีอิก
- Genetic information ศึกษาการ Recombine ของสารพันธุ์กรรม
ดังกล่าวข้างต้นเห็นได้ว่าการแบ่งหมวดหมู่แบคทีเรียจาก Kingdom มาจนเป็น Genus การที่เป็น Genus เดียวกันนั้นคุณสมบัติของแบคทีเรียนั้นจะคล้ายกันอาจจะแตกต่างกันทางชีวเคมีในการใช้สารบางอย่างทำให้แยกแบคทีเรียชนิดนั้นออกเป็น Species และอาศัยการรวมตัวของแบคทีเรียกับซีรั่มที่ทราบสายพันธุ์ (Strain หรือ Type) ของแบคทีเรีย ทำให้จำแนกแบคทีเรียออกได้เป็นสายพันธุ์ต่างๆ กันไป บางสายพันธุ์อาจทำให้เกิดโรค บางสายพันธุ์ก็ไม่อาจทำให้เกิดโรค
