تعرف على أشهر تقنيات علم الأحياء الدقيقة

لفهم ودراسة عالم الكائنات الحية الدقيقة أو الميكروبيولوجي، نحتاج إلى تقنيات أو طرق خاصة تسمى “تقنيات علم الأحياء الدقيقة”.  تقنيات علم الأحياء الدقيقة هي الطرق المستخدمة لدراسة الميكروبات (على سبيل المثال: البكتيريا والفطريات والفيروسات). الغرض من هذه التقنيات يشمل عمليات تحديد ، تلطيخ ، هندسة ، مسح ، زراعة ومعالجة للميكروبات أو الكائنات الدقيقة ككل.

ولكن قبل توضيح تقنيات علم الأحياء الدقيقة دعونا نوضح اولا بعض أساسيات علم الأحياء الدقيقة.

أساسيات علم الأحياء الدقيقة

 علم الأحياء الدقيقة أو الميكروبيولوجي هو العلم الذي يختص بدراسة الكائنات الحية الدقيقة وتفاعلاتها مع المكونات الحيوية وغير الحيوية الموجدة في البيئة. الميكروبات هي كائنات صغيرة جدا بحيث لا  يمكن ان تراها العين المجردة ، وتشمل البكتيريا والفيروسات والفطريات والطحالب والأوليات عموما. وتعتبر الميكروبات هي المحللات الرئيسية للمواد العضوية، وبالتالي تؤثر على جميع الكائنات الحية وتساهم في العمليات الفيزيائية والكيميائية المختلفة.

يعد علم الأحياء الدقيقة علم متعدد التخصصات يعتمد بشكل كبير على مهارات ومعرفة الأفراد المتخصصين في العديد من المجالات المختلفة لعلوم الحياة وحتى العلوم الفيزيائية والهندسة الوراثية. جميع التخصصات العلمية والطبية تستفيد بشكل او اخر من علم الاحياء الدقيقة وتقنياته و افرعه المستقلة مثل علم الجراثيم وعلم الفيروسات وعلوم الصحة العامة والطفيليات وعلم الأحياء الدقيقة السريرية وعلم المناعة وعلم اللقاحات وغيرها.

للميكروبات أهمية واستخدامات عديد سواء في البحوث الأساسية أو التطبيقية، وكذلك تصنيع المنتجات الغذائية ، والصحة العامة ، وحماية البيئة ، وغيرها من المجالات الهامة في حياتنا اليومية.

أنواع الأحياء الدقيقة

يمكن تصنيف الكائنات الدقيقة الى المجموعات التالية:

• بكتيريا
• طحالب
• فطريات
• البروتوزوا
• العفن
• العتائق
• فيروسات.

تشمل الطحالب (باستثناء الطحالب الخضراء المزرقة) والأوليات والعفن والفطريات الكائنات الحية الدقيقة حقيقية النواة الأكبر والتي تتميز بان  خلاياها لها نفس النوع العام من التركيب والتنظيم الموجود في النباتات والحيوانات.

 العتائق هي مجموعة تطورية متميزة من بدائيات النوى التي تحمل فقط علاقة أسلاف بعيدة بالكائنات الحية الأخرى. نظرا لأنه لا يعتقد حاليا أن الطحالب والعفن والعتائق تحتوي على أنواع ذات أهمية طبية أو بيطرية ، فلن يتم النظر فيها مرة أخرى.

الفيروسات هي أصغر العوامل المعدية وهي ليست كائنات حية. لديهم بنية بسيطة نسبيا لا يمكن مقارنتها ببنية الخلية ، وطريقة تكاثرها تختلف اختلافا جوهريا عن تلك الموجودة في الكائنات الخلوية. تعتبر الفيروسات خالية من البروتين من الحمض النووي الريبي الدائري والذي يسبب المرض في النباتات.

أقسام علم الأحياء الدقيقة

• علم الجراثيم: يهتم بدراسة البكتيريا.
• علم الطفيليات: يهتم بدراسة الطفيليات. ليست كل الطفيليات كائنات دقيقة ، ولكن الكثير منها. يمكن أن تكون البروتوزوا والبكتيريا طفيلية. عادة ما يتم تصنيف دراسة الطفيليات البكتيرية كجزء من علم الجراثيم.
• علم الفطريات: يهتم بدراسة الفطريات ، مثل الخمائر والعفن.
• علم النيماتودا: يهتم بدراسة الديدان الخيطية (الديدان المستديرة).
• علم الفيروسات: يهتم بدراسة الفيروسات.
• علم المناعة:يهتم بدراسة الجهاز المناعي. يبحث في العلاقات بين مسببات الأمراض مثل البكتيريا والفيروسات ومضيفيها.
• علم وظائف الأعضاء: يهتم بدراسة الطحالب.
• علم الأوليات: يهتم بدراسة البروتوزوا و الكائنات وحيدة الخلية مثل الأميبا.

 ما هي تقنيات علم الأحياء الدقيقة؟

تشير تقنيات علم الأحياء الدقيقة إلى مجموعة الإجراءات المستخدمة لدراسة وفحص خصائص الميكروبات للعديد من الأغراض العلمية.

تقنيات علم الأحياء الدقيقة الأكثر شيوعا هي:

تقنيات التعقيم ، تقنيات الزراعة ، تقنيات عد البكتيريا ، وتحديد فئات مختلفة من الكائنات الحية الدقيقة.

تقنيات علم الأحياء الدقيقة |التعقيم

تتمثل الأهمية الرئيسية لتقنيات التعقيم في علم الأحياء الدقيقة في خلق ظروف مناسبة خاضعة للرقابة لمنع أو على الأقل تقليل التلوث من الميكروبات الأخرى (تأتي من مصادر غير معقمة مثل الماء أو الهواء أو الغبار) قدر الإمكان حتى نتمكن من رزاعة الكائن الدقيق المطلوب وكذلك دراسة كائنات دقيقة محددة.

أمثلة على تقنيات تعقيم الأحياء الدقيقة المستخدمة في المختبرات:

1. التعقيم Sterilization

يستخدم التعقيم لإزالة جميع الأشكال الأخرى للكائنات الميكروبية مثل البكتيريا والفيروسات والفطريات والجراثيم والخلايا النباتية الأخرى من داخل أو على سطح الوسائط.

لتدمير وقتل الأشكال غير المرغوب فيها من الكائنات الحية الدقيقة والملوثات ، تعتمد تقنيات التعقيم على استخدام:

• الترشيح – الحرارة – التجفيف – الإشعاعات مثل الأشعة فوق البنفسجية وأشعة جاما (الطرق الفيزيائية)
• المواد الكيميائية مثل الكحول – الفينولات – المنظفات – الأصباغ (الطرق الكيميائية).

2. التطهير Sanitization

تعتمد هذه الطريقة على القضاء التام على جميع الميكروبات (المسببة للأمراض أو غير المسببة للأمراض) من أعلى السطح لتقليل التلوث ومنع العدوى قدر الإمكان. يستخدم بشكل شائع في حياتنا اليومية لتعقيم أيدينا.

يتضمن التعقيم استخدام المنظفات الكيميائية مثل المنظفات التي تحتوي على الكحول والفورمالديهايد والمنظفات القائمة على الكلور وبيروكسيد الهيدروجين.

تقنيات علم الأحياء الدقيقة |التلوين

التلوين هو تقنية تستخدم لفحص وتحديد الأشكال المختلفة للميكروبات أو مراحل دورة الخلية أو عضيات الخلية المختلفة مثل الميتوكوندريا على نطاق مجهري.

تعتمد تقنيات التلوين في علم الأحياء الدقيقة على صبغ أو تلوين الخلايا والهياكل الأخرى ليتم إبرازها للعرض في كثير من الأحيان بمساعدة المجاهر.

أشهر أمثلة تقنيات التلوين في علم الأحياء الدقيقة

1. 1. التلوين البسيط

يعتمد التلوين البسيط على استخدام صبغة واحدة فقط مثل أزرق الميثيلين والبنفسجي الكريستالي والتي تستخدم لتحديد شكل وحجم وترتيب الخلايا.

خطوات العمل:

1- ضع صبغة واحدة على مسحة ثابتة من أجل تلوين الكائنات الحية الدقيقة.

2- قم بتغطية اللطاخة الثابتة بالبقعة وانتظر لفترة محددة.

3- ثم اغسل المحلول بالماء وجفف الشريحة.

2. التلوين التفاضلي

يستخدم هذا النوع من تقنية التلوين للتمييز بين الكائنات الحية الدقيقة بناء على خصائص التلوين و يتم استخدام أكثر من صبغة واحدة لتمييز الكائنات الحية. على سبيل المثال: صبغة جرام ، تلوين الحمض السريع ، وتلطيخ اوتلوين  متبدل اللون.

صبغة جرام Gram Stain

إنها واحدة من أهم تقنيات التلوين التفاضلي وأكثرها استخداما في علم الأحياء الدقيقة. يطلق عليه صبغة جرام بعد أن قدمه الطبيب كريستيان جرام في عام 1884 ويستخدم لتقسيم البكتيريا إلى فئتين (إيجابي الجرام وسالب الجرام).

   يوضح الشكل التالي إجراء صبغة جرام:

1- ضع الصبغة الأساسية (على سبيل المثال: البنفسجي الكريستالي) على اللطاخة لتصبغها.

2- أضف محلول اليود (لأنه يزيد من التفاعل بين الصبغة والخلايا بحيث تتصبغ بشكل حاد).

3- اغسل اللطاخة بالإيثانول أو الأسيتون لإزالة لونها.

4- الخطوة السابقة تجعل الجانب التفاضلي لضبغة جرام (تحتفظ البكتيريا إيجابية الجرام باللون البنفسجي البلوري وتصبح عديمة اللون).

5- أخيرا، يتم صبغ اللطاخة بصبغة أساسية يجب أن تكون مختلفة في اللون عن البنفسجي الكريستالي مثل السافرانين الذي يغير لون البكتيريا سالبة الجرام من الوردي إلى الأحمر ويترك لون البكتيريا إيجابية الجرام أرجوانيا داكنا.

توفر معامل براكسيلابس الافتراضية المعمل الافتراضي لتجربة صبغة جرام  Gram Staining ، مما يسمح لك بإجراء التجربة بأكملها بسهولة ووضوح مع مقاطع فيديو مبسطة لشرح الخطوات ، وملفات PDF لشرح المادة العلمية النظرية للتجربة ، بالإضافة إلى اختبار بسيط لاختبار فهمك للتجربة في النهاية. قم بإنشاء حسابك المجاني وجربه الآن!

تقنيات علم الأحياء الدقيقة | العزل Isolation

في الطبيعة ، يتم العثور على الكائنات الحية الدقيقة وخلطها مع أشكال وأنواع مختلفة من الحياة ، ولكن في كثير من الحالات نحتاج إلى تحديد كائن حي دقيق معين ، على سبيل المثال هناك العديد من الكائنات الحية الدقيقة المسببة للأمراض التي يمكن أن تسبب أمراضا خطيرة ، لذلك نحن بحاجة إلى تحديد ومراقبة الميكروب المعدي في المختبرات عن طريق عزله ثم السماح له بالنمو في بيئة نقية تحتوي على  نوع واحد  فقط من الكائنات الحية الدقيقة.

يمكننا عزل أنواع مختلفة من مسببات الأمراض عن أنسجة الجسم أو السوائل مثل الدم والبول والقيح والبلغم والسائل الشوكي وسوائل المعدة والصفراء وغيرها.

طرق العزل التالية هي الأكثر شيوعا وتستخدم لعزل الميكروبات من البيئات المختلطة:

• التخطيط Steaking
• التصفيح Plating
• التخفيف Dilution
• إجراء مثرى Enrich Procedure
• تقنية خلية واحدة Single Cell Technique

تقنيات علم الأحياء الدقيقة | التخطيط Streaking

يعد Streaking التخطيط  أحد أكثر تقنيات العزل شيوعا في علم الأحياء الدقيقة. يتم استخدامه لفصل وعزل سلالة نقية من نوع من الكائنات الحية الدقيقة (البكتيريا). يمكننا أخذ العينات اللازمة من المستعمرات الناتجة وأيضا يمكننا زراعة البيئة الميكروبيولوجية على صفيحة جديدة بحيث يمكن عزل الكائنات الحية الدقيقة المطلوبة وتحديدها واختبارها

تعتمد خطوات الطريقة على:

• صب وسط معقم مناسب في طبق بتري معقم ثم نترك الوسط يتصلب.

نقم  بتخطيط أو رسم (زراعة) كمية صغيرة من النمو (قادمة من التعليق البكتيري) باستخدام إبرة أو حلقة معقمة أو قضيب زجاجي منحني.

• نتأكد من أننا نخط ذهابا وإيابا عبر سطح الآجار حتى يتم تغطية حوالي ثلث قطر اللوحة.

 بعد ذلك ، يتم إشعال الإبرة المعقمة ويتم عمل الخطوط بزاوية قائمة على الخطوط الأولى وعبرها.نسحب الكائنات الحية الدقيقة في خط طويل من الخط الأول.

• نكرر الخطوة السابقة للمرة الثالثة في الزوايا اليمنى للخط الثاني وموازية للأول.

هناك العديد من أنواع تقنيات التخطيط في علم الأحياء الدقيقة مثل التخطيط الرباعي / التخطيط T / التخطيط المستمر / التخطيط المشع.

تقنيات علم الأحياء الدقيقة| التصفيح Plating

تستخدم تقنيات التصفيح في علم الأحياء الدقيقة بشكل أساسي لفصل الكائنات الحية الدقيقة الموجودة في حجم عينة صغير وتنتشر على سطح صفيحة من صفائح أجار والنتيجة هي تكوين وتوزيع مستعمرات منفصلة عبر سطح أجار.

تشمل خطوات طريقة التصفيح ما يلي:

• تخفيف خليط من الكائنات الحية الدقيقة حتى يتم ترك بضع مئات فقط من البكتيريا في كل ملليلتر من التعليق.
•  وضع كمية صغيرة من التخفيف الناتج في طبق بتري معقم باستخدام ماصة أو حلقة معقمة.
• ترك وسط الآجار الذائب يبرد إلى حوالي 45 درجة مئوية ثم سكبه في الطبق.
• مزج جيدا الكائنات الحية الدقيقة والأجار وعندما يتم ترسيخ الآجار ، سيتم تثبيت البكتيريا الفردية في مكانها وستنمو إلى مستعمرات مرئية.

تقنيات الأحياء الدقيقة الطبية

هناك العديد من تقنيات الأحياء الدقيقة الطبية التي تستخدم على نطاق واسع في المختبرات لدراسة الكائنات الحية الدقيقة المسببة للأمراض (خصائصها – آلية العدوى – النمو – الانتقال والمزيد).

إلى جانب الفحص البدني والتاريخ الطبي للمريض ، تستخدم تقنيات علم الأحياء الدقيقة الطبية بشكل أساسي لتشخيص الأمراض المعدية.

تشمل تقنيات الأحياء الدقيقة الطبية الأكثر شيوعا ما يلي:

• تقنيات الزراعة الميكروبية
• اختبارات الكيمياء الحيوية
• اختبارات باستخدام المجهر
• تفاعل البلمرة المتسلسل

 

توفر معامل براكسيلابس أكثر من 50 مختبرا افتراضيا لعلم الأحياء وتقنيات الأحياء الدقيقة يمكنك الوصول إليه في أي وقت وفي أي مكان. اشترك وابدأ الآن!