Микробиология 5

Содержание:

Введение

1. Три области практического применения

2.Возникновение и развитие микробиологии

3.Связь микробиологии с другими науками

4.Практическое значение микробиологии

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Микробиология (от микро... и биология), наука, изучающая микроорганизмы — бактерии, микоплазмы, актиномицеты, дрожжи, микроскопические грибы и водоросли — их систематику, морфологию, физиологию, биохимию, наследственность и изменчивость, распространение и роль в круговороте веществ в природе, практическое значение.

Наука о мельчайших организмах, не видимых невооруженным глазом. Микробиология изучает строение микробов (морфология), их химическую организацию и закономерности жизнедеятельности (физиология), изменчивость и наследственность (генетика микроорганизмов), взаимоотношения с другими организмами, включая человека, и их роль в формировании биосферы. В ходе историч. развития микробиологии как наука разделилась на общую, сельскохозяйственную, ветеринарную, медицинскую и промышленную. Общая микробиология изучает закономерности жизнедеятельности микробов как организмов, а также роль микробов для поддержания жизни на Земле, в частности их участие в круговороте углерода, азота, энергии и пр.

1.Три области практического применения

Итак, микробиология — это наука, изучающая микроорганизмы, их свойства, распространение и роль в круговороте веществ в природе. Широко известны три области практического приложения микробиологических знаний, три основных направления, без которых и представить нельзя современную жизнь. Одно из этих направлений— медицинская микробиология, изучающая болезнетворные микроорганизмы и разрабатывающая методы борьбы с ними Медицинская микробиология. включает бактериологию, которая изучает бактерии — возбудители инфекционных заболеваний, микологию — раздел о болезнетворных грибках, протозоологию, объектом исследования которой являются болезнетворные одноклеточные животные организмы, и, наконец, мед. вирусологию, исследующую болезнетворные вирусы. Достоверные сведения о микробах впервые были получены во второй половине 17 в. голландским ученым А. Левенгуком, описавшим «живых зверьков» в воде, зубном налете, настоях при рассмотрении их в простейший микроскоп, увеличивавший объекты в 250—300 раз.

Другое — техническая микробиология, под «покровительством» которой находится производство спиртовых и молочных продуктов (с использованием процессов брожения), витаминов, столь необходимых человеку антибиотиков и гормонов. Техническая, или промышленная, микробиология изучает химические процессы, вызываемые микробами, которые приводят к образованию спиртов, ацетона и других продуктов, важных для человека. В последние годы широко развились также такие области технической микробиологии, как производство витаминов, аминокислот и антибиотиков.

Третья самостоятельная сфера этой науки — почвенная микробиология, изучающая участие микроорганизмов в почвенных процессах в целях оптимального их использования в области сельскохозяйственного производства.

Микробиология вошла в круг научных дисциплин еще в XVII века: ее появление тесно связано с изобретением микроскопа. Золотой век микробиологии начался в конце XIX века, когда промышленное и техническое развитие человеческого общества вместе с развитием химии красящих веществ, прогрессом оптики и замечательными открытиями бактериологов произвели в медицине и медицинском мышлении настоящий революционный переворот. К отдельным звеньям этой «революции» можно отнести открытия возбудителей значительной части инфекционных заболеваний человека и животных — возбудителей, обнаруженных в своеобразном царстве микроорганизмов.

О том, что же именно относится к пестрой плеяде микроорганизмов, к сфере, контролируемой микробиологией, многие имеют не всегда точное и полное представление. С годами микробиология превратилась в обширную и сложную научную дисциплину, и причина этого лежит не в каком-нибудь искусственном ее усложнении, а в том, что были открыты группы микроорганизмов, которые никак нельзя было подогнать к какому-то единому, общему знаменателю. Это заставило разделить микробиологию на несколько специальных отделов.

Пока что выделено пять таких «провинций» в «государстве» микробиологии. Правда, ее дальнейшее развитие и дифференциация определенно говорят, что это пятичленное подразделение не окончательное. Но на сегодня оно нас вполне удовлетворяет. Вот краткое перечисление и определение упомянутых групп.

Вирусология изучает вирусы.

Бактериология занимается исследованием бактерий (специалисты считают их самыми древними обитателями Земли) и актиномицетов (одноклеточных микроорганизмов, близких по чертам организации к бактериям).

Микология исследует низшие (микроскопические) грибы.

Альгология изучает микроскопические водоросли.

Протозоология имеет объектом своего изучения простейших — одноклеточных животных, стоящих в системе классификации на грани растительного и животного мира.

Мы перечислили эти подразделения в соответствии с увеличением размеров микроорганизмов. Вирусы в сравнении с другими группами микроорганизмов неизмеримо мельче. Именно их ничтожно малая величина и дала в руки микробиологов (в период зарождения вирусологии) основную возможность отличать их от бактерий. Размеры вирусов варьируют в пределах от 20 до 300 нанометров (один нанометр равен миллионной доли миллиметра).

В «молодые годы» вирусологии для обозначения небактериального возбудителя какой-либо болезни применяли термин «фильтрующийся вирус» (от лат. virus — яд). Первоначальный термин подчеркивал своеобразное свойство возбудителей — способность проходить через фильтры, не пропускающие самые мелкие бактерии.

Дальнейшие исследования показали, что вирусы представляют особую группу инфекционных возбудителей и их изучение требует применения совершенно новых методов. В результате возникла и новая самостоятельная отрасль микробиологии —вирусология. Такое выделение было безоговорочно принято всеми учеными. Вирусологию с самого начала считали как бы младшей сестрой- бактериологии.

Однако между этими двумя отраслями науки, вернее, их объектами, есть существенное различие. Бактериологи уже сравнительно давно обнаружили наряду с болезнетворными бактериями и такие, которые просто необходимы для жизнедеятельности человека, животных и растений, для нормального протекания естественного круговорота веществ в природе и многих технологических процессов в пищевой и фармацевтической промышленности.

2.Возникновение и развитие микробиологии.

За несколько тыс. лет до возникновения Микробиология как науки человек, не зная о существовании микроорганизмов, широко применял их для приготовления кумыса и др. кисломолочных продуктов, получения вина, пива, уксуса, при силосовании кормов, мочке льна. Впервые бактерии и дрожжи увидел А. Левенгук, рассматривавший с помощью изготовленных им микроскопов зубной налёт, растительные настои, пиво и т.д. Творцом микробиологии как науки был Л. Пастер, выяснивший роль микроорганизмов в брожениях (виноделие, пивоварение) и в возникновении болезней животных и человека. Исключительное значение для борьбы с заразными болезнями имел предложенный Пастером метод предохранительных прививок, основанный на введении в организм животного или человека ослабленных культур болезнетворных микроорганизмов. Задолго до открытия вирусов Пастер предложил прививки против вирусной болезни — бешенства. Он же доказал, что в современных земных условиях невозможно самопроизвольное зарождение жизни. Эти работы послужили научной основой стерилизации хирургических инструментов и перевязочных материалов, приготовления консервов, пастеризации пищевых продуктов и т.д. Идеи Пастера о роли микроорганизмов в круговороте веществ в природе были развиты основоположником общей Микробиология в России С. Н. Виноградским, открывшим хемоавтотрофные микроорганизмы (усваивают углекислый газ атмосферы за счёт энергии окисления неорганических веществ; см. Хемосинтез), азотфиксирующие микроорганизмы и бактерий, разлагающих целлюлозу в аэробных условиях. Его ученик В. Л. Омелянский открыл анаэробных бактерий, сбраживающих, т. е. разлагающих в анаэробных условиях целлюлозу, и бактерий, образующих метан. Значительный вклад в развитие Микробиология был сделан голландской школой микробиологов, изучавших экологию, физиологию и биохимию разных групп микроорганизмов (Микробиология Бейеринк, А. Клюйвер, К. ван Нил). В развитии медициской Микробиология важная роль принадлежит Р. Коху, предложившему плотные питательныесреды для выращивания микроорганизмов и открывшему возбудителей туберкулёза и холеры. Развитию медицинской Микробиология и иммунологии способствовали Э. Беринг (Германия), Э. Ру (Франция), С. Китазато (Япония), а в России и СССР — И. И. Мечников, Л. А. Тарасевич, Д. К. Заболотный, Н. Ф. Гамалея.

Развитие микробиологии и потребности практики привели к обособлению ряда разделов микробиологии в самостоятельные научные дисциплины. Общая микробиология изучает фундаментальные закономерности биологии микроорганизмов. Знание основ общей микробиологии необходимо при работе в любом из специальных разделов микробиологии содержание, границы и задачи общей микробиологии постепенно изменялись.

Ранее к объектам, изучаемым ею, относили также вирусы, простейшие растительного или животного происхождения (протозоа), высшие грибы и водоросли. В зарубежных руководствах по общей микробиологии до сих пор описываются эти объекты

В задачу технической, или промышленной, микробиологии входит изучение и осуществление микробиологических процессов, применяемых для получения дрожжей, кормового белка, липидов, бактериальных удобрений, а также получение путём микробиологического синтеза антибиотиков, витаминов, ферментов, аминокислот, нуклеотидов, органических кислот и т.п. (см. также Микробиологическая промышленность).

Сельскохозяйственная микробиология выясняет состав почвенной микрофлоры, её роль в круговороте веществ в почве, а также её значение для структуры и плодородия почвы, влияние обработки на микробиологические процессы в ней, действие бактериальных препаратов на урожайность растений. В задачу сельско-хозяйственной микробиологии входят изучение микроорганизмов, вызывающих заболевания растений, и борьба с ними, разработка микробиологических способов борьбы с насекомыми — вредителями с.-х. растений и лесных пород, а также методов консервирования кормов, мочки льна, предохранения урожая от порчи, вызываемой микроорганизмами.

Геологическая микробиология изучает роль микроорганизмов в круговороте веществ в природе, в образовании и разрушении залежей полезных ископаемых, предлагает методы получения (выщелачивания) из руд металлов (медь, германий, уран, олово) и др. ископаемых с помощью бактерий.

Водная Микробиология изучает количественный и качественный состав микрофлоры солёных и пресных вод и её роль в биохимических процессах, протекающих в водоёмах, осуществляет контроль за качеством питьевой воды, совершенствует микробиологические методы очистки сточных вод.

В задачу медицинской Микробиология входит изучение микроорганизмов, вызывающих заболевания человека, и разработка эффективных методов борьбы с ними. Эти же вопросы в отношении сельскохозяйственных и др. животных решает ветеринарная Микробиология

Своеобразие строения и размножения вирусов, а также применение специальных методов их исследования привели к возникновению вирусологии как самостоятельной науки, не относящейся к микробиологии

Как общая Микробиология, так и её специальные разделы развиваются исключительно бурно. Существуют три основных причины такого развития. Во-первых, благодаря успехам физики, химии и техники Микробиология получила большое число новых методов исследования. Во-вторых резко возросло практическое применение микроорганизмов. В-третьих, микроорганизмы стали использовать для решения важнейших биологических проблем, таких, как наследственность и изменчивость, биосинтез органических соединений, регуляция обмена веществ и др. Успешное развитие современной микробиологии невозможно без гармонического сочетания исследований, проводимых на популяционном, клеточном, органоидном и молекулярном уровнях. Для получения бесклеточных ферментных систем и фракций, содержащих определённые внутриклеточные структуры, применяют аппараты, разрушающие клетки микроорганизмов, а также градиентное центрифугирование, позволяющее получать частицы клеток, обладающие различной массой. Для исследования морфологии и цитологии микроорганизмов разработаны новые виды микроскопической техники. В СССР был изобретён метод капиллярной микроскопии, позволивший открыть новый, ранее не доступный для наблюдения мир микроорганизмов, обладающих своеобразной морфологией и физиологией.

Для изучения обмена веществ и химического состава микроорганизмов получили распространение различные способы хроматографии, масс-спектрометрия, метод изотопных индикаторов, электрофорез и др. физические и физико-химические методы. Для обнаружения органических соединений применяют также чистые препараты ферментов. Предложены новые способы выделения и химической очистки продуктов жизнедеятельности микроорганизмов (адсорбция и хроматография на ионообменных смолах, а также иммунохимические методы, основанные на специфической адсорбции определённого продукта, например фермента, антителами животного, образовавшимися у него после введения этого вещества). Сочетание цитологических и биохимических методов исследования привело к возникновению функциональной морфологии микроорганизмов. С помощью электронного микроскопа стало возможным изучение тонких особенностей строения цитоплазматических мембран и рибосом, их состава и функций (например, роль цитоплазматических мембран в процессах транспорта различных веществ или участие рибосом в биосинтезе белка).

Лаборатории обогатились ферментёрами различной ёмкости и конструкции. Широкое распространение получило непрерывное культивирование микроорганизмов, основанное на постоянном притоке свежей питательной среды и оттоке жидкой культуры. Установлено, что наряду с размножением клеток (ростом культуры) происходит развитие культуры, т. е. возрастные изменения у клеток, составляющих культуру, сопровождающиеся изменением их физиологии (молодые клетки, даже интенсивно размножаясь, не способны синтезировать многие продукты жизнедеятельности, например ацетон, бутанол, антибиотики, образуемые более старыми культурами). Современные методы изучения физиологии и биохимии микроорганизмов дали возможность расшифровать особенности их энергетического обмена, пути биосинтеза аминокислот, многих белков, антибиотиков, некоторых липидов, гормонов и др. соединений, а также установить принципы регуляции обмена веществ у микроорганизмов.

3.Связь микробиологии с другими науками.

Микробиология в той или иной степени связана с др. науками: морфологией и систематикой низших растений и животных (микологией, альгологией, протистологией), физиологией растений, биохимией, биофизикой, генетикой, эволюционным учением, молекулярной биологией, органической химией, агрохимией, почвоведением, биогеохимией, гидробиологией, химической и микробиологической технологией и др. Микроорганизмы служат излюбленными объектами исследований при решении общих вопросов биохимии и генетики (см. Генетика микроорганизмов, Молекулярная генетика). Так, с помощью мутантов, утративших способность осуществлять один из этапов биосинтеза какого-либо вещества, были расшифрованы механизмы образования многих природных соединений (например, аминокислот лизина, аргинина и др.). Изучение механизма фиксации молекулярного азота для воспроизведения его в промышленных масштабах направлено на поиски катализаторов, аналогичных тем, которые в мягких условиях осуществляют азотфиксацию в клетках бактерий. Между Микробиология и химией существует постоянная конкуренция при выборе наиболее экономичных путей синтеза различных органических веществ. Ряд веществ, которые ранее получали микробиологическим путём, теперь производят на основе чисто химического синтеза (этиловый и бутиловый спирты, ацетон, метионин, антибиотик левомицетин и др.). Некоторые сиитезы осуществляют как химическим, так и микробиологическим путём (витамин B2, лизин и др.). В ряде производств сочетают микробиологические и химические методы (пенициллин, стероидные гормоны, витамин С и др.). Наконец, есть продукты и препараты, которые пока могут быть получены только путём микробиологического синтеза (многие антибиотики сложного строения, ферменты, липиды, кормовой белок и т.д.).

4.Практическое значение микробиологии.

Активно участвуя в круговороте веществ в природе, микроорганизмы играют важнейшую роль в плодородии почв, в продуктивности водоёмов, в образовании и разрушении залежей полезных ископаемых. Особенно важна способность микроорганизмов минерализовать органические остатки животных и растений. Всё возрастающее применение микроорганизмов в практике привело к возникновению микробиологической промышленности и к значительному расширению микробиологических исследований в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства. Ранее техническая Микробиология в основном изучала различные брожения, а микроорганизмы использовались преимущественно в пищевой промышленности. Быстро развиваются и новые направления технической микробиологии, которые потребовали иного аппаратурного оформления микробиологических процессов. Выращивание микроорганизмов стали проводить в закрытых ферментёрах большой ёмкости, совершенствовались методы отделения клеток микроорганизмов от культуральной жидкости, выделения из последней и химической очистки их продуктов обмена. Одним из первых возникло и развилось производство антибиотиков. В широких масштабах микробиологическим путём получают аминокислоты (лизин, глутаминовая кислота, триптофан и др.), ферменты, витамины, а также кормовые дрожжи на непищевом сырье (сульфитные щелока, гидролизаты древесины, торфа и с.-х. растительные отходы, углеводороды нефти и природного газа, фенольные или крахмалсодержащие сточные воды и т.д.). Осуществляется получение микробиологическим путём полисахаридов и осваивается промышленный биосинтез липидов. Резко возросло применение микроорганизмов в сельском хозяйстве. Увеличилось производство бактериальных удобрений, в частности нитрагина, приготовляемого из культур клубеньковых бактерий, фиксирующих азот в условиях симбиоза с бобовыми растениями, и применяемого для заражения семян бобовых культур. Новое направление с.-х. микробиологии связано с микробиологическими методами борьбы с насекомыми и их личинками — вредителями с.-х. растений и лесов. Найдены бактерии и грибы, убивающие своими токсинами этих вредителей, освоено производство соответствующих препаратов. Высушенные клетки молочнокислых бактерий используют для лечения кишечных заболеваний человека и с.-х. животных.

Деление микроорганизмов на полезных и вредных условно, т.к. оценка результатов их деятельности зависит от условий, в которых она проявляется. Так, разложение целлюлозы микроорганизмами важно и полезно в растительных остатках или при переваривании пищи в пищеварительном тракте (животные и человек не способны усваивать целлюлозу без её предварительного гидролиза микробным ферментом целлюлазой). В то же время микроорганизмы, разлагающие целлюлозу, разрушают рыболовные сети, канаты, картон, бумагу, книги, хлопчато-бумажные ткани и т.д. Для получения белка микроорганизмы выращивают на углеводородах нефти или природного газа. Одновременно с этим большие количества нефти и продуктов её переработки разлагаются микроорганизмами на нефтяных промыслах или при их хранении. Даже болезнетворные микроорганизмы не могут быть отнесены к абсолютно вредным, т.к. из них приготовляют вакцины, предохраняющие животных или человека от заболеваний. Порча микроорганизмами растительного и животного сырья, пищевых продуктов, строительных и промышленных материалов и изделий привела к разработке различных способов их предохранения (низкая температура, высушивание, стерилизация, консервирование, добавление антибиотиков и консервантов, подкисление и т.п.). В др. случаях возникает необходимость ускорить разложение определённых химических веществ, например пестицидов, в почве. Велика роль микроорганизмов при очистке сточных вод (минерализация веществ, содержащихся в сточных водах).

Заключение

Движущая сила микробиологии

На основании некоторых фактов можно предполагать, что вирусологические исследования по меньшей мере в ближайшие тридцать — пятьдесят лет сохранят в микробиологии роль основной движущей силы. Современное состояние этих быстро развивающихся исследований позволяет предположить, что прогресс, достигнутый в усовершенствовании и ускорении процессов диагностики вирусных заболеваний, столь важных для немедленных и специфических терапевтических мер, будет продолжаться и далее.

Почему так важно немедленное вмешательство? Да потому, что, как только вирус в клетках начнет размножаться и вызовет в организме больного характерные симптомы болезни, введение каких-либо лекарственных препаратов уже не сможет достичь полного успеха.

В связи с развитием диагностики, несомненно, будут быстрее создавать новые «генерации» лекарств, более совершенно «пригнанных» к данному заболеванию. Изготовляя их, будут исходить из знания особенностей молекулярной биологии размножения тех или иных видов вирусов, а также специфики биохимических свойств различных типов клеток (нервных, клеток печени и т. п.).

С большой вероятностью можно ожидать и значительного расширения и углубления познаний о вирусном происхождении многих поражений центральной нервной системы, протекающих по дегенеративному типу, от которых страдает немало людей. Несомненно, существенно расширится список заболеваний, либо вызываемых вирусами, либо таких, при которых вирус играет главенствующую роль наряду с другими факторами.

Ускоренный и все более эффективный ход исследований инфекционных болезней в современную эпоху можно иллюстрировать многими убедительными фактами. С 1880 по 1950 год новые открытия накапливались сравнительно медленно, хотя именно4за эти 70 лет было сделано немало основных наблюдений. В последующий период вирусология стала развиваться значительно более быстрыми темпами в связи с использованием новых научных подходов и технических приемов.

Вирусологи получили более или менее завершенную картину структуры вирусов и сведения о механизме инфицирования клетки вирусом. Большой прогресс можно отметить и в исследованиях вирусных инфекций на молекулярном уровне, в связи с чем можно ожидать успеха и в области поисков новых противовирусных веществ. Здесь уже есть кое-какие обнадеживающие факты, касающиеся в том числе и опухолей вирусного происхождения.

Благодаря усилиям Всемирной организации здравоохранения и интенсивному развитию медицины во многих государствах мира была усовершенствована система вирусологического и эпидемиологического наблюдения при ликвидации массовых вирусных инфекций, а также при выявлении заразных болезней, до тех пор не встречавшихся в данных районах. Медицинская служба строго контролирует пассажирский и товарный, международный «и межконтинентальный транспорт в целях предотвращения «импорта» инфекций из других стран не только пассажирами, экипажем, но и перевозимыми животными, и даже растениями. Поиски возможных очагов заразных болезней проводятся в самых отдаленных уголках нашей планеты, и высокоспециализированные отряды службы здравоохранения проникают в развивающиеся страны, где еще в недалеком прошлом трудно было и думать о ликвидации инфекционных болезней. В наше время интенсивного использования транспорта и оживленного обмена товарами нельзя пренебрегать серьезностью «местных» инфекций. Сегодня такая инфекция, имеющая место в одной стране, может благодаря скоростному транспорту проявиться в месте, отдаленном на сотни и тысячи километров от исходного очага.

Список использованной литературы:

1.Достижения советской микробиологии, Микробиология, 1989; Микробиология, Основы микробиологии, пер. с англ., Микробиология, 1995;

2.Работнова И. Л., Общая микробиология, Микробиология, 1966; «Микробиология», 1987, т. 36, в. 6;

3. Мейнелл Дж., Мейнелл Э., Экспериментальная микробиология, пер. с англ., Микробиология, 1967;

4.Шлегель Г., Общая микробиология, пер. с нем., Микробиология, 1972.