Микробиология – наука, изучающая строение, систематику, физиологию, биохимию, генетику и экологию организмов, имеющих малые размеры и невидимых невооруженным глазом. Эти организмы получили название микроорганизмов или микробов (от греч. micros – малый).
В таксономическом отношении микроорганизмы весьма разнообразны. Они представлены бактериями, грибами, водорослями, простейшими и вирусами. Предметом изучения микробиологии являются в основном бактерии.
Основной задачей микробиологии является изучение свойств микроорганизмов, которые окружают человека повсюду. Полезные свойства поставить на службу человеку. Задачей медицинской микробиологии является разработка методов лабораторной диагностики инфекционных болезней. Для патогенных микроорганизмов разрабатывать методы лечения и профилактики, выявлять степень микробного загрязнения внешней среды. Создание иммунобиологических медицинских препаратов для их предупреждения и лечения.
Микробиология подразделяется на ряд дисциплин:
Общая микробиология – изучает строение и жизнедеятельность микроорганизмов, их распространение в природе, наследственность и изменчивость.
Медицинская микробиология изучает микроорганизмы, вызывающие заболевания человека и процессы, происходящие в организме при внедрении болезнетворных микроорганизмов.
Курс медицинской микробиологии включает общую и частную части.
Общая медицинская микробиология рассматривает свойства микроорганизмов и их взаимодействие с организмом хозяина. Частная – характеризует возбудителей отдельных болезней и методы их лабораторной диагностики.
В настоящее время из медицинской микробиологии выделены:
Вирусология – наука о вирусах.
Протозоология – наука о простейших.
Микология – наука о грибах.
Иммунология – рассматривает защитные процессы, происходящие в организме.
Санитарная микробиология – изучает микроорганизмы, обитающие во внешней среде.
Космическая микробиология – изучает влияние космических условий на микроорганизмы и изменение микробной флоры человека в космосе.
Ветеринарная микробиология работает с микроорганизмами, вызывающими заболевания животных. Многие микроорганизмы являются возбудителями болезней и человека, и животных.
Промышленная микробиология изучает микроорганизмы, которые используют в производстве пищевых продуктов, антибиотиков и других лекарственных веществ, создает способы защиты пищевых продуктов и различных материалов от вредного воздействия микроорганизмов.
Агромикробиология изучает микроорганизмы, играющие роль в формировании почвенных структур, повышении плодородия почв, создании бактериальных удобрений.
Данные структурной организации клеток различных организмов, полученные современными методами исследования, позволили выделить два существенно различающихся типа клеток: прокариотные и эукариотные. Опираясь на экспериментальные данные Р. Стейниер и К. Ван Ниль (1962) сделали весьма важное заключение, что прокариотная клетка является структурной единицей, присущей исключительно двум группам организмов – бактериям и сине – зеленым водорослям. Для всех остальных организмов - растений, животных, грибов, водорослей и простейших характерна более сложная эукариотная клетка.
Основными отличиями в структурной организации прокариот являются:
1. в отличие от ядра эукариот ядерный материал прокариотной клетки не отграничен мембраной от цитоплазмы.
2. в прокариотной клетке отсутствуют органеллы (ЭПС, хлоропласты, аппарат Гольджи и др.), характерные для эукариот.
3. в цитоплазме прокариотной клетки обнаруживаются более мелкие рибосомы 70 S-типа, по сравнению с более крупными рибосомами 80 S-типа эукариотных клеток.
Различия в структурной и функциональной организации прокариотной и эукариотной клетки легли в основу вывода, сделанного Р. Мюрреем в 1968 году о подразделении всех клеточных организмов на два царства: Прокариоты и Эукариоты.
К царству Прокариот Мюррей отнес бактерии и цианобактерии, к Царству Эукариот – все остальные организмы. За пределами двух этих царств клеточных организмов остались неклеточные формы жизни – вирусы, составляющие самостоятельное царство VIRA.
Наша биологическая наука на сегодняшний день придерживается системы живого мира, предложенной А.Л. Тахтаджяном:
Империи: клеточные и неклеточные (вирусы).
Надцарства: доядерные организмы (прокариоты) и ядерные организмы (эукариоты)
В надцарство Прокариоты входит единственное царство: дробянки (микота). В нем выделяют три подцарства: архебактерии, эубактерии, цианеи.
В надцарство Эукариоты входят три царства: Животные, Растения, Грибы.
Царство Прокариоты представлено весьма многочисленным и разнообразным миром бактерий. Возраст наиболее древних бактерий 3 – 3,5 млрд. лет. Многие бактерии появились сравнительно недавно и появляются в настоящее время. В настоящее время различные представители мира бактерий занимают практически беспредельные экологические ниши на нашей планете. Они выделяются из льдов Арктики и Антарктиды, проникают в нефтяные скважины, живут в горячей воде 92°С термальных источников, обильно населяют все типы почв и водоемы, поднимаются на высоту 85 км. Многие прокариоты в процессе эволюции приспособились к жизни в организмах эукариот.
Слабая морфологическая дифференциация прокариот сочетается с огромным разнообразием и пластичностью их метаболизма. По источнику используемой энергии выделяются фототрофы и хемотрофы. По отношению к кислороду – облигатные аэробы и анаэробы. По источнику углерода – автотрофы и гетеротрофы.
Разнообразие и пластичность метаболизма прокариот обуславливают возможность использования ими не только любой естественный субстрат, но и вещества химического синтеза. Они способны трансформировать любые пластмассы, натуральный и синтетический каучук, солярку, парафин, фенольные соединения, пестициды и т.д.
Активность ферментных систем, а также огромная поверхность соприкосновения мелких прокариотных клеток с субстратом. Обеспечивает им несоизмеримо более высокий уровень метаболизма по сравнению с эукариотами. Высокий уровень метаболизма, уникальная скорость размножения при относительно простой структурной организации сделали прокариот традиционным объектом и моделью в экспериментах по биохимии, генетике и молекулярной биологии.
В 50 – 70-е годы XX века были разработаны новые отрасли микробиологической промышленности – производства кормового белка, аминокислот, ферментных препаратов, витаминов, биологических средств защиты растений, органических кислот и растворителей, полисахаридов, стимуляторов роста растений, фиксаторов атмосферного азота. В микробиологической технологии стали использоваться протисты различных таксономических групп – мицелиальные грибы, дрожжи, бактерии. В 1984 году Европейская федерация по биотехнологии определила биотехнологию как «интегрированное использование биохимии, микробиологии и инженерных наук с целью достижения технологического применения способностей микроорганизмов, культуры клеток и их частей».
Основных направлений биотехнологии три:
1. разработки для сельского хозяйства.
2. разработки в областях биологических наук и народного здравоохранения.
3. разработки в промышленных целях.
Несколько миллионов лет назад произошло величайшее событие – вспыхнула искра жизни. Прародителями всего живого на нашей планете были, по – видимому, фотосинтезирующие бактерии и микробы – анаэробы. Процессы, происходящие в живом мире, - это процессы преобразования одних веществ в другие с помощью энергии Солнца. Но в конце 19-го века С.Н. Виноградский доказал, что микроорганизмы – мельчайшие, в большинстве своем одноклеточные живые существа – могут создавать органические вещества из неорганических соединений, используя энергию окисления минеральных веществ. Он назвал это явление хемосинтезом. Бактерии, открытые профессором Виноградским, независимы в своем питании не только от других организмов, но и непосредственно от солнечных лучей. Это литотрофы – буквально – питающиеся камнями…
Велика роль микробов – первых обитателей нашей планеты.
Никогда не забывайте, что одноклеточные микроорганизмы образуют фундамент всей пирамиды жизни, на вершине которой – человек….