تعامل میکروبی و انواع آن

تعامل میکروبی ( فعل و انفعالات بیولوژیکی ) اثراتی هستند که موجودات موجود در یک جامعه بر یکدیگر دارند.

انواع کاملاً متفاوتی از فعل و انفعالات میکروبی وجود دارد که شامل تعامل با میکروب‌های مختلف، فعل و انفعالات گیاه و جوانه که باعث رشد گیاه می‌شود، تعامل با حیوانات، تعامل با انسان، و تعامل با آب و غیره. تعامل میکروبی در همه جا وجود دارد، متنوع و در عملکرد هر جامعه بیولوژیکی بسیار مهم هستند و در بیوژئوشیمی جهانی بسیار مهم هستند. متداول ترین فعل و انفعالات مشارکتی که در سیستم های میکروبی دیده می شود، برای یکدیگر سودمند هستند. تعاملات بین دو جمعیت بر اساس اینکه هر دو جمعیت یا یکی از آنها از این انجمن ها سود می برند یا یک یا هر دو جمعیت تحت تأثیر منفی قرار می گیرند طبقه بندی می شوند.

انواع زیادی از روابط همزیستی مانند متقابل گرایی، انگلی، آمینسالیسم، همسویی و رقابت، شکار، همکاری اولیه بین موجودات وجود دارد.

انواع برهمکنش میکروبی

تعامل مثبت (Positive interaction): متقابل‌گرایی (Mutualism)، هم‌گرایی (Syntrophism)، هم‌کاری اولیه (Proto-cooperation)، همسفرگی (Commensalism)
تعامل منفی (Negative interaction): آمنسالیسم (تضاد) Ammensalism (antagonism)، انگلی (parasitism)، شکار (predation)، رقابت (competition)

تعامل میکروبی

تعامل میکروبی برای استقرار و نگهداری موفق جمعیت میکروبی بسیار مهم است. این فعل و انفعالات با شناسایی محیطی و به دنبال آن انتقال اطلاعات مولکولی و ژنتیکی رخ می دهد که مکانیسم ها و کلاس های زیادی از مولکول ها را شامل می شود. این مکانیسم‌ها به میکروارگانیسم‌ها اجازه می‌دهند در یک جامعه مستقر شوند، که بسته به برهمکنش چند تروفیک می‌تواند منجر به تنوع بالایی شود. نتیجه این برهمکنش چندگانه اغلب به اثر بیماریزا یا مفید برای میزبان مربوط می شود. به عنوان مثال، در انسان، جامعه میکروبی نقش مهمی در محافظت در برابر بیماری ها، ناشی از پاتوژن های میکروبی یا اختلالات فیزیولوژیکی ایفا می کند. جوامع میکروبی خاک نیز نقش عمده‌ای در محافظت از گیاهان در برابر بیماری‌ها و تنش‌های غیرزیستی یا افزایش جذب مواد مغذی دارند.

همیاری

این به عنوان رابطه ای تعریف می شود که در آن هر موجود زنده در تعامل از این ارتباط سود می برد.

این یک رابطه اجباری است که در آن متقابل و میزبان از نظر متابولیکی به یکدیگر وابسته هستند.
یک رابطه همیاری در جایی که یک عضو انجمن نمی تواند با گونه دیگری جایگزین شود بسیار خاص است.
رابطه همیاری نیاز به تماس فیزیکی نزدیک بین موجودات متقابل دارد.
رابطه همیاری به ارگانیسم ها اجازه می دهد در زیستگاهی وجود داشته باشند که توسط هیچ یک از گونه ها به تنهایی نمی توان آن را اشغال کرد.
رابطه متقابل بین موجودات به آنها اجازه می دهد تا به عنوان یک موجود زنده عمل کنند.

نمونه هایی از متقابل گرایی:

گلسنگ ها ( Lichens ):

  • گلسنگ ها نمونه ای عالی از متقابل گرایی هستند. آنها انجمن قارچ های خاص و جنس خاصی از جلبک ها هستند. در گلسنگ شریک قارچی مایکوبیونت (mycobiont) و شریک جلبکی به نام فیکوبیونت (phycobiont) عضوی از سیانوباکتری ها و جلبک های سبز (Trabauxua) است.

همگرایی

این ارتباطی است که در آن رشد یک ارگانیسم یا به سوبسترای ارائه شده توسط ارگانیسم دیگر بستگی دارد یا توسط آن بهبود می یابد.

در سنتروفیسم، هر دو موجود زنده در ارتباط از یکدیگر سود می برند.

ترکیب A
مورد استفاده جمعیت 1
ترکیب B
مورد استفاده جمعیت 2
ترکیب C
مورد استفاده هر دو جمعیت 1+2
محصولات

در این مثال نظری از سنتروفیسم، جمعیت 1 قادر به استفاده و متابولیزه کردن ترکیب A است که ترکیب B را تشکیل می دهد اما نمی تواند فراتر از ترکیب B بدون همکاری جمعیت 2 متابولیزه شود. جمعیت 2 قادر به استفاده از ترکیب A نیست اما می تواند ترکیب B را متابولیزه کند که ترکیب C را تشکیل می دهد. سپس هر دو جمعیت 1 و 2 قادر به انجام یک واکنش متابولیک هستند که منجر به تشکیل محصول نهایی می شود که هیچ یک از جمعیت ها به تنهایی قادر به تولید آن نیستند.

نمونه هایی از همگرایی

آ. اکوسیستم متانوژنیک در هاضم لجن

  • متان تولید شده توسط باکتری های متانوژن به انتقال هیدروژن بین گونه ای توسط سایر باکتری های تخمیری بستگی دارد. باکتری های تخمیری بی هوازی با استفاده از کربوهیدرات ها CO2 و H2 تولید می کنند که سپس توسط باکتری های متانوژن (Methanobacter) برای تولید متان استفاده می شود.

ب. لاکتوباسیلوس آروبینوزوس و انتروکوکوس فکالیس

  • در محیط های حداقل، لاکتوباسیلوس آروبینوزوس و انتروکوکوس فکالیس می توانند با هم رشد کنند اما به تنهایی خیر. رابطه هم افزایی بین E. faecalis و L. arobinosus رخ می دهد که در آن E. faecalis به اسید فولیک نیاز دارد که توسط L. arobinosus تولید می شود و به نوبه خود، لاکتوباسیلوس ها به فنیل آلانین نیاز دارند که توسط Enterococcus faecalis تولید می شود.

همکاری اولیه

این رابطه ای است که در آن یک ارگانیسم در یک انجمن به طور متقابل با یکدیگر سود می برند. این کنش متقابل شبیه متقابل گرایی (همگرایی) است اما روابط بین موجودات در همکاری اولیه مانند متقابل گرایی الزامی نیست.

نمونه هایی از همکاری اولیه:

آ. ارتباط دسولفوویبریو و کروماتیوم:

  • این یک همکاری اولیه بین چرخه کربن و چرخه گوگرد است.

ب. تعامل بین باکتری های تثبیت کننده N2 و باکتری های سلولولیتیک:

  • مانند سلولوموناس.

همسفرگی

رابطه ای است که در آن یک ارگانیسم (commensal) در انجمن سود می برد در حالی که ارگانیسم دیگر (میزبان) انجمن نه سود می برد و نه آسیب می بیند. این یک وابستگی یک طرفه است و اگر کامنسال از میزبان جدا شود، می تواند زنده بماند.

نمونه هایی از همسفرگی

آ. E. coli غیر بیماریزا در دستگاه روده انسان:

  • E. coli یک بی هوازی اختیاری است که از اکسیژن استفاده می کند و غلظت O2 در روده را کاهش می دهد که محیطی مناسب برای بی هوازی های اجباری مانند Bacteroides ایجاد می کند. E. coli میزبانی است که تحت تأثیر باکتری‌ها قرار نمی‌گیرد.

ب. فلاووباکتریوم (میزبان) و لژیونلا پنوموفیلا (کامنسال):

  • فلاووباکتریوم سیستین را دفع می کند که توسط لژیونلا پنوموفیلا استفاده می شود و در زیستگاه آبی زنده می ماند.

ج. ارتباط نیتروزوموناس (میزبان) و نیتروباکتر (کامنسال) در نیتریفیکاسیون:

  • نیتروزوموناها آمونیاک را به نیتریت اکسید می کنند و در نهایت نیتروباکتر از نیتریت برای به دست آوردن انرژی و اکسید کردن آن به نیترات استفاده می کند.

آمنسالیسم ( آنتاگونیسم )

هنگامی که یک جمعیت میکروبی موادی تولید می کند که برای جمعیت میکروبی دیگر بازدارنده است، این رابطه بین جمعیتی به نام آمنسالیسم یا آنتاگونیسم شناخته می شود.

یک رابطه منفی است.

اولین جمعیتی که مواد بازدارنده را تولید می کند، تحت تأثیر قرار نگرفته یا ممکن است رقابت پیدا کند و در زیستگاه زنده بماند در حالی که سایر جمعیت ها مهار می شوند. این مهار شیمیایی به عنوان آنتی بیوز شناخته می شود.

نمونه هایی از آنتاگونیسم ( آمنسالیسم ):

آ. اسید لاکتیک تولید شده توسط باکتری های اسید لاکتیک در دستگاه واژن:

  • اسید لاکتیک تولید شده توسط بسیاری از فلورهای طبیعی در دستگاه واژن برای بسیاری از ارگانیسم های بیماری زا مانند کاندیدا آلبیکنس مهار کننده است.

ب. فلور طبیعی پوست:

  • اسید چرب تولید شده توسط فلور پوست، بسیاری از باکتری های بیماری زا را در پوست مهار می کند.

ج. تیواکسیدانت تیوباسیلوس:

  • تیوباسیلوس تیواکسیدان با اکسیداسیون گوگرد اسید سولفوریک تولید می کند که مسئول کاهش pH در محیط کشت است که از رشد بیشتر باکتری های دیگر جلوگیری می کند.

انگلی

انگلی نوعی تعامل منفی با جمعیت است. انگلی به دسته «استثماری» از تعاملات منفی جمعیتی تعلق دارد. در بهره برداری، یک گونه با استفاده مستقیم یا غیرمستقیم از آن برای سرپناه یا غذا به دیگری آسیب می رساند. انگل‌ها از بافت یا مایعات میزبان تغذیه می‌کنند و می‌توانند در داخل (انگل‌های داخلی) یا خارج (اکتوپارازیت‌ها) بدن میزبان یافت شوند

نمونه هایی از انگلی ( پارازیتیسم )

  • به عنوان مثال، گونه های مختلف کنه ها انگل های خارجی رایج در حیوانات و انسان ها هستند. انگلی نمونه خوبی از نحوه ادغام تعاملات گونه ها است. انگل ها معمولا میزبان خود را نمی کشند، اما می توانند به طور قابل توجهی آنها را ضعیف کنند. به طور غیرمستقیم باعث مرگ میزبان از طریق بیماری، اثرات بر متابولیسم، کاهش سلامت کلی و افزایش پتانسیل شکارگری می شود.
microbial interaction

شکار

شکار یک نوع منفی از تعاملات جمعیتی است و در دسته “استثمار” از تعاملات منفی جمعیت قرار دارد. در شکار، یک گونه می کشد و از گونه دیگری تغذیه می کند. گونه قاتل را شکارچی و به مرده شکار می گویند.

نمونه هایی از شکار

آ. باکتری های تک یاخته ای در خاک:

  • بسیاری از تک یاخته ها می توانند از جمعیت های مختلف باکتری تغذیه کنند که به حفظ تعداد باکتری های خاک در سطح بهینه کمک می کند.

ب. Bdellovibrio، Vamparococcus، Daptobacter و غیره نمونه هایی از باکتری های شکارچی هستند که می توانند از طیف وسیعی از جمعیت باکتری تغذیه کنند.

رقابت

این رقابت نشان دهنده یک رابطه منفی بین دو جمعیت میکروبی است که در آن هر دو جمعیت با توجه به بقا و رشد آنها تحت تأثیر نامطلوب قرار می گیرند.

رقابت زمانی اتفاق می‌افتد که هر دو جمعیت از منابع یکسانی مانند فضای یکسان یا تغذیه یکسان استفاده کنند، بنابراین جمعیت میکروبی به حداکثر تراکم یا سرعت رشد کمتری دست می‌یابد.

جمعیت میکروبی برای هر گونه منابع محدود کننده رشد مانند منبع کربن، منبع نیتروژن، فسفر، ویتامین ها، فاکتورهای رشد و غیره رقابت می کنند.

رقابت هر دو جمعیت را از اشغال یک جایگاه اکولوژیکی باز می‌دارد زیرا یکی در رقابت برنده می‌شود و دیگری حذف می‌شود.

نمونه هایی از رقابت:

آ. رقابت بین Paramecium caudatum و Paramecium aurelia :

  • هر دو گونه پارامسیوم زمانی که این تک یاخته ها در کنار هم قرار می گیرند از یک جمعیت باکتری تغذیه می کنند. P. aurelia به دلیل رقابت با سرعت بهتری نسبت به P. caudatum رشد می کند.

درنهایت تعامل میکروبی با انتقال اطلاعات مولکولی و ژنتیکی رخ می دهد و مکانیسم های زیادی می توانند در این تبادل دخیل باشند، مانند متابولیت های ثانویه، سیدروفورها، سیستم سنجش حد نصاب، تشکیل بیوفیلم، و سیگنال دهی انتقال سلولی و غیره.

کیمیا زیست گستر نوین” در راستای ارتقاء تولیدات و سطح علمی کشور مبادرت به واردات و توزیع مواد شیمیایی و مصرفی آزمایشگاهی کرده است. هدف مجموعه ما تأمين مواد و تجهيزات مورد نياز در بخش هاى مختلف آزمايشگاهى، تحقيقاتى، بيمارستانى، صنعتى و … مي باشد.