การกลายพันธุ์ (mutations)

             การกลายพันธุ์ หรือ mutation คือ กระบวนการที่ลำดับเบสบนดีเอนเอโมเลกุลถูกเปลี่ยนไป นั่นก็หมายความว่าการกลายพันธุ์คือการที่ DNA base-pair เปลี่ยนไป ทำให้ยีนเกิดการเปลี่ยน โครโมโซมเกิดการเปลี่ยนไป เซลล์ที่เกิดการกลายพันธุ์  เรียกว่า mutant cell

1.       ชนิดของการกลายพันธ์ (point mutations)

Mutations สามารถเกิดขึ้นเองได้จากการผิดพลาดของการทำงานของเซลล์ หรือสามารถเกิดขึ้นได้จากการเหนี่ยวนำให้เกิด mutation โดย mutagen ซึ่งเป็นสารเคมีหรือกระบวนการทางกายภาพ (physical or chemical agent) ที่เพิ่มอัตราการเกิด mutagens เหนี่ยวนำให้เกิดเรียกว่า induced mutations ส่วน mutations ที่เกิดขึ้นเองเรียกว่า spontaneous mutations   ส่วน point mutation คือ ลำดับเบสบนดีเอนเอถูกเปลี่ยนไป 1 เบส (base –pair substitution mutation) ดังนี้

1.1   Transition mutation

เป็นการ mutation จาก purine-pyrimidinr base pair คู่หนึ่งเป็น purine – pyrimidine base pair  อีกคู่หนึ่ง ซึ่งมีทั้งหมด 4 แบบคือ 1) AT ® GC,  2) GC ® AT,  3) TA® CG,  และ 4) CG  ®  TA

1.2   Transversion mutation

เป็นการ mutation จาก purine – pyrimidine base pair ไปเป็น pyrimidine – purine base pair  ซึ่งมีทั้งหมด 4 แบบ คือ

1) AT ® TA,   2) GC ® CG,   3) AT ® CG,  และ 4) GC  ® TA

1.3   Missense mutation

เป็นการ mutation ของยีน ที่มี nucleotide เปลี่ยนไปทำให้ mRNA codon  เปลี่ยนไปแล้วทำให้ การแปลรหัสเป็น amino acid เปลี่ยนไปจากเดิมด้วย อย่างเช่น

                        5’- AAA-3’                                         5’-GAA-3’

®                        3’-  TTT-5’                                          3’-CTT-5’

ทำให้เกิดการเปลี่ยน mRNA codon จาก 5’AAA-3’ (Lys) ® 5’-GAA-3’(Glu) เปลี่ยนการแปลรหัสเป็นกรดอะมิโนจาก ไลซีน (Lysine) --> กลูตามี (Glutamine)

  

1.4   Nonsense mutation

เป็นการ mutation ของยีนที่มี  nucleotide เปลี่ยนไปทำให้ mRNA codon ที่ถูกแปลรหัสเป็น amino acid เปลี่ยนไปเป็น stop codon ; UAG,UAA หรือ UGA   ตัวอย่างเช่น

                        5’-AAA – 3’                                                       5’-TAA-3’

                        3’-TAA-5’                          ®                          3’-ATT-5’

ทำให้เกิดการเปลี่ยน mRNA codon จาก 5’AAA-3’ (Lys)       เป็น        5’UAA-3’ (stop codon) หรือเรียกอีกอย่างว่า nonsense codon ทำให้ได้สาย polypedtides ที่ไม่สมบูรณ์   

1.5   Neutral mutation (เป็น subset ของ missense mutation)

การ mutation ในยีนที่ทำให้เปลี่ยน amino acid ตัวหนึ่งไปเป็น amino acid อีกตัวหนึ่งที่มีคุณสมบัติทางเคมีเหมือนๆกัน ตัวอย่างเช่น

                5’AAA-3’        ®       5’-AGA-3’

                (LYS)                                (Arg)

ทั้ง Lys และ Arg เป็น basic amino acid                     

1.6   Silent mutation (เป็น subset ของ  missense mutation เช่นกัน)

การเปลี่ยนแปลงของ base-pair บน gene ที่ทำให้ mRNA codon ถูกแปลงรหัสเป็น amino acid ตัวเดิมอยู่ ตัวอย่างเช่น

                5’AAA-3’      ®             5’-AAG-3’

                (Lys)               =                    (Lys)     

1.7   Frameshift mutation

การเพิ่ม (addition) หรือ ลบ (deletion) ของ base-pair บนยีน ทำให้ reading frame ของสายโปรตีนนั้นๆ ตั้งแต่ตำแหน่งที่มีการเพิ่มหรือลบของ base-pair เปลี่ยนไปทั้งหมดและทำให้ได้สาย polypeptids ยาวขึ้นหรือสั้นลงก็ได้ 

นอกจากนี้แล้ว mutation ยังสามารถแบ่งได้เป็น 2 ประเภทตามผลที่เกิดตามมาภายหลัง mutation นั่นคือ

1)      forward mutation  เป็นการ mutation ที่เปลี่ยน genotype ของ wild type*  ไปเป็น mutant

2)   reverse mutations หรือ back mutations เป็นการ mutation ที่เปลี่ยน genotype ของ mutant กลับมาเป็น wild type (หรือเกือบเป็น wild type ที่สมบูรณ์)
*  wild type คือ ลักษณะปกติดั้งเดิม

2.       การเกิด mutation ขึ้นเองและโดยการเหนี่ยวนำ

2.1   mutations ที่เกิดขึ้นเอง (spontaneous mutations)

ศัพท์บัญญัติที่ใช้วัดค่าการเกิด mutation มี 2 คำที่ควรรู้จักคือ 
1) Mutation rate เป็นความน่าจะเป็นในการเกิด mutation ในช่วงระยะเวลาหนึ่ง เช่น จำนวน nucleotide pair ที่เกิด mutation ในหนึ่งรุ่น หรือ จำนวน nucleotide pair ที่เกิด mutation ในยีนๆหนึ่งในหนึ่งรุ่น
2) Mutation frequency คือ ตัวเลขความถี่การเกิด mutation แบบหนึ่งต่อเซลล์หนึ่ง หรือสิ่งมีชีวิตหนึ่งต่อประชากรทั้งหมด เช่น ตัวเลขการเกิด mutation ชนิดหนึ่งต่อ 1 เซลล์ตัวอ่อน 1 ล้านเซลล์

ในคนเรานั้นมีการเกิด mutation ที่เกิดขึ้นเอง ในยีนๆหนึ่งเท่ากับ 1x10^-4 –  4x10^-6 ต่อยีนต่อ

รุ่น ในแบคทีเรียการเกิด mutation จะน้อยกว่านั้น คือ 1x10^-5 – 1x 10^-7 ต่อยีนต่อรุ่น point mutation ทุกชนิดสามารถเกิดขึ้นเองได้ และการเกิด mutation ที่เกิดขึ้นเองนั้นสามารถเกิดขึ้นได้ระหว่าง DNA  replication ใน G₁และ G₂  phases ของ cell cycle และเกิดจากการเคลื่อนย้ายของ transposable genetic elements   จะเห็นได้ว่า ในสิ่งมีชีวิตหนึ่งๆ ก็จะมีการกลายพันธ์เกิดขึ้นเองอยู่แล้ว จึงไม่น่าแปลกใจเลยว่าทำไมเราจึงพบเชื้อแบคทีเรียหรือไวรัสดื้อยาอยู่เสมอๆ

การผิดพลาดจาก DNA replication สามารถทำให้เกิด point mutation, additions และ

deletions ของยีนขึ้นได้   ตัวอย่างของ point mutation เกิดขึ้นจาก การจับคู่ที่ผิด (mismatching) ซึ่งเกิดจาก wobble pairing ได้แก่  เบสที่ถูกจับคู่กับเบส ที่ไม่ใช่คู่ของมัน เนื่องจากการฟอร์มของ hydrogen bonds ผิดตำแหน่ง   

การ mutation ที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงทางเคมีที่เกิดขึ้นเอง เหตุการณ์การเปลี่ยนแปลง

ทางเคมีที่ทำให้เกิดการ  mutation ที่สำคัญคือ 1) depurination เป็นเหตุการณ์ที่ puring (A หรือ G) ถูกดึงออกไปจาก DNA เนื่องจากเกิดการสลายพันธะเบสและ deoxyribose sugar ถ้าบาดแผลนี้ไม่ได้รับการซ่อมแซมก็จะไม่มีการเข้าคู่ของเบสที่เฉพาะกับเบสที่ว่างนี้ ทำให้มีการจับbase เข้ามาเข้าคู่อย่างสุ่ม 2) deamination คือ amino group บนเบสของ DNA ถูกดึงออกไปเช่นการ deamination ของ cytosine ทำให้เปลี่ยนเบสใหม่จาก  cytosine ไปเป็น uracil ถ้า uracil นั้นไม่ถูกซ่อมเมื่อมี DNA replication จะทำให้ได้คู่ U=A และสุดท้ายจากคู่ CG จะเกิด transition mutation ไปเป็น TA base pair

2.2   Mutations ที่เกิดจากการเหนี่ยวนำ (induced mutation)

โดยทั่วไปการเหนี่ยวนำทำให้เกิดการ mutation จะเป็นวิธีที่ใช้ในการศึกษายีนการ mutation ทั่วไปใช้รังสี (radiation) และสารเคมี ซึ่งแต่ละกระบวนการจะมีกลไกที่เฉพาะแตกต่างกันไป

2.2.1    Radiation

·    ในการใช้รังสี X-rays  เพื่อทำให้เกิด mutation นั้น X- ray จะทะลุทะลวงเนื้อเยื่อให้ไปและชนกับโมเลกุลต่างๆ แล้วทำให้อิเล็กตรอน (e^-)  หลุดออกจากวงโคจร (orbits) ของโมเลกุลนั้นๆ ทำให้ โมเลกุลนั้นๆเกิดเป็นไอออน (ions) ไอออนนี้สามารถทำให้พันธะโควาเลนท์ (covalent bonds) ต่างๆ ของโมเลกุลในเซลล์แตกได้ ดังเช่นถ้า covalent bonds ของ DNA แตกจะทำให้เกิด mutation ที่โครโมโซมของคนเราได้ และถ้าในเซลล์มี ions มากๆ เซลล์ก็จะตายได้

·    Ultraviolet light (UV) rays  ไม่ทำให้เกิด ions แต่ UV ทำให้เกิด mutation โดยเกิดจากที่ purine และ pyrimidine  bases ของ DNA ดูดซับแสง UV  (คลื่นความถี่ 254-260 nm) จนทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของ DNA เกิดเป็น point mutations ดวงอาทิตย์เป็นแหล่งของ รังสี UV การ mutation ที่เกิดจากรังสี UV อันหนึ่ง คือ thymine dimers (T^T) 

          * สามารถจำง่ายๆว่า UVB burn (ผิวหนังไห้ม)  UVA ทำให้ aging (เซลล์แก่ตัวลง) ก็ได้

2.2.2    Chemical mutagens

สารเคมีที่ทำให้เกิด mutation แบ่งออกเป็น 3 กลุ่มคือ

1)      base analogs คือสารที่มีโครงสร้างเหมือน bases บน DNA

      * 5- bromouracil (5BU) เหมือน thymine แต่จะมี bromine (Br) แทนที่ methyl group (CH₃) 

      ที่ Uracil 

      * แต่อย่างไรก็ตามไม่ใช่ว่า base analogs ทุกตัวจะเป็นสาร mutagens แต่ใช้รักษา

                                 โรค AIDS  โดยที่ใช้ AZT ให้กับ AIDS virus ขณะที่ virus  กำลังสร้าง DNA (AIDS-virus เป็น 

                                  retrovirus มีสารพันธุกรรมเป็น RNA เมื่อเข้าไปใน host ต้องเปลี่ยน RNA ให้เป็น DNA 

                                  แล้วจึงแฝงตัว   เข้าไปใน host genome) AZT จะถูก AIDS-virus ใช้ในการสร้างสาย DNA 

                                  แต่ AZT มี azido group (N₃)   และไม่มี OH group ทำให้การสร้างสาย DNA ต้องหยุด 

                                  คือ ไม่สามารถนำ nucleotide เข้ามาต่อได้ และ AZT นี้จะถูกใช้โดย

                                  เอนไซม์ reverse transcriptase  ที่เปลี่ยน RNA เป็น DNA 

                                 ใน AIDS- virus เท่านั้นกับคนไม่เป็นไร

2)      base – modifying agents สาร mutagens ที่ทำการปรับเปลี่ยนโครงสร้างทาง

                                  เคมีของ base ตัวอย่างเช่น alkylating agents ซึ่งเป็นสารเคมีที่ทำให้เกิดหมู่ alkyl C-CH₃ และ – 

                                 CH₂CH₃ ) เช่น methylmethane sulfonate (MMS) ที่จะเติมหมู่ CH₃ ให้กับ guanine เกิดเป็น

                                 O⁶-methyl quanine ซึ่งจะจับคู่กับ thymine ทำให้เกิดการ mutation ของ GC ® AT

3)   intercalating agents สารนี้จะเข้าไปแทรกอยู่ระหว่างสาย  DNA เช่น proflavin, acridine และ ethidium bromide เมื่อสารเหล่านี้เข้าไปแทรกอยู่ใน DNA ระหว่างกระบวนการ replication นั้นจะทำให้เซลล์ต้องเติม bases (A,T,G หรือ C ก็ได้) ลงไปที่ DNA สายใหม่ ทำให้เกิด mutation แบบ additions หรือ deletions 

_______________________________________

แบคทีเรียที่มีเปอร์เซ็น G+C ต่ำและเป็นแบคทีเรียแกรมบวก

แบคทีเรียที่มีเปอร์เซ็น G+C ต่ำและเป็นแบคทีเรียแกรมบวก

Bacteria : The Low  G+C Gram Positives

·     The  low  G+C Gram – positive  bacteria  จัดอยู่ใน phylum Firmicutes  มี 3 Classes คือ   

1. Clostridia     (หัวข้อที่ 3.)

2. Mollicutes    (หัวข้อที่ 1.)

3. Bacilli          (หัวข้อที่ 4.)

  

หัวข้อที่ 1. Class  Mollicutes  (Mycoplasmas)

·      มี 5 orders และแยกเป็น 6 families 

·      orders  ที่ถูกศึกษามากคือ Mycoplasmatales (Entomoplasma ,  Mesoplasma  , Spiroplasma) , Acholeplasmatales (Acholeplasma), และ Anaeroplasmatales (Anaeroplasma,Asteroleplasma)

·       สมาชิกใน Class  Mollicutes มักจะถูกจะเรียกว่า Mycoplasma

·    ไม่มี Cell wall  เนื่องจากว่าไม่สามารถสังเคราะห์ peptidoglycan  precursors ได้

·       มีเฉพาะ plasma  membrane เท่านั้น  ดังนั้นจึงมีรูปร่างได้หลายแบบ มีเส้นผ่าศูนย์กลาง 0.3 –0.8 mm มีลักษณะตั้งแต่รูปร่างคล้ายลูกแพร์ หรือ Flask (ซึ่งช่วยในการเกาะกับ eucaryotic  cells) จนถึง เป็นแบบ helical  filaments

·      เป็นแบคทีเรียที่เล็กที่สุด  ส่วนมากเป็น nonmotile บางชนิด  สามารถ glide ได้

·      ต้องการ sterols ในการเจริญเติบโต

·        ส่วนมากเป็น facultative  anaerobes  บางชนิดเป็น obligate  anaerobes

·         ลักษณะโคโลนีบนอาหารวุ้น  เป็นแบบ fried – egg  appearance  คือ โคโลนีตรงกลางจะเจริญลงไปใน agar  ส่วนวงรอบจะเจริญบนผิว agar

·      genome  มีขนาดเล็กมากๆ ประมาณ 5-10 ´10 ⁸  daltons

·        G+C  content  23-41 %

·         Mycoplasma  genitalium  พาราไซท์ใน genital  และ ท่อทางเดินหายใจ มี genome  ขนาด 580 kb = 482 genes

·         Mycoplasmas  ต้องการ sterols  ซึ่งถูกใช้ไปประกอบใน plasma membrane  membrane  sterols  นี้อาจช่วยให้มีการ osmosis ที่คงตัว

·        ไม่มี TCA Cycle  ที่สมบูรณ์

·      บางชนิดสร้าง ATP จาก Embden – Meyerhof  pathway และ lactic  acid  fermentation     บางชนิดสามารถ metabolize  arginine  หรือ urea เพื่อสร้าง ATP

·      สามารถ isolate  ได้จาก สัตว์ พืช ดิน หรือ ซากที่เน่าเปื่อยต่างๆ

·          10 %  mammalian  cell  culture   ในห้องทดลอง  อาจมีการ contaminate  ของ mycoplasma ด้วย  ซึ่งจะ interfere  การทดลอง พวกนี้จะตรวจสอบและกำจัดยาก

·          M.  pneumoniae  ทำให้เกิด atypical  pneumonia ในมนุษย์     genome  ของมันถูก sequence พบว่า pathways of  amino  acid biosynthesis  ไม่มี    แสดงว่าเป็น  parasitic  lifestyle

·     นอกจากนี้แล้วพบว่า mycolasmas  ยังทำให้เกิดโรคที่เกี่ยวกับทางเดินหายใจใน วัว หมู และไก่อีกด้วย เช่น

M.  mycoides           ®    contagious  bovine  pleuropneumonia  ในวัว

M. gallisepticum     ®     chronic  respiratory  disease    ในวัว

M.   hyopnemoniae ®     pneumonia       ในหมู

·       spiroplasmas  พบใน  แมลง และพืชต่างๆด้วย

หัวข้อที่ 2. Low  G+C Gram – positive  bacteria  in  Bergey’s  Manual

·   ถูกจัดอยู่ในพวก 1) Gram – positive  cocci, 2) Endospore  forming  gram  positive  rods and  cocci  และ 3) Regular, non  sporing  gram – positive  rods ซึ่งการจำแนกในการตีพิมพ์ครั้งแรกนี้ได้จากการสังเกต  phenotypes  เช่น รูปร่างมี endospore,  การใช้ O₂,   peptidoglycan  chemistry และอื่นๆ

·          peptidoglycan  structure  เป็นโครงสร้างที่สำคัญที่ใช้จำแนกแบคทีเรียในกลุ่มนี้

-          Gram – negative  bacteria  ส่วนมากมี meso- DAP (diaminopimelic  acid) ตำแหน่งที่ 3 มีพันธะกับ C – terminus ของ D-alanine  ของ peptide  chain  ที่ติดกัน  ซึ่งโครงสร้างอันนี้ก็สามารถพบใน Gram – positive  genera พวก Bacillus  ,Clostridium , Lactobacillus , Corynebacterium , Mycobacterium และ Nocardia ด้วย

-          Gram – positive  bacteria  อื่น จะไม่มี meso – DAP ในตำแหน่งที่ 3 แต่จะมี L- Lysine แทน และมี interpeptide  bridge ซึ่งประกอบด้วย monocarboxylic  L- amino  acids หรือ glycine หรือทั้งคู่

-          Streptomyces และพวก actinobacterial  genera มี L-L,diaminopimelic acid ในตำแหน่งที่ 3 แทนที่ meso-DAP และมี interpeptide  bridge เป็น glycine  1 ตัว

-          ในพวก plant  pathogenic  corynebacteria  บางชนิดมี interpeptide  bridge เชื่อมระหว่างตำแหน่ง 2 กับ 4 ของ peptidesubunits ไม่ใช่ตำแหน่ง 3 กับ 4  เหมือนแบคทีเรียตัวอื่น

-          Bacilli  และ Gram – negativec  bacteria  ส่วนมากมีพันธะที่ต่อระหว่าง muramic  acid  กับ peptide  อื่นน้อยกว่า  Gram – positive bacteria เช่น Staphylococcus  aureus ซึ่ง muramic acid  ทุกตัวต่อกับ peptide อื่น

·         Bacterial  endospore      เป็นอีกโครงสร้างหนึ่งที่สำคัญในการจำแนกแบคทีเรียในกลุ่ม    Gram – positive  bacteria

-          กลมหรือรูปไข่  มี spore  coat  และ inner  spore  membrane

-          ประกอบด้วย dipicolinic  acid  ซึ่งทนต่อความร้อน        spore  นี้สามารถ อยู่ในระยะพักได้นาน         endospore  ของ  Bacillus  sphaericus มีชีวิตอยู่ได้นานถึง 25 ล้านปี !!!

-          การตรวจสอบสปอร์ spore staining  หรือ โดยให้ความร้อนที่ 70-80 C, 10 นาทีแล้วนำไปเพาะบนอาหารเลี้ยงเชื้อ (เนื่องจาก endospores และ thermophiles เท่านั้นที่จะอยู่รอดที่ความร้อนเท่านี้)

·      ใน Bergey’s manual  เล่มใหม่  จัด  low G+C  Gram-positive  bacteria  เป็น 2 classes คือ

            1.  Clostridia     

   และ  2.   Bacilli

หัวข้อที่ 3. Class   Clostridia

·        มี 3 order  , 11  families 

·          จีนัสที่ใหญ่ที่สุด  คือ Clostridium  มีมากกว่า 100 สปีชีส์

·          Clodtidium  เป็น anaerobic และมี endospore ที่ทนทานต่อความร้อน  Clostidium นี้จะพบมากในอาหารที่เสีย  รวมถึง อาหารกระป๋องที่เสียๆด้วย  C. botulinum   ทำให้เกิด botulism 

·          Clostidium  สามารถ ferment  กรดอะมิโน เพื่อสร้าง ATP  โดยจะออกซิไดส์กรดอะมิโนตัวหนึ่งแล้วใช้อีกตัวหนึ่งเป็น electron  aceceptor  กระบวนการนี้เรียกว่า          Stickland  reaction  ในกระบวนการนี้จะได้ ammonia , hydrogen  sulfide , fatty  acids และ amines  ระหว่างการ ferment  proteins  สารเหล่านี้มีกลิ่นที่แรง

C. tetani    ทำให้เกิด tetanus /  C. perfringens  ®gas  gang rene และอาหารเป็นพิษ  / C. acetobutylicum     ใช้  ผลิต butanol

·          จีนัสอื่นที่น่าสนใจ  เช่น  Desulfotomaculum  ® anaerobic  endospore  - forming  genus   สามารถรีดิวซ์  sulfate  และ sulfite ให้เป็น hydrogen  sulfide  ระหว่าง anaerobic  respiration

Desulfotomaculum  มี cell wall แบบ  Gram – positives  แต่ย้อมสีติดแบบ Gram – negatives

·          Heliobacteria ®  genera  Helisbacterium กับ Heliophilum  เป็น  anaerobic  photosynthetic  bacteria  มี chlorophyll เป็น bacteriochlorophyll g มี photosystem  type I   มี   reaction  center  คล้ายกับ green  sulfer  bacteria  แต่ไม่มี intracytoplasmic  photosynthetic  membranes ซึ่งมี  pigment  s  อยู่ใน plasma  membrane  คล้ายกับ  Desulfotomaculum  ตรงที่ย้อมติดสี Gram – negatives  แม้ว่าจะมี cell  wall เป็นแบบ Gram – positive   cell  wall  มีปริมาณ  peptidoglycan  ต่ำ  และ heliobacteria  บางชนิดสร้าง andospores

·          genus  Veillonella      Bergey’s  เล่มเก่าจัดอยู่ใน  anaerobic  Gram- negative   cocci

-          อยู่ใน family  Veillonellaceae  เป็น anaerobic  , chemoheterotrophic  cocci  ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 0.3 – 2.5 mm ปกติจะพบเป็น diplococi (ด้านที่ติดกันจะแบน) แต่สามารถพบเห็นเป็นเซลล์เดี่ยวๆ กลุ่มหรือโซ่ต่อกัน

-          สามารถใช้ carbohydrates , lactate , organic  acids  และใช้ amino  acids ในการผลิตก๊าซ CO₂ และ H₂ 

-          พวกนี้จะเป็น parasites ใน homeothermic  animals (สัตว์เลือดอุ่น)

-          Veillonella มีมากที่ tongue surface และที่ฟันของคน  และยังสามารถ isolate ได้จาก vagina    Veillonella สามารถปรับตัวได้ดีในช่องปาก เพราะมันสามารถใช้ lactic acid  ซึ่งได้จาก การย่อย carbohydrates  ของ sterptococi และแบคทีเรียในช่องปากตัวอื่นได้

หัวข้อที่ 4. Class  Bacilli

          มี 2 order  , 16 families  , ประมาณ 59 genera  ซึ่งในที่นี้จะพูดถึง 2 order  หลักๆคือ Bacillales กับ Lactobacillales

4.1 Order  Bacillales

·          family  ที่ใหญ่ที่สุดคือ Bacillaceae ® genus  Bacillus

·          Bacillus  genes  เป็น Gram – positive  , endospore – forming , chemoheterotrophic  rods  ซึ่งสามารถเคลื่อนไหวได้และมี flagella

·          เป็น aerobic  บางครั้งเป็น facultative  ได้  และ catalase  positive

·          ในการตีพิมพ์หนังสือของ Bergey’s ครั้งที่ 2 มี genera  แบ่งออกมาอีก 2 อันคือ

- Alicyclobacillus เป็นพวก acidophilic , sporing , gram – positive หรือ gram – variable rods  ซึ่งมี w – alicylic   fatty  acids ที่มี 6 หรือ 7 – carbon  rings อยู่ที่ membrane  เป็น aerobic  หรือ facultative  G+C content 51-60 %

- Paenibacillus  [ Latin  paene  = almost , and  bacillus] เป็น Gram – positive  rods เคลื่อนไหวโดย peritrichous flagella มี ellipsoidal  endospores  และ sporangia ที่บวม  สร้างกรดหรือ gas ได้จากการย่อยสลาย glucose หรือน้ำตาลตัวอื่น  G+C  content 40-54  %   เช่น Paenibacillus  alvei . P. macerans และ P. polymyxa

·          Bacilluc  subtilis  มี genome  = 4.2 ล้าน bp มี ABC  transporters อยู่มาก มียีนที่ใช้ใน catabalism ของ diverse  carbon  sources มียีนที่ใช้สังเคราะห์ antibiotic และมี DNA จาก bacteriophage อย่างน้อย 10 prophages

·         Bacillus  สร้างยาปฏิชีวนะ  เช่น bacitracin , gramicidin และ polymyxin

B. cereus   ®      food  poisoning  และสามารถ infect  humans

B. antracis ®      antirax   ในคนและสัตว์

B.  sphaericus ® มี solid  protein  crystal  เรียกว่า   parasporal  body   

ใกล้กับ  spores ระหว่างการสร้าง endospore

B. thuringiensis ® มี parasporal  body  ที่เป็นพิษ ฆ่า moth ได้มากกว่า 100 ชนิด          สารพิษนี้ทำลาย  gut  epithelium      ส่วนมาก toxin  gene  จะอยู่บน  plasmid  B. sphaeroicus  มีโปรตีนที่ toxic ต่อลูกน้ำของยุง  

·         Genus  Thermoactinomyces เป็น thermophilic  เจริญที่อุณหภูมิ 45-60 ° C

      สร้างสปอร์ทิ้งใน aerial และ substrate  mycelia

     มักจะพบตามกองฟางที่ชื้น  กองขยะที่เน่าเปื่อย  และที่ที่มีอุณหภูมิสูงๆ    

     สปอร์ของ Thermoactinomyces เป็น endospores ซึ่งทนต่อความร้อนสูง

    ซึ่งสามารถอยู่รอดที่อุณหภูมิ 90 ° C  ถึง 30 นาที   endospore นี้จะฟอร์มที่

     hyphae ภายในมี calcium และ dipicolinic acid   Thermoactinomyces 

     vulgaris  พบในกองฟาง   โรงนาที่ใช้เก็บเมล็ดพืช 

     เป็นตัวทำให้เกิดโรคภูมิแพ้ในระบบหายใจในเกษตรกรนี้     

     เร็วๆนี้มีการค้นพบสปอร์ของ T. vulgaris ในโคลนของทะเลสาบ Minnesota  

     ซึ่งอยู่มากว่า 7,500 ปี

·          Genus  Caryophanon เป็น strictly  anaerobic  Gram positive  bacteria  , catalase  positive  และเคลื่อนไหวได้ด้วย peritrichous  flagella  ในธรรมชาติพบที่มูลของวัว  มีลักษณะเซลล์เป็น disk – shaped  (1.5 – 20 mm ´ 0.5 – 1.0 mm ) เกาะกันเป็นตั้งๆ จนเป็นรูป rods ยาว 10-20   mm

 ·          family  Staphylococcaceae มี 4 genera  genus  ที่สำคัญคือ Staphylococcus ซึ่งเป็น facultatively  anaerobic  ,nonmotile, Gram – positive  cocci  ,มักจะฟอร์มเป็นพวงองุ่น ,catalase  positive , oxidase  negative  , ferment  glucose  , มี  teichoic  acid ในโครงสร้างของ cell walls  Staphylococci  มักพบที่ผิวหนัง เยื่อหุ้มเมมเบรนในสัตว์เลือดอุ่น Staphylococcus  epidermidis           ติดเชื้อในแผลเป็นจากการผ่าตัด ท่อปัสสาวะ   S. aureus  เป็น pathogen  ที่สำคัญต่อคน      แผลหนอง แผลติดเชื้อ   pneumonia, toxic  shock  syndrome  และ โรคอื่นๆ  S. aureus  เป็นเชื้อดื้อยา (multidrug  resistance) รักษาค่อนข้างยาก

S. aureus  สร้างเอนไซม์  coagulase ซึ่งทำให้  blood  plasma  แข็งตัว

·          Listeria, family  Listeriaceae  เป็นจีนัสหนึ่งที่สำคัญทางการแพทย์เป็น short  rods , aerobic หรือ facultative  , catalase  positive  และ motile โดย peritrichous  flagella  พบมากใน ซากสิ่งเน่าเปื่อย Listeria  monocytogenes เป็น pathogen  ในคนและสัตว์และทำให้เกิดโรค listeriosis  ; food  infection

4.2      Order  Lactobacillales

·          สมาชิกของ  order  Lactobacillales  หลายๆ ตัวสร้าง lactic  acid  ซึ่งเป็นสารหลักของ fermentation  product  แบคทีเรียนี้จึงถูกเรียกว่า lactic  acid  bacteria

·          สมาชิกในกลุ่มนี้เช่น  Streptococcus  , Enterococcus ,Lactococcus , Lactobacillus  และ Leuconostoc 

·          เป็น nonsporing , nonmotile ไม่มี  cytochromes ซึ่งจะได้พลังงานจาก substrate  level  phorphorylation  แทนที่จะเป็นจาก electron   transport และ oxidation  phosphorylation และ lactobacillales นี้จำเป็นต้องใช้ sugar ใน fermantation  เพื่อให้ได้พลังงาน เป็นพวกที่เลือกกันและจำเป็นต้องใช้ vitamins , amine acids , purines  และ pyrimidines ในการเจริญเติบโต เนื่องจากมีความสามารถของ biosynthetic  ที่จำกัด  lactic  acid  bacteria  มักจะถูกจำแนกเป็น  facultative  anaerobes  บางตำราจัดแบคทีเรียกลุ่มนี้เป็น  aerotolerant  anaerobes 

·          genus  ที่ใหญ่ที่สุดใน order  นี้คือ Lactobacillus ซึ่งมีเกือบ 80 species 

-          Lactobacillus  ประกอบด้วยพวก non  sporing rods และ coccobacilli ซึ่งเป็น catalase  negative  และไม่มี Cytochromes เป็น  facultative  หรือ microaerophilic  สร้าง lactic  acid  เป็นผลิตภัณฑ์หลักหรือผลิตภัณฑ์เดียวของ fermentation  ต้องการสารอาหารหลายอย่างมากในการเจริญ

-          Lactobacilli  ใช้ Embden-Meyerhof  pathway (glycolysis) = homolactic  fermentation หรือใช้ pentose  phosphate  pathway  = heterolactic  fermentation โตที่ pH 4.5 – 6.4  Lactobacillus  พบที่บริเวณผิวพืช  ผลิตภัณฑ์นม, เนื้อ ,น้ำ ,น้ำในท่อระบาย,  เบียร์, ผลไม้ และยังพบในช่องปากของคน, ลำไส้และ vagina  แต่โดยปกติแล้วจะไม่ใช่ pathogen 

-          Lactobacillus  ใช้ในผลิตภัณฑ์พวกผักดอง, เบียร์, ไวน์, น้ำผลไม้, ชีส, โยเกิต และไส้กรอก 

โยเกิต ทำจาก nonfat  หรือ low- fat  milk  ที่ผ่านการฆ่าเชื้อโดย pasterrization  แล้วทำให้เย็นที่ 43 °C  หรือต่ำกว่า  เติมด้วย Streptococcus  thermophilus  และLactobacillus  bulgaricus   S. thermophilus  จะโตในช่วงแรกอย่างรวดเร็ว  ทำให้นมเป็น anerobic  และ   มีความเป็นกรดเล็กน้อย จากนั้น L . bulgaricus  ทำให้นมมีความเป็นกรดมากขึ้น การทำงานของทั้ง 2  species  ทำให้ lactose ถูกเปลี่ยนเป็น lactic acid  และให้รสของโยเกิตด้วย  diacetyl  (S. thermophilus) และ acetaldehyde ( L.bulgaricus) ผลไม้และรสผลไม้จะเป็นส่วนผสมที่ใส่เข้าไปทีหลัง

-          Lactobacillus บางครั้งทำให้เกิด เบียร์ นม หรือ เนื้อสัตว์เสีย เนื่องจาก end 

Products จากเมตโบลิซึมของมันทำให้เกิดกลิ่นหรือรสที่ไม่ปรารถนา

·        Leuconostoc,  family  Leuconostocaceae ประกอบด้วย facultative  Gram-positive  cocci   ซึ่งสามารถยาวขึ้นหรือเป็นรูป elliptical  และมีการจัดเรียงตัวเป็นคู่หรือต่อกันเป็นโซ่

-          เป็น calalase  negative  ไม่มี  cytochromes และใช้ heterolactic  fermentation  เท่านั้น ซึ่งจะเปลี่ยน glucose  เป็น D – lactate และ ethanol  หรือ acetic  acid โดยใช้  phosphoketolase  pathway 

-          สามารถแยกได้จากพืช นม  จีนัสนี้ใช้ในการผลิตไวน์  การหมักดอกผักทำ buttermilk , butter  และ cheese        L. mesenteroides ใช้สังเคราะห์ dextrans จาก sucrose และอยู่ในที่ที่มีความเข้มข้นของน้ำตาลสูงๆได้ ดังนั้นจึงสามารถโตได้ใน syrup และเป็นปัญหาในอุตสาหกรรมการผลิตน้ำตาล

·       ที่อีก families ที่สำคัญ ใน order นี้คือ Enterococcaceae (Enterococcus) และ sterptococcaceae ( Streptococcus, Lactococcus) ซึ่งเป็น chemohetherotrophic , mesophilic , nonsporing, gram- positive  cocci      genus ที่สำคัญคือ Streptococcus ซึ่งเป็น facultatively anaerobic  และ catalase negative

-          Streptococci มีความใกล้ชิดกับแบคทีเรียในกลุ่ม Enterococci  และ Lactococci จะปรากฏเป็นคู่หรือสายเมื่อเลี้ยงให้ liquid  media  ไม่มี  endospores และส่วนมากจะเป็น nonmotile จีนัสนี้เป็น chemoheterotrophs ที่ ferment  sugars ได้ lactic acid  แต่ไม่มีก๊าซเกิดขึ้น โดยใช้ homolactic  fermentation

-          Streptococci  จะมีลักษณะหลายๆอย่างคล้าย Enterococci และ Lactococci

-          วิธีที่ใช้จำแนกแบคทีเรียใน 3 กลุ่ม  นี้คือ ความสามารถในการ lyse  เม็ดเลือดแดง ในขณะที่โตบน  blood  agar (มี 5% sheep หรือ horse blood )

-          a - hemolysis = 1-3 mm  zone สีเขียว เกิดจาก   incomplete  hemolysis  รอบๆ streptococcal  colony

-          b - hemolysis  = clear  zone  หรือ complete  lysis 

-          การตรวจสอบด้วยวิธีตรวจหา antigen  จาก cell wall ของ streptococci  ซึ่งจะพบ  polysaccharide และ  teichoic  acid  antigens ที่ wall  และ plasma  membrane เรียกการตรวจวิธีว่าเป็น Lancefield  grouping system

-          สมาชิกของกลุ่ม streptococci , enterococci  และ lactococci ที่สำคัญเช่น Streptococcus  pyogenes (pyogenic = pus  producing)ทำให้เกิดเจ็บคอ , acute  glomerulonephritis และ rheumatic  fever 

              S. pneumoniae  เป็น a - hemolytic  พบเป็นคู่ cocci ทำให้เกิด pneumonia และ otitis media (ติดเชื้อของหูชิ้นกลาง)

              S. mutans  ทำให้ฟันผุ  E. faecalis พบในลำใส้ของคนเรา ซึ่งจะทำให้เกิดโรคตามโอกาสคือโรค urinary  tract infections และ endocarditis  enterococci ต่างกับ streptococci  ตรงที่มันสามารถเจริญได้ใน NaCl 6.5 % lactococci  สามารถ ferment  sugars ได้ lactic  acid และสามารถโตได้ที่ 10 °C แต่โตไม่ได้ที่ 45 °C     L. Lactis ใช้ในการทำ  buttermilk และ cheese ซึ่งสามารถสร้างสารให้รส พวก diacetyl  และสารอื่นๆได้ 

 -----------------------------------------------------------