อาณาจักรมอเนอรา

----------------------๐๐๐--------------------
๐ พันธมิตร ๐

ความหลากหลายของแบคทีเรีย

สิ่งมีชีวิตในอาณาจักรมอเนอรา เชื่อว่ามีมากกว่า 5,000 ชนิด และคาดว่าน่าจะมีการค้นพบเพิ่มอีกเป็นจำนวนมาก โดยเมื่อมีการจัดจำแนกแบคทีเรียที่อยู่ในอาณาจักรมอเนอรา ตามสายวิวัฒนาการ สามารถแบ่งออกได้เป็น 2 อาณาจักรย่อย คือ อาณาจักรย่อยอาร์เคียแบคทีเรีย (Subkingdom Archaebacteria) และอาณาจักรย่อยยูแบคทีเรีย (Subkingdom Eubacteria) มีรายละเอียดดังนี้

1. อาณาจักรย่อยอาร์เคียแบคทีเรีย (Subkingdom Archaebacteria) สิ่งมีชีวิตในอาณาจักรย่อยนี้อาจเรียกอีกชื่อว่า อาร์เคีย (Archaea) เป็นโพรแคริโอตที่มีลักษณะแตกต่างจากยูแบคทีเรียหลายลักษณะ เช่น ผนังเซลล์ไม่มีสารเพปทิโดไกลแคน แต่เป็นสารพวกไกลโคโปรตีน หรือ S-layer โปรตีน โครงสร้างเยื่อหุ้มเซลล์เป็นกลีเซอรอลอีเธอร์ไลปิด (glycerol-ether lipid) และกรดอะมิโนตัวแรกที่สังเคราะห์เพปไทด์ คือ เมเทโอนีน (methionine) เป็นต้น ด้วยคุณสมบัติของสารประกอบในผนังเซลล์และเยื่อหุ้มเซลล์แบบดังกล่าว ทำให้อาร์เคียสามารถอาศัยอยู่ในสภาพแวดล้อมที่สิ่งมีชีวิตกลุ่มอื่นไม่สามารถเจริญอยู่ได้ แบ่งเป็นกลุ่มต่าง ๆ ได้ดังนี้

1.1 กลุ่มเทอร์โมไฟล์ (thermophiles) เป็นกลุ่มอาร์เคียที่เจริญได้ในบริเวณที่มีอุณหภูมิสูงตั้งแต่ 45-122 องศาเซลเซียส ใช้แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ ไฮโดรเจน แอมโมเนีย มีเทน ซัลเฟอร์ และสารประกอบที่มีธาตุไฮโดรเจน มาใช้ในการสร้างสารอินทรีย์ที่จำเป็น

1.2 กลุ่มฮาโลไฟล์ (halophiles) เป็นพวกอาร์เคียที่สามารถเจริญได้ในบริเวณสภาพแวดล้อมที่มีความเค็มสูงมากกว่าน้ำทะเลทั่วไปได้ถึง 5 เท่า เช่น ในทะเลสาบ Dead Sea เป็นต้น โดยอาร์เคียกลุ่มนี้สามารถสะสมสารอินทรีย์ที่จำเป็นจากสิ่งแวดล้อมไว้ในไซโทรพลาซึมเพื่อการเจริญเติบโต และมีการพัฒนาระบบการคัดเลือกโพแทสเซียมอิออน (K+) เข้าสู่ ไซโทรพลาซึมของเซลล์ได้เป็นอย่างดี

1.3 กลุ่มแอซิโดไฟล์ (acidophiles) เป็นกลุ่มอาร์เคียที่สามารถเจริญเติบโตอยู่ในสภาพแวดล้อมที่มีความเป็นกรดสูง pH 2 หรือต่ำกว่า อาร์เคียกลุ่มนี้จะมีการพัฒนา เมทาบอลิซึมภายในเซลล์ให้ปล่อยโปรตอน (H+) ออกมานอกเซลล์เพื่อปรับสภาพ pH ในไซโทรพลาซึมให้มีความเป็นกลางและให้เซลล์อยู่รอดต่อไปได้มาก อาร์เคียกลุ่มนี้สามารถนำไฮโดรเจนอิออนในรูปของไฮโดรเนี่ยม (H3O+) ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์เข้าไปในไซโทรพลาซึมเพื่อปรับสมดุลให้ได้ pH 8 ทำให้เซลล์สามารถเจริญอยู่ได้ในสภาพความเป็นด่างสูงได้

2. อาณาจักรย่อยยูแบคทีเรีย (Subkingdom Eubacteria) อาณาจักรย่อยนี้ถือว่าเป็นแบคทีเรียที่แท้จริง มีลักษณะสำคัญคือ ผนังเซลล์ประกอบด้วยสารพวกเพปทิโดไกลแคน(Peptidoglycan) เป็นองค์ประกอบ เยื่อหุ้มเซลล์มีไขมันที่มีพันธะ เอสเทอร์ ไขมันในเยื่อหุ้มเซลล์เป็นไขมันไม่แตกแขนง และกรดอะมิโนตัวแรกของการสร้างเพปไทด์ คือ ฟอร์มิลเมธิโอนิน (formyl methionine) เป็นต้น แบ่งเป็นกลุ่มต่าง ๆ ได้ดังนี้

2.1 กลุ่มโพรทีโอแบคทีเรีย (proteobacteria) เป็นยูแบคทีเรียที่จัดกลุ่มจากการวิเคราะห์ลำดับเบสของยีน 16S RNA มีลักษณะเป็นแบคทีเรียแกรมลบ บางกลุ่มสามารถมีกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงได้คล้ายกับพืช บางกลุ่มสามารถดำรงชีวิตได้โดยใช้ไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H2S) และได้ซัลเฟอร์เป็นผลพลอยได้ในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง เช่น เพอเพิลซัลเฟอร์แบคทีเรีย (Purple sulfur bacteria) โพรทีโอแบคทีเรียบางกลุ่มมีบทบาทช่วยตรึงแก๊สไนโตรเจนในอากาศเพื่อนำมาสร้างเป็นสารประกอบไนโตรเจนในดิน ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อการเจริญเติบโตของพืช เช่น แบคทีเรียสกุลไรโซเบียม (Rhizobium) ในปมรากถั่ว เป็นต้น


ภาพ ก	ภาพ ข

ภาพที่9 โพรทีโอแบคทีเรียที่พบในธรรมชาติ (ก) Purple sulfur bacteria (ข) Rhizobium sp.
(ก) (ที่มา: http://www.jgi.doe.gov ) (ข) (ที่มา: http://www.sciencephoto.com )

2.2 กลุ่มคลาไมเดีย (chlamydia) เป็นยูแบคทีเรียแกรมลบที่ไม่มีเพปทิโดไกลแคน และมีชีวิตอยู่ได้ในเซลล์สัตว์เท่านั้น ทำให้เกิดโรคติดต่อทางเพศสัมพันธ์ เช่น โรคโกโนเรีย (gonorrhoea) หรือหนองใน ซึ่งเกิดจากแบคทีเรียชนิด Neisseria gonorrhoea เป็นต้น


ภาพ ก	ภาพ ข

ภาพที่ 10 แบคทีเรียชนิด Neisseria gonorrhoea (ก) ตำแหน่งของแบคทีเรียที่อยู่ภายในเซลล์ (ลูกศรชี้) (ข) ภาพเซลล์แบคทีเรีย (สีแดง) ถ่ายจากกล้องจุลทรรศน์อิเล็คตรอนแบบ ส่องกราด
(ก) ที่มา:http://textbookofbacteriology.net) (ข) ที่มา: http://biocanvas.tumblr.com)

2.3 กลุ่มสไปโรคีท (spirochete) เป็นยูแบคทีเรียแกรมลบ เซลล์รูปเกลียว มีความยาวประมาณ 0.25 มิลลิเมตร ยูแบคทีเรียในกลุ่มนี้ มีการดำรงชีวิตแบบอิสระแต่บางชนิดเป็นสาเหตุของโรค เช่น โรคซิฟิลิส (syphilis) เกิดจากเชื้อ Treponema pallidum และโรคฉี่หนู (leptospirosis) เกิดจากเชื้อ Leptospira interogans เป็นต้น


ภาพ ก	ภาพ ข

ภาพที่ 11 ภาพถ่ายจากกล้องจุลทรรศน์อิเลคตรอนแบบส่องกราด (SEM) ของแบคทีเรียกลุ่ม
สไปโรคีท (ก) เชื้อ Treponema pallidum (ข) เชื้อ Leptospira interogans
(ก) (ที่มา: http://www.sciencedaily.com) (ข) (ที่มา: http://microblog.me.uk/59)

2.4 กลุ่มแบคทีเรียแกรมบวก หรือ (gram-positive bacteria) เป็นยูแบคทีเรียที่มีความหลากหลายรองจากกลุ่มโพรทีโอแบคทีเรีย พบได้ทั่วไปในดินและอากาศ แบคทีเรียแกรมบวกบางชนิดผลิตกรดแลคติกจากน้ำตาลแลคโตสได้ เช่น Lactobacillus นำมาใช้ในอุตสาหกรรมอาหารหลายชนิด ไม่ว่าจะเป็น การผลิตเนย ผักดอง โยเกิร์ต นมเปรี้ยว เป็นต้น แบคทีเรียบางชนิด นำมาสกัดสารเพื่อใช้ทำยาปฏิชีวินะที่ใช้ในการรักษาโรคติดเชื้อจากแบคทีเรีย เช่น ยาสเตร็บโตมัยซิน ยาเตตราซัยคลิน ยาคลอแรมเฟนิคอล ยาทอกซีซัยคลิน และยาโมโนซัยคลิน เป็นต้น ยูแบคทีเรียบางชนิดทำให้เกิดโรคร้ายแรงต่อมนุษย์และสัตว์ เช่น โรคแอนแทรกซ์ ที่มีสาเหตุจากเชื้อแบคทีเรีย Bacillus anthracis เป็นยูแบคทีเรียที่สามารถอยู่ในที่แห้งหรือในดินได้นาน 20-25 ปี มีความทนทานต่อความร้อนสูงถึง 140 องศาเซลเซียส ได้นาน 1-3 ชั่วโมง แต่ถ้ามีความชื้นรวมอยู่ด้วย เช่น นำไปต้ม ก็จะทนความร้อนได้ประมาณ 100 องศาเซลเซียส หรือเท่ากับความร้อนที่น้ำเดือด และอยู่ได้นานเพียง 5-30 นาที เท่านั้น ส่วนยูแบคทีเรียแกรมบวกอีกกลุ่ม คือ Pneumococus sp. เป็นสาเหตุให้เกิดโรคปอดบวมในคนและวัวได้อีกเช่นกัน ยูแบคทีเรียกลุ่มนี้บางสปีชีส์ เช่น Bacillus sp. สามารถสร้างเอนโดสปอร์ (Endospore) ทำให้ทนทานต่อสภาพแวดล้อมที่ไม่เหมาะสมได้ดี การสร้าง เอนโดสปอร์ (endospore) ซึ่งไม่ใช่เป็นการสืบพันธุ์ แต่เป็นการปรับตัวด้านโครงสร้างให้ทนทานต่อสภาพแวดล้อมที่ไม่เหมาะสมได้ โดยเซลล์กำเนิดจะจำลองดีเอ็นเอขึ้นมา แล้วสร้างผนังเซลล์หนาห่อหุ้มไว้ ซึ่งภายในเซลล์จะไม่มี เมตาบอลิซึมใดๆ เมื่อสร้างเอนโดสปอร์เสร็จแล้วเซลล์เดิมจะตายไป เหลือเพียงเอนโดสปอร์ผนังหนามาก มีอายุได้นานเป็นศตวรรษ และจะเจริญเป็นเซลล์ใหม่ได้หากสภาพแวดล้อมเหมาะสม

ภาพที่ 12 เซลล์แบคทีเรียที่มีการสร้างเอนโดสปอร์
(ที่มา http://archive.microbelibrary.org)

นอกจากนี้ ยังมียูแบคทีเรียแกรมบวกอีกกลุ่มหนึ่ง คือ กลุ่มไมโคพลาสมา (mycoplasma) เป็นยูแบคทีเรียที่มีขนาดเซลล์เล็กมากประมาณ 0.1 – 1.0 ไมโครเมตรเท่านั้น มีเยื่อหุ้มเซลล์หนา ต้องใช้สเตอรอล (sterol) เพื่อศึกษาเสถียรภาพของเยื่อหุ้มเซลล์ ซึ่ง ไมโคพลาสมาได้มาในรูปของโคเลสเตอรอลจากเซลล์เจ้าบ้านซึ่งเป็นสัตว์ มีรูปร่างไม่แน่นอน อาจจะมีลักษณะ กลม รี แท่ง เกลียวหรือเส้นยาว ก็ได้ ขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมและแรงดันออสโมติกของอาหารเลี้ยงเชื้อและระยะเวลาการเลี้ยงเชื้อ พบได้ทั่วไปในธรรมชาติ ส่วนใหญ่จะมีชีวิตแบบอิสระ แต่มีบางชนิดที่สามารถก่อโรคได้ทั้งในคน สัตว์ และพืช ไมโคพลาสมาบางชนิดทำให้เกิดโรคในคน เช่น Mycoplasma pneumoniae เป็นสาเหตุของโรคติดเชื้อทางเดินหายใจที่พบได้บ่อยในเด็ก ทำให้เกิดอาการไอ เป็นไข้ เจ็บคอ หลอดลมอักเสบ หรือปอดบวม เป็นต้น

2.5 กลุ่มไซยาโนแบคทีเรีย (cyanobacteria) หรือเดิมรู้จักในชื่อ สาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน (blue green algae) เป็นสิ่งมีชีวิตในอาณาจักรมอเนอราเพียงกลุ่มเดียวที่มีการสังเคราะห์ด้วยแสงที่มีโมเลกุลออกซิเจนเป็นผลพลอยได้ มีสารสีหลายชนิด เช่น คลอโรฟิลล์-เอ แคโรทีนอยด์ และไฟโคบิลิน เป็นต้น ผนังเซลล์ แบ่งออกเป็น 2 ชั้น มีองค์ประกอบคล้ายกับผนังเซลล์ของแบคทีเรียชนิดแกรมลบ (gram- negative) ที่เรียกว่ามิวโคเพบไทด์ (mucopeptide) และส่วนนอกของเซลล์ไซยาโนแบคทีเรียมักจะสร้างเมือกหรือมิวซิลาจินัสชีท (mucilaginous sheath) ขึ้นมาเพื่อห่อหุ้มเซลล์ ทำให้สามารถทนทานต่อสภาวะแวดล้อมที่ไม่เหมาะสมได้ทั้งในบริเวณที่ร้อนจัด หรือเค็มจัด ไม่เพียงเท่านั้น เรายังอาจจะพบไซยาโนแบคทีเรีย อาศัยร่วมกันในสิ่งมีชีวิตอื่นได้ เช่น แอนนาบีนา (Anabaena sp.) ในใบของแหนแดง และ รากับสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงินในไลเคน เป็นต้น

ไซยาโนแบคทีเรียเป็นผู้ผลิตที่สำคัญในระบบนิเวศ และบางชนิด สามารถตรึงแก๊สไนโตรเจนในอากาศให้เป็นสารประกอบไนเตรตได้ เช่น แอนาบีนา (Anabaena sp.) นอสตอก (Nostoc sp.) และ ออสซิลลาทอเรีย (Oscilatoria sp.) เป็นต้น


ภาพ ก	ภาพ ข

ภาพที่ 13 การอยู่ร่วมกันของไซยาโนแบคทีเรียร่วมกับสิ่งมีชีวิตอื่น (ก) แหนแดง (ข) Anabaena (ที่มา: http://cfb.unh.edu )

ภาพที่ 14 แสดงสายเซลล์ของ Oscillatoria sp.
(ที่มา: http:// www.environmentalleverage.com)

หลักฐานจากซากดึกดำบรรพ์ของไซยาโนแบคทีเรีย ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถคาดคะเนได้ว่าไซยาโนแบคทีเรียเป็นสิ่งมีชีวิตกลุ่มแรกที่ทำให้มีออกซิเจนเกิดขึ้นในโลกยุคนั้น ซึ่งก่อให้เกิดการวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตที่หายใจด้วยออกซิเจนและกลุ่มยูแคริโอตในเวลาต่อมา

บทบาทและความสำคัญของยูแบคทีเรีย
แบคทีเรียในกลุ่มยูแบคทีเรียช่วยในการย่อยสลายสารเพื่อให้เกิดการหมุนเวียนสารในระบบนิเวศ ช่วยสลายคราบน้ำมันสารเคมีตกค้าง นำมาแปรรูปอาหาร เช่นน้ำส้มสายชู ปลาร้า ผักดอง ปลาส้ม นมเปรี้ยว และเนยแข็งเป็นต้น ยูแบคทีเรียบางชนิดเป็นสาเหตุของโรค โรคปอดบวม วัณโรค อหิวาตกโรค โรคฉี่หนู ซึ่งเป็นโรคที่พบได้ในคน โรคแอนแทรกซ์เป็นโรคที่พบในวัว เรียก โรควัวบ้า เป็นต้น

การศึกษาเกี่ยวกับความหลากหลายทางชีวภาพ