Предмет и задачи микробиологии
1. Микробиология – наука о жизни микробов.
2. Роль микроорганизмов в природе и жизни человека. Микробиология – основа биотехнологии.
3. Краткий исторический очерк развития микробиологии.
Литература:
1. Лукомская К.А. Микробиология с основами вирусологии. – М.: Просвещение, 1987.
2. Шлегель Г. Общая микробиология. – М.: Мир, 1972.
3. Стейнер Р. и др. Мир микробов. – М.: Мир, 1979.
4. Германов Н.И. Микробиология. – М.: Просвещение, 1969. (Пособие для учителей).
5. Жизнь растений. Т. 1. – М.: Просвещение, 1987.
6. Нетрусов А.И., Котова И.Б. Микробиология. – М.: Издательский центр «Академия», 2007. – 352 с.
7. Теппер Е.З., Шильникова В.К., Переверзева Г.И. Практикум по микробиологии. – М.: Дрофа, 2005. – 256 с.
8. Жарикова Г.Г. Микробиология продовольственных товаров. Санитария и гигиена. – М.: Издательский уентр «Академия», 2008. – 304 с.
9. Мармузова Л.В. Основы микробиологии, санитарии и гигиены в пищевой промышленности – М.: Издательский центр «Академия», 2008. – 160 с.
10. Поляк М.С., Сухаревич В.И., Сухаревич М.Э. Питательные среды для медицинской и санитарной микробиологии.СПб: ЭЛБИ-СПб. – 2008. – 352 с.
Микробиология – наука о жизни микробов
Термин «микробиология» впервые был предложен Ж. Дюкло. Происходит он от греческих слов – микрос, биос, логос. Микробиология – наука о мельчайших живых существах микробах, их строении, физиологии, биохимии, росте, развитии, наследственности и изменчивости, а также их взаимоотношении с высшими организмами и неживой природой.
В настоящее время микробиология по уровню теоретических и прикладных исследований занимает ведущее место в биологии.
Микроорганизмы относят к третьему царству живых существ - протистам. Это в основном одноклеточные, слабо дифференцированные организмы, среди которых различают эукариоты, имеющие обособленное ядро (простейшие, водоросли, грибы) и прокариоты – не имеющие обособленного ядра (бактерии, сине-зеленые водоросли или цианобактерии, актиномицеты, риккетсии).
Вирусы, как неклеточные организмы, иногда относят к прокариотам, но чаще выделяют как самостоятельную группу организмов (рис.1).
Таким образом, по морфологии микроорганизмы представляют разнообразную группу. Однако существует ряд признаков и общих черт, которые позволяют объединить эти организмы:
1. Малые размеры – от нескольких десятков микрон до сотых долей микрона. Например, 1 г бактериальной культуры содержит 10 бактериальных клеток.
2. Простата строения.
3. Широкое распространение в природе. Они поистине вездесущи: в воде, почве, воздухе, горячих источниках, нефтяных скважинах, атомных реакторах, организмах животных и т.д.
4. Высокая скорость адаптации за счет сильно выраженной метаболической изменчивости (особенность)
5. Высокая интенсивность обмена веществ. Пищи потребляют в 20 раз больше веса своего тела. Это связано с высокой активностью ферментных систем и большой площадью соприкосновения их тел с субстратом.
6. Высокая скорость размножения. Если бы 1 бактериальная клетка беспрепятственно делилась, то через 48 часов образовалась бы биомасса в 4000 раз больше массы Земли.
7. Общность культивирования и методов исследования.
Роль микроорганизмов в природе и жизни человека
В ПРИРОДЕ:
1. Биологическое выветривание горных пород (наряду с физическим и химическим) сыграло важную роль в становлении круговорота биогенных элементов (С, N, P, S), создавая тем самым условия для возникновения и развития высокоорганизованных организмов. Именно микроорганизмы способствовали формированию нового природного тела – почвы, которая явилась субстратом для всех наземных растений, и которая сыграла и играет большую роль в эволюции всех организмов.
2. Микроорганизмы преобразовали не только литосферу и гидросферу, но и атмосферу, которая стала более благоприятной для развития жизни. Они связали токсические соединения: NH4, H2 S, CO, CH4. В результате деятельности динитрофицирующих бактерий в атмосферу поступает значительное количество оксидов азота, которые поддерживают озоновый экран планеты.
3. Оказали прямое влияние на развитие живых систем через симбиоз прокариотических и эукариотических клеток (рис.2. Симбиотическая теория образования эукариот).
4. Микроорганизмы – важнейшее звено биогеоценозов. Они редуценты.
5. Симбиоз клубеньковых бактерий с высшими растениями обеспечивает накопление в почве минерального азота, который является важнейшим органогеном. Большой вклад в этот процесс вносят и свободно живущие азотофиксаторы.
6. Микроорганизмы вступили в симбиоз с животными. Они выполняют важную функцию при переваривании пищи (особенно клетчатки). В организме человека обитает около 400 видов бактерий (главный терапевт г. Москвы).
7. Играют важную роль в образовании природных ископаемых: нефти, газа, торфа, меди, марганца, железа, серы и др., которые во многом предопределили социальную эволюцию человека.
8. Микроорганизмы – ограничивающий фактор размножения других организмов (болезни).
В ЖИЗНИ ЧЕЛОВЕКА. МИКРОБИОЛОГИЯ – ОСНОВА БИОТЕХНОЛОГИИ
Биотехнология – это наука и отрасль промышленности, использующая живые организмы и биологические процессы в производстве.
На основе применения знаний и методов биохимии, микробиологии, генетики и химической техники биотехнология позволяет извлекать выгоду в технологических процессах из свойств микроорганизмов и клеточных культур.
1. Сельское хозяйство.
Животноводство: белок, аминокислоты, витамины, гормоны, синтетические вакцины, бактериальные и вирусные препараты (для лечения) - микроорганизмы; новые породы животных – генная инженерия.
Растениеводство: бактериальные удобрения (для фиксации N), биологические средства защиты от вредителей и болезней, борьба с сорняками – микроорганизмы. Клонирование и селекция новых сортов растений из клеточных и тканевых культур. Получение безвирусных сортов, выращивание искусственных «семян» – генная инженерия.
2. Здравоохранение: антибиотики, вакцины, инсулин, интерферон, гормоны роста человека – микробиология. Получение моноклональных антител (диагностический и лечебный препарат) – генная инженерия.
Промышленность.
Энергетическая: получение метанола, этанола, метана, водорода из отходов сельского хозяйства – микроорганизмы
Металлургическая: концентрация металлов из руд – марганца, меди, хрома, урана и др. – микроорганизмы.
Пищевая: хлебопечение, сыроварение, пивоварение, виноделие, производство уксусной кислоты, аминокислот, витаминов, ферментов - микроорганизмы.
Легкая промышленность: обработка шкур, льняных волокон, улучшение качества каучука – микроорганизмы.
В настоящее время возникло новое направление – биологическая экономика (растительный пластик, биоэнергетика).
4. Уменьшение загрязнения окружающей среды: очистка сточных вод (биофильтры), разложение пластмасс, пестицидов и т.д. - микроорганизмы. Микроорганизмы используют как биоиндикаторы загрязнения окружающей среды.
5. Микроорганизмы могут наносить и вред человеку, вызывая у него целый ряд заболеваний, а также у животных и растений.
Таким образом, благодаря интеграции микробиологии, биохимии, генетики и химической техники биотехнология поднялась на новый качественный уровень, что позволило решить многие насущные проблемы человека.
Пример: необходимо получить новый антибиотик. Для его синтеза нужна определенная ферментная система, которой нет у известных микроорганизмов. Методом генной инженерии создается определенный штамм микроорганизмов с заданной ферментной системой. Услуги оказывает генетика.
Для того чтобы процесс шел активно, нужно получить фермент в чистом виде – услуги биохимии. Технологический процесс также предъявляет определенные требования. Ферменты дороги – поэтому их надо использовать повторно. Они не должны смешиваться с продуктом, так как могут изменить его свойства. Эти задачи решает биохимия и химическая техника. Так были созданы иммобилизационные ферменты (препараты ферментов, связанных на нерастворимых носителях). Это позволяет регулировать скорость реакции, использовать фермент повторно, получить продукт не загрязненный ферментом и т.д. (например, ферменты адсорбируют на стержнях из древесных опилок).
Приведенные примеры свидетельствуют, что микроорганизмы или их ферменты широко используются практически во всех отраслях народного хозяйства. Благодаря этому человечество удовлетворяет многие свои потребности. Поэтому изучение микроорганизмов важно не только с теоретической
точки зрения (для формирования общебиологического мышления), но и с практической.