
Bacteria are a diverse group and all of them have unicellular prokaryotic organization, which lack membrane-bounded organelles, including a well-defined nucleus. They have the simplest cellular organization.
A generalized bacterium (Figure 2.1) shows these parts: Capsule (outer slimy layer), Cell wall (rigid support), Cell membrane (plasma membrane), DNA in the Nucleoid (irregular dense area, not a true nucleus), Pilus (thin attachment fibre), Cytoplasm (inner fluid), Ribosome (protein-making granules), Mesosome (folded membrane), Plasmid (small extra DNA ring) and Flagellum (long movement thread).
Cell Wall: It is a rigid wall around the plasma membrane of the bacterial cell. The major component of the bacterial cell wall is a unique macromolecule, called peptidoglycan or murein. It is composed of long glycan (polysaccharide) chains, cross-linked by short peptide fragments (Figure 2.2: the molecular model of peptidoglycan). Its amount differs in different bacteria. The cell wall also contains lipids, which are linked to peptidoglycan.
Gram's staining: Sir Hans Christian Gram devised the technique of Gram's staining. Gram-positive bacteria stain purple because they retain the violet dye. Gram-negative bacteria do not retain the violet dye and so they appear in their original colour.
The composition of the cell wall is quite different in Gram-positive and Gram-negative bacteria. The cell wall of Gram-positive bacteria contains a thick layer of peptidoglycan and has less lipid content. While the cell wall of Gram-negative bacteria has a thin layer of peptidoglycan.
The cell wall of Gram-negative bacteria has an outer membrane made of lipopolysaccharides and lipoproteins. The outer membrane makes Gram-negative bacteria resistant to many antibiotics. It contains a protein called porin, which acts like a pore for specific molecules. The cell wall of Gram-negative bacteria has more periplasmic space (space between the peptidoglycan layer and the cell membrane) than Gram-positive.
Capsule: Some bacteria produce a capsule outside their cell walls. It is a gelatinous layer and gives sticky character to bacterial colonies.
Cell Membrane: The cell membrane or plasma membrane is present just beneath the cell wall. It lies at the outermost in bacteria that lack a cell wall (e.g., Mycoplasma). The cell membrane of bacteria does not have sterols (e.g., cholesterol) in its chemical makeup. At some points, the cell membrane invaginates and forms vesicles, tubules or lamellae in the cytoplasm. These structures are known as mesosomes. These are involved in DNA replication and cell division and also serve as respiratory centres.
Cytoplasm and Genetic Material: Cytoplasm contains dissolved substances and large structures such as nucleoid, ribosomes, and mesosomes. It lacks a cytoskeleton and membrane-bounded organelles. Many ribosomes are freely dispersed in the cytoplasmic matrix and some are loosely attached to the plasma membrane. Bacterial ribosomes are smaller than eukaryotic ribosomes. Each ribosome sediments at 70S (larger subunit at 50S and smaller subunit at 30S). Near the centre of the cytoplasm, there is an irregular-shaped dense area i.e., nucleoid. It contains DNA. A bacterium possesses a single, circular, double-stranded DNA. Bacterial DNA does not have attached histones. It is sometimes called the chromosome of the bacterium.
Plasmids: Some bacteria have circular, double-stranded extra-chromosomal DNA molecules, called plasmids. They are self-replicating and can replicate before or after division. They contain genes that enable bacteria for resistance against unfavourable conditions (e.g., antibiotics). Plasmids also serve as important vectors in genetic engineering. They are used to carry selected genes to bacteria for cloning or for the synthesis of specific proteins.
بیکٹیریا ایک متنوع گروہ ہے اور سب کی تنظیم یک خلوی پروکیریوٹک ہوتی ہے، جن میں ممبرین سے گھرے آرگنیلز، بشمول واضح نیوکلیئس، نہیں ہوتے۔ ان کی سیلولی تنظیم سب سے سادہ ہوتی ہے۔
ایک عمومی بیکٹیریم (شکل 2.1) میں یہ حصے نظر آتے ہیں: کیپسول (بیرونی لیسدار تہہ)، سیل وال (سخت سہارا)، سیل ممبرین (پلازما ممبرین)، نیوکلیئڈ میں ڈی این اے (بے ترتیب گھنا علاقہ، حقیقی نیوکلیئس نہیں)، پائلس (باریک چپکنے والا ریشہ)، سائٹوپلازم (اندرونی سیال)، رائبوسوم (پروٹین بنانے والے ذرات)، میزوسوم (مڑی ہوئی ممبرین)، پلازمڈ (اضافی ڈی این اے کا چھوٹا حلقہ) اور فلیجیلم (حرکت کا لمبا دھاگہ)۔
سیل وال: یہ بیکٹیریا کے سیل کی پلازما ممبرین کے گرد ایک سخت دیوار ہوتی ہے۔ بیکٹیریا کی سیل وال کا بڑا جزو ایک منفرد بڑا مالیکیول ہے جسے پیپٹیڈوگلائکن یا میورین کہتے ہیں۔ یہ لمبی گلائکن (پولی سیکرائیڈ) زنجیروں سے بنتا ہے جو چھوٹے پیپٹائیڈ ٹکڑوں سے آپس میں جڑی ہوتی ہیں (شکل 2.2: پیپٹیڈوگلائکن کا مالیکیولی ماڈل)۔ اس کی مقدار مختلف بیکٹیریا میں مختلف ہوتی ہے۔ سیل وال میں لپڈز بھی ہوتے ہیں جو پیپٹیڈوگلائکن سے جڑے ہوتے ہیں۔
گرام اسٹیننگ: سر ہانس کرسچن گرام نے گرام اسٹیننگ کی تکنیک بنائی۔ گرام پوزیٹو بیکٹیریا جامنی رنگ اختیار کرتے ہیں کیونکہ وہ وائلٹ ڈائی کو روک لیتے ہیں۔ گرام نیگیٹو بیکٹیریا وائلٹ ڈائی کو نہیں روکتے اور اس لیے اپنے اصل رنگ میں نظر آتے ہیں۔
گرام پوزیٹو اور گرام نیگیٹو بیکٹیریا میں سیل وال کی ترکیب کافی مختلف ہوتی ہے۔ گرام پوزیٹو بیکٹیریا کی سیل وال میں پیپٹیڈوگلائکن کی موٹی تہہ ہوتی ہے اور لپڈ کی مقدار کم ہوتی ہے۔ جبکہ گرام نیگیٹو بیکٹیریا کی سیل وال میں پیپٹیڈوگلائکن کی پتلی تہہ ہوتی ہے۔
گرام نیگیٹو بیکٹیریا کی سیل وال میں لائپوپولی سیکرائیڈز اور لائپوپروٹینز سے بنی بیرونی ممبرین ہوتی ہے۔ بیرونی ممبرین گرام نیگیٹو بیکٹیریا کو کئی اینٹی بائیوٹکس کے خلاف مزاحم بناتی ہے۔ اس میں پورن نامی پروٹین ہوتی ہے جو مخصوص مالیکیولز کے لیے سوراخ کا کام کرتی ہے۔ گرام نیگیٹو بیکٹیریا کی سیل وال میں گرام پوزیٹو کی نسبت زیادہ پیری پلازمک جگہ (پیپٹیڈوگلائکن تہہ اور سیل ممبرین کے درمیان کی جگہ) ہوتی ہے۔
کیپسول: بعض بیکٹیریا اپنی سیل وال کے باہر کیپسول بناتے ہیں۔ یہ ایک جیلی نما تہہ ہوتی ہے اور بیکٹیریا کی کالونیوں کو چپچپا پن دیتی ہے۔
سیل ممبرین: سیل ممبرین یا پلازما ممبرین سیل وال کے بالکل نیچے ہوتی ہے۔ جن بیکٹیریا میں سیل وال نہیں ہوتی (مثلاً مائیکوپلازما) ان میں یہ سب سے باہر ہوتی ہے۔ بیکٹیریا کی سیل ممبرین کی کیمیائی ترکیب میں اسٹیرولز (مثلاً کولیسٹرول) نہیں ہوتے۔ بعض مقامات پر سیل ممبرین اندر کو مڑ کر سائٹوپلازم میں ویزیکلز، ٹیوبلز یا لیملی بناتی ہے۔ ان ساختوں کو میزوسومز کہتے ہیں۔ یہ ڈی این اے کی نقل اور سیل کی تقسیم میں حصہ لیتے ہیں اور سانس کے مراکز کا کام بھی کرتے ہیں۔
سائٹوپلازم اور جینیاتی مادہ: سائٹوپلازم میں حل شدہ مادے اور بڑی ساختیں جیسے نیوکلیئڈ، رائبوسومز اور میزوسومز ہوتے ہیں۔ اس میں سائٹوسکیلیٹن اور ممبرین سے گھرے آرگنیلز نہیں ہوتے۔ کئی رائبوسومز سائٹوپلازمک میٹرکس میں آزاد تیرتے ہیں اور بعض پلازما ممبرین سے ہلکے سے جڑے ہوتے ہیں۔ بیکٹیریا کے رائبوسومز یوکیریوٹک رائبوسومز سے چھوٹے ہوتے ہیں۔ ہر رائبوسوم 70S پر سیڈیمنٹ کرتا ہے (بڑا سب یونٹ 50S اور چھوٹا سب یونٹ 30S)۔ سائٹوپلازم کے مرکز کے قریب ایک بے ترتیب شکل کا گھنا علاقہ ہوتا ہے یعنی نیوکلیئڈ۔ اس میں ڈی این اے ہوتا ہے۔ ایک بیکٹیریم میں ایک، گول، ڈبل اسٹرینڈڈ ڈی این اے ہوتا ہے۔ بیکٹیریا کے ڈی این اے سے ہسٹونز منسلک نہیں ہوتے۔ اسے کبھی کبھی بیکٹیریم کا کروموسوم کہا جاتا ہے۔
پلازمڈز: بعض بیکٹیریا میں گول، ڈبل اسٹرینڈڈ اضافی کروموسومل ڈی این اے مالیکیولز ہوتے ہیں جنہیں پلازمڈز کہتے ہیں۔ یہ خود نقل بنانے والے ہوتے ہیں اور تقسیم سے پہلے یا بعد میں نقل بنا سکتے ہیں۔ ان میں وہ جینز ہوتے ہیں جو بیکٹیریا کو ناموافق حالات (مثلاً اینٹی بائیوٹکس) کے خلاف مزاحمت دیتے ہیں۔ پلازمڈز جینیاتی انجینئرنگ میں اہم ویکٹرز کا کام بھی کرتے ہیں۔ انہیں منتخب جینز بیکٹیریا تک پہنچانے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے تاکہ کلوننگ ہو سکے یا مخصوص پروٹینز بنائی جا سکیں۔
Many bacteria can survive extended periods of harsh conditions by forming specialized "resting" cells, called endospores (Figure 2.4). Endospores are thick-walled and metabolically inactive (dormant). The process by which bacteria make endospores is called sporulation. It happens in the following way:
Why it matters: Endospores are the toughest survival form in biology — they resist heat, drying, chemicals and lack of food, which is why they are the key to bacterial survival in harsh conditions (and why sterilization must be so thorough).
کئی بیکٹیریا سخت حالات کے لمبے عرصے کو مخصوص "آرام کرنے والے" سیلز بنا کر گزار لیتے ہیں جنہیں اینڈوسپورز کہتے ہیں (شکل 2.4)۔ اینڈوسپورز موٹی دیوار والے اور میٹابولک طور پر غیر فعال (ڈارمنٹ) ہوتے ہیں۔ جس عمل سے بیکٹیریا اینڈوسپورز بناتے ہیں اسے اسپورولیشن کہتے ہیں۔ یہ اس طرح ہوتا ہے:
یہ کیوں اہم ہے: اینڈوسپورز حیاتیات میں بقا کی سب سے سخت شکل ہیں — یہ گرمی، خشکی، کیمیکلز اور خوراک کی کمی برداشت کر لیتے ہیں، اسی لیے یہ سخت حالات میں بیکٹیریا کی بقا کی کنجی ہیں (اور اسی لیے اسٹرلائزیشن اتنی سخت ہونی چاہیے)۔
Bacteria use different motility patterns to navigate and explore natural habitats (Figure 2.5).
بیکٹیریا قدرتی مسکنوں میں گھومنے اور تلاش کے لیے حرکت کے مختلف انداز استعمال کرتے ہیں (شکل 2.5)۔
Many kinds of bacteria have flagella, which enable them to move. The secondary function of flagella is to detect and respond to chemical signals. The bacteria which do not possess flagella are called atrichous. The bacteria with a single polar flagellum are called monotrichous. The bacteria with a tuft of flagella at one pole are called lophotrichous. The bacteria with flagella at each of two poles are called amphitrichous. The bacteria with flagella surrounding the whole cell are called peritrichous (Figure 2.7).
Structure: The flagellum of bacteria is entirely different in structure from the flagellum of eukaryotes. They are not built on the 9+2 pattern of microtubules, but are composed of flagellin protein. The bacterial flagellum consists of a basal body, a hook and a filament. The basal body is present just beneath the cell membrane. It consists of rotating rings (one pair in Gram-positive bacteria and two pairs in Gram-negative bacteria). The rings anchor the flagellum in the cell membrane and cell wall. The hook is a curved structure that connects the basal body with the filament (Figure 2.8: parts of the flagellum in Gram-positive vs Gram-negative bacteria).
Pili: Some bacteria have pili (singular: pilus). These are non-helical, filamentous appendages and are smaller and thinner than flagella. Pili are used for attachment of bacteria to various surfaces. They are also involved in the mating process (conjugation) between cells.
کئی قسم کے بیکٹیریا میں فلیجیلم ہوتے ہیں جو انہیں حرکت دیتے ہیں۔ فلیجیلم کا دوسرا کام کیمیائی سگنلز کو محسوس کرنا اور ان کا جواب دینا ہے۔ جن بیکٹیریا میں فلیجیلم نہیں ہوتے انہیں ایٹرکس کہتے ہیں۔ جن میں ایک قطب پر ایک فلیجیلم ہوتا ہے انہیں مونوٹرکس کہتے ہیں۔ جن میں ایک قطب پر فلیجیلم کا گچھا ہوتا ہے انہیں لوفوٹرکس کہتے ہیں۔ جن میں دونوں قطبوں پر فلیجیلم ہوتے ہیں انہیں ایمفیٹرکس کہتے ہیں۔ جن میں فلیجیلم پورے سیل کے گرد ہوتے ہیں انہیں پیریٹرکس کہتے ہیں (شکل 2.7)۔
ساخت: بیکٹیریا کا فلیجیلم ساخت میں یوکیریوٹس کے فلیجیلم سے مکمل طور پر مختلف ہوتا ہے۔ یہ مائیکروٹیوبلز کے 9+2 نمونے پر نہیں بنے بلکہ فلیجیلن پروٹین سے بنے ہوتے ہیں۔ بیکٹیریا کا فلیجیلم بیسل باڈی، ہک اور فلامنٹ سے بنتا ہے۔ بیسل باڈی سیل ممبرین کے بالکل نیچے ہوتی ہے۔ یہ گھومنے والے رنگز (گرام پوزیٹو بیکٹیریا میں ایک جوڑا اور گرام نیگیٹو میں دو جوڑے) سے بنتی ہے۔ یہ رنگز فلیجیلم کو سیل ممبرین اور سیل وال میں لنگر انداز کرتے ہیں۔ ہک ایک خمیدہ ساخت ہے جو بیسل باڈی کو فلامنٹ سے جوڑتی ہے (شکل 2.8: گرام پوزیٹو بمقابلہ گرام نیگیٹو بیکٹیریا میں فلیجیلم کے حصے)۔
پائلی: بعض بیکٹیریا میں پائلی (واحد: پائلس) ہوتے ہیں۔ یہ غیر ہیلیکل، ریشے نما زائدے ہوتے ہیں اور فلیجیلم سے چھوٹے اور پتلے ہوتے ہیں۔ پائلی بیکٹیریا کو مختلف سطحوں سے چپکانے کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔ یہ سیلز کے درمیان ملاپ کے عمل (کنجوگیشن) میں بھی شامل ہوتے ہیں۔
The fossil record shows that prokaryotes i.e., archaea and bacteria were abundant 3.5 billion years ago. They evolved and remained all alone on Earth for the next 2 billion years. Today, prokaryotes (archaea and bacteria) are found wherever there is life. Bacteria are found in water, air, soil, food and in the bodies of animals and plants. They outnumber all eukaryotes. They can survive in extreme habitats.
Diversity in Bacteria and their Ecology: Margulis and Schwartz proposed a useful classification system for all prokaryotes. They classified them into 16 phyla. The following discussion deals with the important groups of the domain bacteria (Figure 2.9).
| Name of Group | Form | Motility | Nutrition | Ecological role |
|---|---|---|---|---|
| Omnibacteria | R | N, F | H | Pathogens and decomposers |
| Cyanobacteria | R, C, M | G, N | P | Carbon and nitrogen fixers |
| Mycoplasmas and Spiroplasmas | No wall | N | H | Pathogens |
| Spirochaetes | S | F | H | Decomposers and pathogens |
| Pseudomonads | R | F | H, C | Decomposers and plant pathogens |
| Actinomycetes | M, R | N | H | Pathogens and nitrogen fixers |
| N-fixing aerobes | R | N, F | H | Free-living and mutualistic nitrogen fixers |
| Chemosynthetic | R, C | N, F | C | Oxidize nitrogen and sulphur compounds, play role in nitrogen cycle |
Key — Form: R, rods (bacilli); C, cocci; S, spirilla; M, regular chains or aggregations. Motility: F, flagellated; N, nonmotile; G, gliding. Nutrition: H, heterotrophic; C, chemosynthetic; P, photosynthetic.
فوسل ریکارڈ سے پتہ چلتا ہے کہ پروکیریوٹس یعنی آرکیا اور بیکٹیریا 3.5 ارب سال پہلے وافر تھے۔ وہ ارتقا پذیر ہوئے اور اگلے 2 ارب سال تک زمین پر تنہا رہے۔ آج پروکیریوٹس (آرکیا اور بیکٹیریا) ہر جگہ پائے جاتے ہیں جہاں زندگی ہے۔ بیکٹیریا پانی، ہوا، مٹی، خوراک اور جانوروں اور پودوں کے جسموں میں پائے جاتے ہیں۔ وہ تمام یوکیریوٹس سے تعداد میں زیادہ ہیں۔ وہ سخت مسکنوں میں زندہ رہ سکتے ہیں۔
بیکٹیریا میں تنوع اور ان کی ماحولیات: مارجولس اور شوارٹز نے تمام پروکیریوٹس کے لیے ایک مفید کلاسیفیکیشن سسٹم پیش کیا۔ انہوں نے انہیں 16 فائیلمز میں تقسیم کیا۔ درج ذیل بحث بیکٹیریا ڈومین کے اہم گروپوں سے متعلق ہے (شکل 2.9)۔
| گروہ کا نام | شکل | حرکت | غذائیت | ماحولیاتی کردار |
|---|---|---|---|---|
| اومنی بیکٹیریا | R | N, F | H | پیتھوجنز اور ڈی کمپوزرز |
| سائنو بیکٹیریا | R, C, M | G, N | P | کاربن اور نائٹروجن فکسرز |
| مائیکوپلازما اور اسپائروپلازما | دیوار نہیں | N | H | پیتھوجنز |
| اسپائروکیٹس | S | F | H | ڈی کمپوزرز اور پیتھوجنز |
| سیوڈوموناڈز | R | F | H, C | ڈی کمپوزرز اور پودوں کے پیتھوجنز |
| ایکٹینومائسیٹس | M, R | N | H | پیتھوجنز اور نائٹروجن فکسرز |
| نائٹروجن فکس کرنے والے ایروبز | R | N, F | H | آزاد اور باہمی نائٹروجن فکسرز |
| کیموسنتھیٹک | R, C | N, F | C | نائٹروجن اور سلفر مرکبات آکسیڈائز کرتے ہیں، نائٹروجن سائیکل میں کردار |
کلید — شکل: R، چھڑیاں (بیسیلائی)؛ C، گول (کوکسائی)؛ S، اسپائرلا؛ M، باقاعدہ زنجیریں یا مجموعے۔ حرکت: F، فلیجیلٹڈ؛ N، غیر متحرک؛ G، گلائیڈنگ۔ غذائیت: H، ہیٹروٹروفک؛ C، کیموسنتھیٹک؛ P، فوٹوسنتھیٹک۔
Bacteria are very important organisms not only for the environment but also for all other organisms. They have beneficial as well as harmful effects on life on Earth.
Beneficial Bacteria: Among the great diversity of bacteria, many bacteria are beneficial ecologically as well as economically.
Recyclers of nature: Bacteria are involved in almost all biogeochemical cycles in which different essential elements move to and fro between organisms and the environment. Nitrifying bacteria (Nitrosomonas, Nitrobacter and Azotobacter) and denitrifying bacteria (Pseudomonas) play a significant role in the completion of the nitrogen cycle. Decomposer bacteria decompose dead organic matter and play a key role in the carbon-hydrogen-oxygen cycle. The activities of photosynthetic bacteria e.g., cyanobacteria play a role in the increase of free oxygen in the Earth's atmosphere.
Makers of useful products: Many bacteria e.g., Lactobacillus in combination with yeasts and molds, have been used for thousands of years in the preparation of fermented foods such as cheese, pickles, soy sauce, vinegar, wine and yogurt. In the pharmaceutical and agrochemical industry, bacteria are most important in the production of important chemicals. Some bacteria are used for the production of antibiotics. Commercial preparation of animals' skin for making leather goods involves the use of bacteria.
Environmental cleaners: Many bacteria can degrade organic compounds very easily. Such bacteria have been used for the removal or degradation of pollutants (bioremediation) from the environment. For example, bacteria are used to decompose city sewage into harmless products. Some bacteria can digest the hydrocarbons present in petroleum. These bacteria are used to clean up oil spills. Bacteria are also used for the bioremediation of industrial toxic wastes.
Biopesticides: Bacteria are used in the place of pesticides in biological pest control. This commonly involves Bacillus thuringiensis, a Gram-positive, soil-dwelling bacterium. These biopesticides are environmentally friendly and have little or no effect on humans, wildlife, pollinators and most other beneficial insects.
Research and technology tools: Bacteria can grow quickly and scientists can manipulate them very easily. Due to these reasons, bacteria are used in the fields of molecular biology, genetics and biochemistry. Scientists make mutations in bacterial DNA and examine the changes in characteristics. In this way, they determine the function of genes and enzymes in bacteria. This knowledge is then applied to study the same genes and enzymes in more complex organisms. Scientists also insert human genes in bacteria and produce therapeutic proteins e.g., insulin, growth hormones, or antibodies.
بیکٹیریا بہت اہم جاندار ہیں نہ صرف ماحول کے لیے بلکہ تمام دیگر جانداروں کے لیے بھی۔ زمین پر زندگی پر ان کے فائدہ مند بھی اور نقصان دہ بھی اثرات ہیں۔
فائدہ مند بیکٹیریا: بیکٹیریا کے بہت زیادہ تنوع میں سے کئی بیکٹیریا ماحولیاتی بھی اور معاشی بھی طور پر فائدہ مند ہیں۔
قدرت کے ری سائیکلرز: بیکٹیریا تقریباً تمام بائیوجیو کیمیکل سائیکلز میں شامل ہوتے ہیں جن میں مختلف ضروری عناصر جانداروں اور ماحول کے درمیان آگے پیچھے حرکت کرتے ہیں۔ نائٹریفائنگ بیکٹیریا (نائٹروسوموناس، نائٹروبیکٹر اور ایزوٹوبیکٹر) اور ڈی نائٹریفائنگ بیکٹیریا (سیوڈوموناس) نائٹروجن سائیکل کی تکمیل میں اہم کردار ادا کرتے ہیں۔ ڈی کمپوزر بیکٹیریا مردہ نامیاتی مادے کو گلاتی ہیں اور کاربن-ہائیڈروجن-آکسیجن سائیکل میں کلیدی کردار ادا کرتے ہیں۔ فوٹوسنتھیٹک بیکٹیریا مثلاً سائنو بیکٹیریا کی سرگرمیاں زمین کی فضا میں آزاد آکسیجن بڑھانے میں کردار ادا کرتی ہیں۔
مفید مصنوعات بنانے والے: کئی بیکٹیریا مثلاً لیکٹوبیسیلس خمیر اور مولڈز کے ساتھ مل کر ہزاروں سال سے خمیر شدہ کھانے جیسے پنیر، اچار، سویا ساس، سرکہ، شراب اور دہی بنانے میں استعمال ہوتے رہے ہیں۔ دواسازی اور زرعی کیمیکل صنعت میں بیکٹیریا اہم کیمیکلز بنانے میں سب سے اہم ہیں۔ بعض بیکٹیریا اینٹی بائیوٹکس بنانے کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔ چمڑے کی اشیا بنانے کے لیے جانوروں کی کھال کی تجارتی تیاری میں بیکٹیریا استعمال ہوتے ہیں۔
ماحولیاتی صفائی کرنے والے: کئی بیکٹیریا نامیاتی مرکبات بہت آسانی سے گلا سکتے ہیں۔ ایسے بیکٹیریا ماحول سے آلودگی ہٹانے یا گلانے (بائیوریمیڈیشن) کے لیے استعمال ہوئے ہیں۔ مثال کے طور پر، بیکٹیریا شہر کے سیوریج کو بے ضرر مصنوعات میں بدلنے کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔ بعض بیکٹیریا پٹرولیم میں موجود ہائیڈروکاربنز ہضم کر سکتے ہیں۔ یہ بیکٹیریا تیل کے رساؤ کی صفائی کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔ بیکٹیریا صنعتی زہریلے فضلے کی بائیوریمیڈیشن کے لیے بھی استعمال ہوتے ہیں۔
بائیوپیسٹی سائیڈز: بیکٹیریا حیاتیاتی کیڑے مار کنٹرول میں کیڑے مار ادویات کی جگہ استعمال ہوتے ہیں۔ اس میں عام طور پر بیسیلس تھورنجینسس، ایک گرام پوزیٹو، مٹی میں رہنے والا بیکٹیریم شامل ہوتا ہے۔ یہ بائیوپیسٹی سائیڈز ماحول دوست ہیں اور انسانوں، جنگلی حیات، پولینیٹرز اور زیادہ تر دیگر فائدہ مند کیڑوں پر کم یا کوئی اثر نہیں ڈالتے۔
تحقیق اور ٹیکنالوجی کے اوزار: بیکٹیریا تیزی سے بڑھ سکتے ہیں اور سائنسدان انہیں بہت آسانی سے بدل سکتے ہیں۔ انہی وجوہات سے بیکٹیریا مالیکیولر بائیولوجی، جینیٹکس اور بائیوکیمسٹری کے شعبوں میں استعمال ہوتے ہیں۔ سائنسدان بیکٹیریا کے ڈی این اے میں میوٹیشنز کرتے ہیں اور خصوصیات میں تبدیلیاں جانچتے ہیں۔ اس طرح وہ بیکٹیریا میں جینز اور اینزائمز کا کام معلوم کرتے ہیں۔ یہ علم پھر زیادہ پیچیدہ جانداروں میں انہی جینز اور اینزائمز کے مطالعے میں استعمال ہوتا ہے۔ سائنسدان انسانی جینز بیکٹیریا میں ڈال کر علاج والی پروٹینز مثلاً انسولین، گروتھ ہارمونز یا اینٹی باڈیز بھی بناتے ہیں۔
In a healthy animal, the internal tissues, e.g., blood, brain, muscle, etc., are normally free of microorganisms. On the other hand, the surface tissues, e.g., skin and mucous membranes, are constantly in contact with the environment and are colonized by certain microbial species. The mixture of organisms regularly found at any anatomical site is referred to as the normal flora.
The normal flora of humans consists of bacteria, a few fungi and protists, and some methanogenic archaea. Bacteria are the most numerous and obvious microbial components of normal flora.
Benefits of Bacterial Flora of Humans: The associations between humans and their normal flora are mutualistic. In the human body, normal flora gets nutrients, a stable environment and constant temperature, protection, and transport. Similarly, the body also gets many benefits from normal bacteria; for example:
صحت مند جانور میں اندرونی ٹشوز مثلاً خون، دماغ، پٹھے وغیرہ عام طور پر مائیکرو آرگنزمز سے پاک ہوتے ہیں۔ دوسری طرف سطحی ٹشوز مثلاً جلد اور میوکس ممبرینز مسلسل ماحول سے رابطے میں ہوتے ہیں اور بعض مائیکروبیل سپیشیز سے آباد ہوتے ہیں۔ کسی بھی جسمانی مقام پر باقاعدگی سے پائے جانے والے جانداروں کے آمیزے کو نارمل فلورا کہتے ہیں۔
انسانوں کا نارمل فلورا بیکٹیریا، چند فنجائی اور پروٹسٹس، اور بعض میتھینوجینک آرکیا سے بنتا ہے۔ بیکٹیریا نارمل فلورا کے سب سے زیادہ اور نمایاں مائیکروبیل اجزا ہیں۔
انسانی بیکٹیریل فلورا کے فوائد: انسانوں اور ان کے نارمل فلورا کے درمیان تعلق باہمی فائدے کا ہے۔ انسانی جسم میں نارمل فلورا کو غذائی اجزا، مستحکم ماحول اور مستقل درجہ حرارت، تحفظ اور نقل و حمل ملتی ہے۔ اسی طرح جسم کو بھی نارمل بیکٹیریا سے کئی فوائد ملتے ہیں؛ مثلاً:
You are familiar with the five kingdoms of living organisms. You also know that there are some creatures that do not possess cellular organization yet show some characteristics of livings. Viruses are the representatives of such organisms.
Structure of Virus: Viruses are extremely small infectious agents and can only be seen under an electron microscope. They range in size from 20 nm (parvovirus) to 250 nm (pox viruses). They are 10 to 1000 times smaller than most bacteria. That is why, they can pass through the pores of filter paper.
The central core of a virus is its genome. It is made up of nucleic acid (either DNA or RNA). The core is surrounded by a protein coat, called capsid. It gives a definite shape to the virus. The capsid is made up of protein subunits called capsomeres. The number and kind of capsomeres is characteristic of a particular virus. The central core and capsid are collectively called nucleocapsid.
Herpes virus (causes cold sores, chickenpox etc.) contains 162 capsomeres in its capsid. Adenovirus (causes common cold) contains 252 capsomeres in its capsid.
In some animal viruses only, the nucleocapsid is covered by another membrane called the envelope. It is a lipid-rich membrane and is derived from the host cell. Non-enveloped viruses are known as naked-viruses. There is a great diversity in the general appearance of viruses (Figure 2.10). The animal and plant viruses may be polyhedron (having many sides) or helical. The bacterial viruses (bacteriophages) may be cubical, icosahedral (having 20 faces), helical, or complex (polyhedral head and rod-shaped tail).
Structure of Bacteriophage: Bacteriophages are a diverse group of viruses that attack bacteria. They are among the most complex viruses. The best known phages of Escherichia coli are T-phages. A T4 phage consists of a head and a tail (Figure 2.11). The head is an elongated pyramidal (with two triangles having a common base), hexagonal (six-sided), prism-shaped structure. Its capsid is made of proteins while the core contains a long double-stranded DNA. A straight tail is attached with the head. The tail is also made of inner core and outer sheath, both of which are made of different proteins. A neck attaches the sheath with the head and an end plate is present on the other side of the sheath. Six tail fibres are attached with the end plate. They help the phage to attach with the bacterial wall. These structures are also made of proteins.
Bacteriophages are used as carriers in genetic engineering. The gene of interest is inserted into the DNA of a bacteriophage, which carries it to the target bacterial cell. When the virus incorporates its DNA into the bacterial chromosome, the gene of interest also becomes a part of the bacterial DNA. Such transgenic bacteria (whose genome has DNA of some other organism) can be grown to get copies of the gene of interest and to get the required protein.
Structure of HIV: Human Immunodeficiency Virus (HIV) belongs to the group called retroviruses. It is a special group of animal viruses. Retroviruses contain RNA and their capsids. These structures are surrounded by lipid-rich envelopes. The envelope also comprises glycoprotein spikes, which help the virus identify and bind to its target. They are spherical in form and are about 100 nm in diameter. The most distinguishing character of retroviruses is the presence of a specific enzyme, reverse transcriptase. This enzyme catalyses the process of reverse transcription in which a single-stranded RNA is reversely transcribed into a strand of DNA. The enzyme then uses the DNA strand to complete a double helix of DNA (Figure 2.12: Structure of HIV — Glycoprotein, Viral envelope, Capsid, RNA, Reverse transcriptase).
Experts have concluded that HIV originated in the jungles of Africa among wild chimps. Evidence suggests that a form of this virus entered the human species and became HIV by way of monkey bites or ingesting monkey meat and brains.
HIV is responsible for the disease AIDS (acquired immunodeficiency syndrome). AIDS weakens the immune system of the patient. The disease is fatal because no one can survive without an immune system to defend against other viral and bacterial infections. The disease was first reported in 1981 and the patients were found homosexual. Later on, AIDS was discovered in non-homosexual patients too who had received blood or blood products from other AIDS patients. In 1984, it was discovered that the agent causing AIDS was a virus. In 1986, the AIDS-causing virus was given the name Human Immunodeficiency Virus (HIV). It is a host-specific virus. It can multiply in monkeys but does not cause AIDS in them.
آپ جانداروں کی پانچ کنگڈمز سے واقف ہیں۔ آپ یہ بھی جانتے ہیں کہ بعض مخلوقات ایسی ہیں جو سیلولی تنظیم نہیں رکھتیں پھر بھی زندہ چیزوں کی بعض خصوصیات ظاہر کرتی ہیں۔ وائرسز ایسی مخلوقات کے نمائندے ہیں۔
وائرس کی ساخت: وائرسز انتہائی چھوٹے متعدی ایجنٹس ہیں اور صرف الیکٹران مائیکروسکوپ سے دیکھے جا سکتے ہیں۔ ان کا سائز 20 nm (پاروووائرس) سے 250 nm (پاکس وائرسز) تک ہوتا ہے۔ وہ زیادہ تر بیکٹیریا سے 10 سے 1000 گنا چھوٹے ہوتے ہیں۔ اسی لیے وہ فلٹر پیپر کے سوراخوں سے گزر سکتے ہیں۔
وائرس کا مرکزی کور اس کا جینوم ہوتا ہے۔ یہ نیوکلک ایسڈ (ڈی این اے یا آر این اے) سے بنتا ہے۔ کور کے گرد پروٹین کوٹ ہوتا ہے جسے کیپسڈ کہتے ہیں۔ یہ وائرس کو ایک واضح شکل دیتا ہے۔ کیپسڈ پروٹین سب یونٹس سے بنتا ہے جنہیں کیپسومیرز کہتے ہیں۔ کیپسومیرز کی تعداد اور قسم کسی خاص وائرس کی خصوصیت ہوتی ہے۔ مرکزی کور اور کیپسڈ کو مجموعی طور پر نیوکلیوکیپسڈ کہتے ہیں۔
ہرپیز وائرس (جو سردی کے چھالے، چکن پاکس وغیرہ پیدا کرتا ہے) کے کیپسڈ میں 162 کیپسومیرز ہوتے ہیں۔ ایڈینووائرس (جو عام نزلہ پیدا کرتا ہے) کے کیپسڈ میں 252 کیپسومیرز ہوتے ہیں۔
صرف بعض جانوروں کے وائرسز میں نیوکلیوکیپسڈ کے گرد ایک اور ممبرین ہوتی ہے جسے انویلپ کہتے ہیں۔ یہ لپڈ سے بھرپور ممبرین ہوتی ہے اور میزبان سیل سے حاصل ہوتی ہے۔ بغیر انویلپ والے وائرسز کو برہنہ وائرسز کہتے ہیں۔ وائرسز کی عمومی شکل میں بہت تنوع ہے (شکل 2.10)۔ جانوروں اور پودوں کے وائرسز پولی ہیڈرون (کئی اطراف والے) یا ہیلیکل ہو سکتے ہیں۔ بیکٹیریا کے وائرسز (بیکٹیریوفیجز) کیوبکل، آئیکوساہیڈرل (20 چہروں والے)، ہیلیکل یا کمپلیکس (پولی ہیڈرل سر اور چھڑی نما دم) ہو سکتے ہیں۔
بیکٹیریوفیج کی ساخت: بیکٹیریوفیجز وائرسز کا ایک متنوع گروہ ہے جو بیکٹیریا پر حملہ کرتا ہے۔ یہ سب سے پیچیدہ وائرسز میں سے ہیں۔ ایسچیریشیا کولائی کے سب سے مشہور فیجز T-فیجز ہیں۔ ایک T4 فیج سر اور دم سے بنتا ہے (شکل 2.11)۔ سر ایک لمبی اہرام نما (دو تکونیں جن کی بنیاد مشترک ہو)، چھ رخی (چھ اطراف والی)، پرزم نما ساخت ہے۔ اس کا کیپسڈ پروٹینز سے بنتا ہے جبکہ کور میں لمبا ڈبل اسٹرینڈڈ ڈی این اے ہوتا ہے۔ سر کے ساتھ ایک سیدھی دم لگی ہوتی ہے۔ دم بھی اندرونی کور اور بیرونی شیتھ سے بنتی ہے، دونوں مختلف پروٹینز سے بنے ہوتے ہیں۔ ایک گردن شیتھ کو سر سے جوڑتی ہے اور شیتھ کے دوسری طرف ایک اینڈ پلیٹ ہوتی ہے۔ اینڈ پلیٹ سے چھ ٹیل فائبرز جڑے ہوتے ہیں۔ یہ فیج کو بیکٹیریا کی دیوار سے چپکانے میں مدد کرتے ہیں۔ یہ ساختیں بھی پروٹینز سے بنی ہوتی ہیں۔
بیکٹیریوفیجز جینیاتی انجینئرنگ میں کیریئرز کے طور پر استعمال ہوتے ہیں۔ دلچسپی کا جین بیکٹیریوفیج کے ڈی این اے میں ڈالا جاتا ہے، جو اسے ہدف والے بیکٹیریا کے سیل تک پہنچاتا ہے۔ جب وائرس اپنا ڈی این اے بیکٹیریا کے کروموسوم میں شامل کرتا ہے تو دلچسپی کا جین بھی بیکٹیریا کے ڈی این اے کا حصہ بن جاتا ہے۔ ایسے ٹرانسجینک بیکٹیریا (جن کے جینوم میں کسی دوسرے جاندار کا ڈی این اے ہو) کو بڑھا کر دلچسپی کے جین کی کاپیاں اور مطلوبہ پروٹین حاصل کی جا سکتی ہے۔
HIV کی ساخت: ہیومن امیونوڈیفیشنسی وائرس (HIV) ریٹرووائرسز نامی گروہ سے تعلق رکھتا ہے۔ یہ جانوروں کے وائرسز کا ایک خاص گروہ ہے۔ ریٹرووائرسز میں آر این اے اور ان کے کیپسڈز ہوتے ہیں۔ یہ ساختیں لپڈ سے بھرپور انویلپس سے گھری ہوتی ہیں۔ انویلپ میں گلائیکوپروٹین اسپائکس بھی ہوتے ہیں جو وائرس کو اپنا ہدف پہچاننے اور اس سے جڑنے میں مدد کرتے ہیں۔ یہ شکل میں گول اور تقریباً 100 nm قطر کے ہوتے ہیں۔ ریٹرووائرسز کی سب سے نمایاں خصوصیت ایک مخصوص اینزائم، ریورس ٹرانسکرپٹیز کی موجودگی ہے۔ یہ اینزائم ریورس ٹرانسکرپشن کے عمل کو تیز کرتا ہے جس میں سنگل اسٹرینڈڈ آر این اے الٹا نقل ہو کر ڈی این اے کا ایک اسٹرینڈ بنتا ہے۔ یہ اینزائم پھر ڈی این اے اسٹرینڈ استعمال کر کے ڈی این اے کا ڈبل ہیلکس مکمل کرتا ہے (شکل 2.12: HIV کی ساخت — گلائیکوپروٹین، وائرل انویلپ، کیپسڈ، آر این اے، ریورس ٹرانسکرپٹیز)۔
ماہرین نے نتیجہ نکالا ہے کہ HIV افریقہ کے جنگلوں میں جنگلی چمپینزیوں میں پیدا ہوا۔ شواہد سے پتہ چلتا ہے کہ اس وائرس کی ایک شکل بندروں کے کاٹنے یا بندر کا گوشت اور دماغ کھانے سے انسانی نسل میں داخل ہوئی اور HIV بن گئی۔
HIV ایڈز (ایکوائرڈ امیونوڈیفیشنسی سنڈروم) کی بیماری کا ذمہ دار ہے۔ ایڈز مریض کے مدافعتی نظام کو کمزور کر دیتا ہے۔ یہ بیماری مہلک ہے کیونکہ مدافعتی نظام کے بغیر کوئی بھی دیگر وائرل اور بیکٹیریل انفیکشنز سے دفاع کر کے زندہ نہیں رہ سکتا۔ یہ بیماری پہلی بار 1981 میں رپورٹ ہوئی اور مریض ہم جنس پرست پائے گئے۔ بعد میں ایڈز غیر ہم جنس پرست مریضوں میں بھی دریافت ہوئی جنہوں نے دیگر ایڈز مریضوں سے خون یا خون کی مصنوعات لی تھیں۔ 1984 میں دریافت ہوا کہ ایڈز پیدا کرنے والا ایجنٹ ایک وائرس ہے۔ 1986 میں ایڈز پیدا کرنے والے وائرس کو ہیومن امیونوڈیفیشنسی وائرس (HIV) کا نام دیا گیا۔ یہ ایک میزبان مخصوص وائرس ہے۔ یہ بندروں میں بڑھ سکتا ہے لیکن ان میں ایڈز پیدا نہیں کرتا۔
یہ سوال FSc Part 1 Biology کی نئی کتاب, Chapter 2 (Bacteria and Viruses) کی official exercise سے لیے گئے ہیں — جواب کے ساتھ, تاکہ student آرام سے answer لے سکے.
یہ سوالات ایف ایس سی پارٹ 1 بیالوجی کی نئی کتاب، باب 2 کی سرکاری ایکسرسائز سے لیے گئے ہیں — جوابات کے ساتھ۔
1. Which of the following component is not found in all kinds of bacteria?
Answer: (d) Capsule — ribosomes, cell membrane and nucleoid are found in all bacteria; only some bacteria produce a capsule. جواب: کیپسول — رائبوسومز، سیل ممبرین اور نیوکلیئڈ تمام بیکٹیریا میں ہوتے ہیں؛ کیپسول صرف بعض بیکٹیریا بناتے ہیں۔
2. The bacterial chromosome is typically:
Answer: (c) Circular, double-stranded DNA — with no attached histones. جواب: گول، ڈبل اسٹرینڈڈ ڈی این اے — جس سے ہسٹونز منسلک نہیں ہوتے۔
3. In bacterial cells, respiration occurs at:
Answer: (b) Cell membrane — mesosomes formed by the membrane act as respiratory centres; bacteria have no mitochondria. جواب: سیل ممبرین — ممبرین سے بننے والے میزوسومز تنفس کے مراکز ہیں؛ بیکٹیریا میں مائٹوکونڈریا نہیں ہوتے۔
4. Which group of bacteria is known as a good source of antibiotics?
Answer: (d) Actinomycetes — tetracycline, chloramphenicol, erythromycin and neomycin were originally derived from them. جواب: ایکٹینومائسیٹس — ٹیٹراسائکلین، کلوریمفینیکول، ایریتھرومائسن اور نیومائسن اصل میں ان سے حاصل ہوئیں۔
5. What is the primary function of flagella in bacterial cells?
Answer: (c) Motility — flagella move the cell (swimming); their secondary function is detecting and responding to chemical signals. جواب: حرکت — فلیجیلا سیل کو حرکت دیتے ہیں (تیرنا)؛ ثانوی کام کیمیائی سگنلز کا پتا لگانا ہے۔
6. Which type of motility in bacteria is mediated by pili?
Answer: (c) Twitching motility — pili bind to a solid surface and retract, pulling the cell forward over surfaces. جواب: ٹوئچنگ حرکت — پلائی ٹھوس سطح سے جڑ کر سکڑتی ہیں اور سیل کو آگے کھینچتی ہیں۔
7. Which of the following bacterial structures is responsible for detecting and responding to chemicals?
Answer: (c) Flagella — the secondary function of flagella is to detect and respond to chemical signals (chemotaxis). جواب: فلیجیلا — فلیجیلا کا ثانوی کام کیمیائی سگنلز کا پتا لگانا اور ان کا جواب دینا ہے۔
8. Which one of the following are not Nitrifying bacteria?
Answer: (c) Azotobacter — Nitrosomonas and Nitrobacter are the nitrifying bacteria (NH3 → nitrite → nitrate); Azotobacter is a nitrogen-fixing bacterium (N2 → nitrates), not a nitrifier. (Pseudomonas is denitrifying.) جواب: ایزوٹوبیکٹر — نائٹروسوموناس اور نائٹروبیکٹر نائٹریفائنگ ہیں؛ ایزوٹوبیکٹر نائٹروجن فکسر ہے، نائٹریفائر نہیں۔
9. The enzyme responsible for converting HIV RNA into DNA is:
Answer: (b) Reverse transcriptase — it reversely transcribes single-stranded RNA into a DNA strand, then completes the double helix. جواب: ریورس ٹرانسکرپٹیز — یہ سنگل اسٹرینڈڈ آر این اے کو الٹا ڈی این اے میں بدلتا ہے۔
10. The HIV capsid contains:
Answer: (b) Single-stranded RNA and reverse transcriptase — HIV is a retrovirus: RNA in its capsid plus the reverse transcriptase enzyme, surrounded by a lipid envelope with glycoprotein spikes. جواب: سنگل اسٹرینڈڈ آر این اے اور ریورس ٹرانسکرپٹیز — HIV ریٹرو وائرس ہے۔
Answer: The cell wall is a rigid layer around the plasma membrane. Its main component is peptidoglycan (murein): long glycan (polysaccharide) chains cross-linked with short peptide fragments, plus lipids linked to peptidoglycan. Gram-positive: thick peptidoglycan, less lipid, no outer membrane. Gram-negative: thin peptidoglycan + an outer membrane of lipopolysaccharides and lipoproteins (with porin proteins), and a larger periplasmic space between the peptidoglycan and the cell membrane.
Answer: Peptidoglycan (murein) is a unique macromolecule made of long glycan (polysaccharide) chains cross-linked with short peptide fragments. It forms the rigid framework of the bacterial cell wall; in Gram-positive bacteria it is thick, in Gram-negative bacteria it is thin.
Answer: Mesosomes are invaginations (inward folds) of the cell membrane forming vesicles, tubules or lamellae in the cytoplasm. Functions: they are involved in DNA replication and cell division, and they serve as respiratory centres (respiration in bacteria occurs at the cell membrane).
Answer: Plasmids are self-replicating, circular, extra-chromosomal DNA molecules. They serve as vectors: a selected gene is inserted into a plasmid, the plasmid is introduced into a bacterium, and the bacterium is grown to clone the gene or to synthesize a specific protein (e.g. insulin). Bacteriophages are used the same way as carriers.
Answer: Sporulation is the process by which bacteria form endospores — thick-walled, metabolically inactive (dormant) resting cells — to survive extended periods of harsh, unfavourable conditions. Steps: DNA replication → septum formation → two membranes around new DNA → dehydration → peptidoglycan layer → spore coat → release of the endospore, which germinates when favourable conditions return.
Answer: The capsule is a gelatinous layer outside the cell wall. It gives a sticky character to bacterial colonies and protects the cell (e.g. against drying and against the host's defences).
Answer: Pili are non-helical, filamentous appendages, smaller and thinner than flagella. They attach bacteria to various surfaces and are involved in the mating process (conjugation) between cells. Difference: flagella are for movement (swimming, chemotaxis) and are made of flagellin; pili are for attachment and mating, and they mediate twitching motility by binding and retracting.
Answer: Plasmids are small, circular, double-stranded, extra-chromosomal DNA molecules that replicate independently (before or after division). They carry genes that enable bacteria to resist unfavourable conditions — e.g. antibiotic-resistance genes — so plasmid-carrying bacteria survive where others die.
Answer: Endospores are thick-walled, dormant resting cells formed by sporulation. They survive heat, drying, disinfectants and other harsh conditions for long periods. When favourable conditions return, the endospore germinates into a new vegetative cell — so the bacterial line survives conditions that would kill normal cells.
Answer: They form the outer membrane of Gram-negative bacteria (outside the thin peptidoglycan layer). This outer membrane makes Gram-negative bacteria resistant to many antibiotics, and its porin proteins act as pores allowing only specific molecules to pass.
Answer: Spirochaetes have a modified flagellum called the axial filament, anchored at one end and running length-wise in the periplasmic space (between cell membrane and outer membrane). It consists of two sets of flagella-like fibrils anchored at the two poles, and enables flexing, swimming, creeping and spinning movements.
Answer: Twitching (crawling): mediated by pili — pili bind to a solid surface and retract, pulling the cell forward over surfaces. Gliding: similar to twitching, but bacteria secrete a slimy substance which helps them glide smoothly over solid surfaces (no pili pulling involved).
Answer: By twitching (pili binding and retracting), gliding (secreting slimy substance), sliding (pushing force of dividing cells), Brownian movement (random movement of fluid particles, e.g. Streptococcus), and in spirochaetes by the axial filament.
Answer: Swimming: an individual bacterium moves through liquid media using its flagella (counter-clockwise rotation pushes the cell forward). Swarming: a whole bacterial population moves together by means of flagella over a surface/medium — coordinated group movement, not a single cell swimming.
Gram-positive: thick peptidoglycan layer, less lipid content, no outer membrane, smaller periplasmic space; retains violet dye (appears purple). Gram-negative: thin peptidoglycan layer, more lipid, an outer membrane of lipopolysaccharides and lipoproteins with porin proteins acting as pores, larger periplasmic space (between peptidoglycan and cell membrane); does not retain violet dye. Consequence: the outer membrane makes Gram-negative bacteria resistant to many antibiotics, while Gram-positive bacteria are more sensitive. Both walls are rigid, contain peptidoglycan, and surround the cell membrane.
(1) Flagellar: swimming of single cells in liquid; swarming of a population together; counter-clockwise rotation pushes the cell forward. (2) Twitching/crawling: pili bind to a solid surface and retract, pulling the cell forward. (3) Gliding: secretion of slimy substance for smooth movement over solid surfaces. (4) Sliding: expansion by the pushing force of dividing cells. (5) Brownian: random movement of fluid particles moves bacteria without flagella/pili (e.g. Streptococcus). (6) Axial filament: in spirochaetes, a modified flagellum in the periplasmic space gives flexing, swimming, creeping and spinning movements.
The bacterial flagellum is made of flagellin protein, not the 9+2 microtubule pattern of eukaryotes. Three parts: (1) Basal body — just beneath the cell membrane, made of rotating rings (one pair in Gram-positive, two pairs in Gram-negative bacteria) that anchor the flagellum in the membrane and cell wall. (2) Hook — a curved structure connecting the basal body to the filament. (3) Filament — the long outer part. Arrangements: atrichous (none), monotrichous (one polar), lophotrichous (tuft at one pole), amphitrichous (at both poles), peritrichous (all around). Functions: movement (primary) and detecting/responding to chemical signals (secondary).
Sporulation: (1) Under unfavourable conditions the bacterium replicates its DNA; the membrane forms a septum isolating the new DNA and a small part of cytoplasm. (2) The membrane grows around the new DNA, cytoplasm and septum, so the new DNA is surrounded by two membranes. (3) The vegetative cell's DNA disintegrates and the cell dehydrates. (4) A new peptidoglycan layer forms between the membranes. (5) A spore coat forms around it and the structure matures into an endospore. (6) The vegetative cell breaks and the endospore is released. It stays dormant until favourable conditions return, then germinates into a new vegetative cell.
Ecological: recyclers of nature — nitrifying bacteria (Nitrosomonas, Nitrobacter), Azotobacter and denitrifying Pseudomonas complete the nitrogen cycle; decomposers recycle carbon, hydrogen and oxygen from dead matter; cyanobacteria increased free oxygen in the atmosphere. Economic: fermented foods (cheese, pickles, soy sauce, vinegar, wine, yogurt via Lactobacillus); antibiotics and chemicals from actinomycetes and other bacteria; leather preparation; bioremediation of sewage, oil spills and toxic wastes; biopesticides (Bacillus thuringiensis) replacing chemical pesticides; nitrogen-fixing bacteria improving soil fertility.
Bacteria grow quickly and are easy to manipulate, so they are used in molecular biology, genetics and biochemistry. Scientists make mutations in bacterial DNA and study the resulting characteristic changes to determine the function of genes and enzymes, then apply this knowledge to more complex organisms. Human genes are inserted into bacteria (using plasmids or bacteriophages as vectors) to produce therapeutic proteins such as insulin, growth hormones and antibiotics. Bacteria are also used in bioremediation and biopesticides.
Normal flora is the mixture of organisms regularly found at any anatomical site of a healthy animal. Internal tissues (blood, brain, muscle) are normally free of microbes, while surface tissues (skin, mucous membranes) are colonized. Human normal flora is mostly bacteria, plus a few fungi, protists and methanogenic archaea. Benefits (mutualistic): (1) Synthesis of vitamins — gut bacteria produce Vitamin K, Vitamin B12 and certain B-vitamins in excess. (2) Prevent colonization by pathogens — competition for attachment sites and nutrients. (3) Inhibit or kill pathogens — intestinal bacteria produce inhibitory substances. (4) Stimulate cross-reactive antibodies — flora act as antigens, inducing low-level antibodies that cross-react with certain pathogens and prevent infection.
Model bacteriophage (T4): head + tail. Head: elongated pyramidal, hexagonal (six-sided), prism-shaped; protein capsid with a long double-stranded DNA core. Tail: straight, inner core + outer sheath of different proteins; neck attaches sheath to head; end plate on the other side; six tail fibres attached to the end plate help attach to the bacterial wall. HIV (retrovirus): spherical, about 100 nm; RNA in its capsid, surrounded by a lipid-rich envelope with glycoprotein spikes that identify and bind the target; its distinguishing enzyme is reverse transcriptase, which converts single-stranded RNA into a DNA strand and completes the double helix. HIV causes AIDS, which weakens the immune system (first reported 1981; viral agent found 1984; named HIV in 1986).
گرام پوزیٹو: موٹی پیپٹیڈوگلائکن تہہ، کم لپڈ، بیرونی ممبرین نہیں، چھوٹی پیری پلازمک جگہ؛ وائلٹ رنگ برقرار رکھتا ہے (جامنی نظر آتا ہے)۔ گرام نیگیٹو: پتلی پیپٹیڈوگلائکن تہہ، زیادہ لپڈ، لائپوپولی سیکرائڈز اور لائپوپروٹینز کی بیرونی ممبرین جس میں پورن پروٹینز سوراخوں کا کام کرتے ہیں، بڑی پیری پلازمک جگہ (پیپٹیڈوگلائکن اور سیل ممبرین کے درمیان)؛ وائلٹ رنگ برقرار نہیں رکھتا۔ نتیجہ: بیرونی ممبرین گرام نیگیٹو بیکٹیریا کو کئی اینٹی بائیوٹکس سے مزاحم بناتی ہے جبکہ گرام پوزیٹو زیادہ حساس ہوتے ہیں۔ دونوں دیواریں سخت ہوتی ہیں، پیپٹیڈوگلائکن رکھتی ہیں، اور سیل ممبرین کے گرد ہوتی ہیں۔
(1) فلیجیلر: مائع میں واحد سیل کا تیرنا؛ آبادی کا مل کر حرکت کرنا سوارمنگ؛ کاؤنٹر کلاک وائز گردش سیل کو آگے دھکیلتی ہے۔ (2) ٹوئچنگ/رینگنا: پلائی ٹھوس سطح سے جڑ کر سکڑتی ہیں اور سیل کو آگے کھینچتی ہیں۔ (3) گلائیڈنگ: چپچپا مادہ خارج کر کے ٹھوس سطح پر ہموار حرکت۔ (4) سلائیڈنگ: تقسیم ہونے والے سیلز کی دھکیلنے والی قوت سے توسیع۔ (5) براؤنین: مائع ذرات کی بے ترتیب حرکت بغیر فلیجیلا/پلائی والے بیکٹیریا کو حرکت دیتی ہے (مثلاً اسٹریپٹوکوکس)۔ (6) ایکزیل فلامنٹ: اسپائروکیٹس میں پیری پلازمک جگہ میں تبدیل شدہ فلیجیلم مڑنے، تیرنے، رینگنے اور گھومنے کی حرکت دیتا ہے۔
بیکٹیریل فلیجیلم فلیجیلن پروٹین سے بنا ہے، یوکیریوٹس کے 9+2 مائیکروٹیوبیول نمونے پر نہیں۔ تین حصے: (1) بیسل باڈی — سیل ممبرین کے بالکل نیچے، گھومنے والے رنگز (گرام پوزیٹو میں ایک جوڑا، گرام نیگیٹو میں دو جوڑے) جو فلیجیلم کو ممبرین اور سیل وال میں لنگر انداز کرتے ہیں۔ (2) ہک — خمیدہ ساخت جو بیسل باڈی کو فلامنٹ سے جوڑتی ہے۔ (3) فلامنٹ — لمبا بیرونی حصہ۔ ترتیبیں: ایٹریکس (کوئی نہیں)، مونوٹریکس (ایک قطبی)، لوفوٹریکس (ایک قطب پر گچھا)، ایمفیٹریکس (دونوں قطبوں پر)، پیریٹریکس (پورے گرد)۔ کام: حرکت (بنیادی) اور کیمیائی سگنلز کا پتا لگانا/جواب دینا (ثانوی)۔
اسپورولیشن: (1) ناموافق حالات میں بیکٹیریم اپنا ڈی این اے نقل کرتا ہے؛ ممبرین سیپٹم بنا کر نئے ڈی این اے اور سائٹوپلازم کے چھوٹے حصے کو الگ کرتی ہے۔ (2) ممبرین نئے ڈی این اے، سائٹوپلازم اور سیپٹم کے گرد بڑھتی ہے، اس طرح نیا ڈی این اے دو ممبرینز سے گھرا ہوتا ہے۔ (3) ویجیٹیٹو سیل کا ڈی این اے ختم ہو جاتا ہے اور سیل خشک ہونے لگتا ہے۔ (4) ممبرینز کے درمیان نئی پیپٹیڈوگلائکن تہہ بنتی ہے۔ (5) اس کے گرد اسپور کوٹ بنتا ہے اور ساخت پختہ ہو کر اینڈوسپور بن جاتی ہے۔ (6) ویجیٹیٹو سیل ٹوٹ جاتا ہے اور اینڈوسپور خارج ہو جاتا ہے۔ یہ موافق حالات واپس آنے تک ڈارمنٹ رہتا ہے، پھر جرمینیٹ ہو کر نیا ویجیٹیٹو سیل بناتا ہے۔
ماحولیاتی: فطرت کے ری سائیکلرز — نائٹریفائنگ بیکٹیریا (نائٹروسوموناس، نائٹروبیکٹر)، ایزوٹوبیکٹر اور ڈی نائٹریفائنگ سیوڈوموناس نائٹروجن سائیکل مکمل کرتے ہیں؛ ڈی کمپوزرز مردہ مادے سے کاربن، ہائیڈروجن اور آکسیجن ری سائیکل کرتے ہیں؛ سائنوبیکٹیریا نے فضا میں آزاد آکسیجن بڑھائی۔ معاشی: خمیر شدہ کھانے (پنیر، اچار، سویا ساس، سرکہ، شراب، دہی — لیکٹوبیسیلس سے)؛ ایکٹینومائسیٹس اور دیگر بیکٹیریا سے اینٹی بائیوٹکس اور کیمیکلز؛ چمڑے کی تیاری؛ سیوریج، تیل کے رساؤ اور زہریلے فضلے کی بائیوریمیڈییشن؛ کیمیائی کیڑے مار ادویات کی جگہ بائیوپیسٹی سائیڈز (بیسیلس تھورنجیئنسز)؛ نائٹروجن فکسرز سے مٹی کی زرخیزی میں بہتری۔
بیکٹیریا تیزی سے بڑھتے ہیں اور آسانی سے تبدیل کیے جا سکتے ہیں، اس لیے یہ مالیکیولر بائیولوجی، جینیٹکس اور بائیوکیمسٹری میں استعمال ہوتے ہیں۔ سائنسدان بیکٹیریل ڈی این اے میں میوٹیشنز کر کے خصوصیات میں تبدیلیاں دیکھتے ہیں تاکہ جینز اور اینزائمز کا کام معلوم ہو، پھر یہ علم پیچیدہ جانداروں پر لاگو ہوتا ہے۔ انسانی جینز بیکٹیریا میں داخل کر کے (پلازمڈز یا بیکٹیریوفیجز کو ویکٹر بنا کر) علاجی پروٹینز بنائے جاتے ہیں جیسے انسولین، گروتھ ہارمونز اور اینٹی بائیوٹکس۔ بیکٹیریا بائیوریمیڈییشن اور بائیوپیسٹی سائیڈز میں بھی استعمال ہوتے ہیں۔
نارمل فلورا صحت مند جانور کے کسی بھی جسمانی مقام پر باقاعدگی سے پائے جانے والے جانداروں کا مرکب ہے۔ اندرونی ٹشوز (خون، دماغ، پٹھے) عام طور پر مائیکروبز سے پاک ہوتے ہیں جبکہ سطحی ٹشوز (جلد، میوکس ممبرینز) آباد ہوتے ہیں۔ انسانی نارمل فلورا زیادہ تر بیکٹیریا، چند فنجائی، پروٹسٹس اور میتھینوجینک آرکیا پر مشتمل ہے۔ فوائد (باہمی فائدہ): (1) وٹامنز کی تیاری — آنتوں کے بیکٹیریا اضافی وٹامن K، وٹامن B12 اور بعض B-وٹامنز بناتے ہیں۔ (2) پیتھوجنز کی آبادکاری روکنا — چپکنے کی جگہوں اور غذائی اجزا کے لیے مقابلہ۔ (3) پیتھوجنز کو روکنا یا مارنا — آنتوں کے بیکٹیریا روکنے والے مادے بناتے ہیں۔ (4) کراس ری ایکٹو اینٹی باڈیز بنانا — فلورا اینٹی جنز کے طور پر کام کر کے کم سطح کی اینٹی باڈیز بناتا ہے جو بعض پیتھوجنز سے کراس ری ایکٹ کر کے انفیکشن روکتی ہیں۔
ماڈل بیکٹیریوفیج (T4): سر + دم۔ سر: لمبا پیرامڈل، چھ پہلو والا، پرزم نما؛ پروٹین کیپسڈ جس میں لمبا ڈبل اسٹرینڈڈ ڈی این اے کور ہے۔ دم: سیدھی، اندرونی کور + مختلف پروٹینز کی بیرونی شیتھ؛ گردن شیتھ کو سر سے جوڑتی ہے؛ دوسری طرف اینڈ پلیٹ؛ اینڈ پلیٹ سے جڑے چھ ٹیل فائبرز بیکٹیریل وال سے چپکنے میں مدد دیتے ہیں۔ HIV (ریٹرو وائرس): گول، تقریباً 100 نینومیٹر؛ کیپسڈ میں آر این اے، لپڈ سے بھرپور اینویلپ جس میں گلائکوپروٹین اسپائکس ٹارگٹ کی شناخت اور جڑنے میں مدد دیتے ہیں؛ نمایاں اینزائم ریورس ٹرانسکرپٹیز ہے جو سنگل اسٹرینڈڈ آر این اے کو ڈی این اے اسٹرینڈ میں بدل کر ڈبل ہیلکس مکمل کرتا ہے۔ HIV ایڈز کا سبب ہے جو مدافعتی نظام کو کمزور کرتا ہے (پہلی بار 1981 میں رپورٹ؛ وائرل ایجنٹ 1984 میں ملا؛ 1986 میں HIV نام دیا گیا)۔
Answer: Ribosomes are not membrane-bound organelles — they are the protein-making machinery every cell needs, prokaryotic or eukaryotic. Bacteria must make proteins (enzymes, cell parts) to live, so they have ribosomes; theirs are simply smaller (70S: 50S + 30S) than eukaryotic ribosomes (80S) and float free in the cytoplasm or attach loosely to the membrane.
Answer: Bacteria generate energy by respiration at the cell membrane. The membrane invaginates to form mesosomes, which act as respiratory centres — the enzymes of respiration sit on the membrane/mesosomes, so the cell membrane does the job mitochondria do in eukaryotic cells.
Answer: Flagella are for swimming in liquid media, but many bacteria live on solid surfaces where swimming does not work. Pili can grip a solid surface and retract, pulling the cell forward — crawling over surfaces. So bacteria that colonize surfaces (or lack flagella) use pili-based twitching; it is the right tool for surface movement, while flagella are the right tool for liquid movement.
Answer (model arguments): (1) Some diseases have no cure — e.g. AIDS caused by HIV can only be managed, not cured, so prevention (awareness, safe practices, safe blood) is the only real defence. (2) Prevention is cheaper than treatment — vaccines, hygiene and clean water cost far less than hospital care. (3) Prevention stops spread — one prevented infection protects the whole community. (4) It avoids suffering and antibiotic resistance — fewer infections mean fewer antibiotics used, slowing resistance. (5) Healthy people stay productive — prevention protects education, work and family life.
Answer (model points): Social and cultural values shape AIDS prevalence in several ways: (1) Awareness and education — open discussion and school education about HIV transmission reduce new infections; taboos and silence increase them. (2) Blood safety and health services — countries with screened blood supplies and accessible testing/treatment have lower spread. (3) Stigma — where patients face stigma, people avoid testing and hide illness, which spreads infection silently. (4) Cultural practices around marriage, migration and health-seeking behaviour also affect transmission patterns. Conclusion: values that promote awareness, testing, safe blood and compassion lower prevalence; silence and stigma raise it.
In this chapter you learned bacteria and viruses in full detail — the structure of the bacterial cell (wall, membrane, cytoplasm, plasmids), how endospores survive harsh conditions, how bacteria move, the structure and arrangements of flagella, the eight important bacterial groups and their ecology, why bacteria matter (recyclers, products, cleaners, biopesticides, research tools), the normal flora of humans and its four benefits, and finally viruses — their structure, the T4 bacteriophage, HIV and AIDS. Every topic below is explained in English and Urdu with diagrams, and the chapter ends with the official exercise with answers.
For revision: first read the English box of each topic, then understand it from the Urdu box, then solve the exercise questions yourself and match them with the answers.
اس باب میں آپ نے بیکٹیریا اور وائرسز مکمل تفصیل سے سیکھے — بیکٹیریا کے سیل کی ساخت (دیوار، ممبرین، سائٹوپلازم، پلازمڈز)، اینڈوسپورز سخت حالات میں کیسے زندہ رہتے ہیں، بیکٹیریا کیسے حرکت کرتے ہیں، فلیجیلم کی ساخت اور ترتیبیں، بیکٹیریا کے آٹھ اہم گروپس اور ان کی ماحولیات، بیکٹیریا کیوں اہم ہیں (ری سائیکلرز، مصنوعات، صفائی، بائیوپیسٹی سائیڈز، تحقیقی اوزار)، انسانوں کا نارمل فلورا اور اس کے چار فوائد، اور آخر میں وائرسز — ان کی ساخت، T4 بیکٹیریوفیج، HIV اور ایڈز۔ نیچے ہر ٹاپک انگریزی اور اردو میں ڈایا گرامز کے ساتھ سمجھایا گیا ہے، اور باب کے آخر میں جوابات کے ساتھ سرکاری ایکسرسائز ہے۔
دہرائی کے لیے: پہلے ہر ٹاپک کا انگریزی باکس پڑھیں، پھر اردو باکس سے سمجھیں، پھر ایکسرسائز کے سوالات خود حل کر کے جوابات سے ملائیں۔
Chapter-wise tests, fresh random papers اور instant score کے لیے PunjabTest.com کا میں test section دیکھو:
PunjabTest.com — Complete Guide Book • FSc Part 1 Biology, Chapter 1 (New Book, Session 2026–27) • English + Urdu