Микробиология как наука

Микробиология как наука

 

Микробиология – это наука о  мельчайших живых существах, называемых микробами или микроорганизмами. Для микробов характерны 2 основных признака:

1 – исключительно мелкие размеры;  поэтому они видны только с  помощью увеличительных приборов.

2 – относительной простотой  строения.

К миру микроорганизмов относят:

• бактерии; - это такие живые существа, которые стоят на границе между растительным и животным миром;
• микроскопические или плесневые грибы;
• лучистые грибки или актиномицеты (актино –по латыне луч);
• дрожжи;
• микроскопические водоросли;
• ультрамикробы, к ним относятся вирусы и фаги.

 

Термин «Микробиология» состоит  из 3 греческих слов «микрос» – малый, «биос» - жизнь, «логос» – наука, что в дословном переводе означает наука о жизни мельчайших.

Микробиология изучает строение, жизнедеятельность, особенности роста, закономерности развития микроорганизмов, а также их распространение и роль в природе и жизни человека.

 

Распространение микроорганизмов  в природе

 

Микроорганизмы чрезвычайно широко распространены в природе.  Абсолютно стерильным является только желудочно-кишечный  тракт новорожденного ребенка в течение 2-х часов. Микроорганизмов очень много в почве, водоемах, воздухе, на поверхности растений, животных, их встречают в нефти, в мертвом море, в бесплодных пустынях, в вечной мерзлоте.

Широкое распространение микроорганизмов  в природе объясняется тремя  факторами:

• устойчивы в неблагоприятных условиях жизни;
• быстро приспосабливаются к меняющимся условиям жизни;
• огромной скоростью размножения .

 

Значение микроорганизмов в  природе

 

Положительное значение

1 Микроорганизмы участвуют в  круговороте веществ в природе,  разлагая органические вещества (останки животных) до минеральных веществ, которые возвращаются в почву.

2. Микроорганизмы участвуют  в образовании  полезных ископаемых( торф);

3. Микроорганизмы участвуют в  почвообразовательных процессах.  Способствуют образованию перегноя.

4. С помощью микроорганизмов   получают продукты питания.  На  знании этого основана целая отрасль промышленности биотехнология – получение продуктов питания с помощью микроорганизмов.

5.Микроорганизмы используют для  получения антибиотиков, ферментов,  витаминов, органических спиртов, кислот.

6. микроорганизмы используются  для борьбы с вредителями   с/х растений – биологический способ борьбы, который не наносит урон здоровью человека (колорадский жук, саранча).

 

Отрицательное значение

 

1. Микроорганизмы вызывают большое количество инфекционных заболеваний человека и животных (грипп и т.д.)
2. Микроорганизмы вызывают порчу пищевых продуктов, полуфабрикатов и др.: прогоркание,  плесневение.
3. Микроорганизмы  нарушают ход технологических процессов по производству продуктов питания, что ведет к возрастанию убытков. Доказано , что  микроорганизмы вызывают язву желудка.

 

В настоящее  время задачи микробиологии  настолько широки и разнообразны, что из микробиологии выделился целый ряд отраслевых  направлений.

К отраслевым направления микробиологии  относят:

• медицинская микробиология- изучает микроорганизмы, которые вызывают болезни человека и изыскивает способы борьбы с ними.
• Ветеринарная.
• Почвенная – изучает микроорганизмы почвы.
• Водная – (микроорганизмы водоемов).
• Вирусология (наука о вирусах).
• Космическая (изыскивает способы стерилизации космических кораблей)
• Техническая микробиология и зучает (особенности развития хозяйственно-полезных микроорганизмов, которые используются при получении продуктов питания, др. ценных веществ, а также изучает микроорганизмы, приносящие вред технологическим процессам с использованием хозяйственно-полезных микробов).

 

 

Краткий исторический очерк  развития науки

 

Микробиология – наука сравнительно молодая. Она возникла  в конце 17 в., когда были впервые обнаружены микроорганизмы. Впервые обнаружил м.о. голландский шлифовальщик стекол А.Левенгук(1632-1723). От него пошел  1-й морфологический (описательный) этап развития науки. В 1698г. Петр 1 посетил Левенгука и привез микроскоп в Россию.

2-й этап физиологический – Луи Пастер (франц.) химик, отец микробиологии. Открыл биологическую теорию брожения, доказал, что дрожжи не случайные спутники брожения, а возбудители. Этим была разбита теория брожения Либиха, который считал, что брожение вызвано кислородом воздуха. Пастер открыл микроорганизмы, способные развиваться без доступа воздуха, т.е. анаэробные микроорганизмы. Ввел тепловую обработку продуктов – пастеризацию. Боролся с болезнями вина и пива. Изготовил вакцины, Ввел прививку против бешенства и сибирской язвы.

Роберт Кох – немец. Ввел плотные  питательные среды, предложил способы  получения чистых культур микроорганизмов. Выделил возбудитель туберкулеза – палочку Коха (1882 г.).

Илья Ильич Мечников – работал  в области медицинской микробиологии. Разработал теорию иммунитета. Открыл в Одессе с учеником Н.В.Гамалея  первую бактериологическую станцию.

Сергей Николаевич Виноградский работал в области почвенной микробиологии. Ввел избирательные питательные среды, на которых он вырастил выделенные из почвы хемосинтезирующие бактерии, т.е. открыл хемосинтез – процесс образования углеводов из СО₂ и воды за счет химической энергии окисления веществ.

Дмитрий Иосифович Ивановский открыл мир вирусов.

Василий Леонидович Омелянский (почвенная микробиология) Изучал круговорот веществ в природе. Издал в 1909 г. учебник микробиологии, который выдержал 30 изданий.

 В области технической микробиологии работали Лебедев А.И., Иванов С.А. – изучали химизм спиртового брожения. Буткевич В.С., Костычев С.П.– доказали, что органические кислоты образуются плесневыми грибами. Это позволило начать промышленное производство лимонной кислоты.

Шапошников  В.Н. и Мантейфель изучили и внедрили в практику способ производства молочной кислоты с помощью бактерий.

 Никитинский Я.Я., Чистяков Ф.М. – внесли большой вклад в теорию и практику  холодильного хранения  скоропортящихся продуктов питания.

Королев С.А. – в области молока.

Морфология микроорганизмов

 

Морфология – это наука, изучающая  внешний вид, строение, способы размножения, передвижения, спорообразования у живых существ.

 

Морфология бактерий (Морфос –  форма)

Бактерии (сам термин происходит от греч. слова «бактерион» , что значит «палочка») – обширная группа микроорганизмов, которая сочетает в себе признаки растений и животных организмов и имеет микроскопические размеры. Размеры бактерий измеряют в микронах или микрометрах (1мк+1мкм+ 10^-6м=10^-3мм), поэтому их можно увидеть только с помощью увеличительных приборов с увеличением более 1000раз. Ничтожность этих размеров можно представить, зная, что в 1г бактериальной взвеси находится 10¹² бактерий. Масса бактериальной клетки = 4 х 10^-13г.

Возраст бактерий 3,8 млрд. лет.

 

Форма бактерий

По форме все бактерии делятся  на 3 группы:

• шаровидные или кокки
• палочковидные или палочки
• извитые формы бактерий.

Кокки имеют округлую, шаровидную, овальную, пламени свечи, ланцетовидную форму и подразделяются на 6 подгрупп в зависимости от способа соединения.

1.      микрококки – кокки, расположенные по одиночке, хаотично
2.     диплококки - кокки, расположенные по два или по половинке
3.      тетракокки - кокки, соединенные по четыре в виде квадрата
4.     стрептококки  - в виде  цепочки
5.     стафилококки – в виде гроздьев винограда, ягоды малины
6.     сарцины   -  в тюки по 8, кубическое скопление кокков, в виде куба

 

Все кокки неподвижны, грамположительны, не образуют спор. Широко распространены в природе. Входят в состав заквасок кисломолочных. Могут быть болезнетворными (ангина, гонорея, менингит).

Палочковидные бактерии имеют вытянутую  форму. Длина больше ширины. Могут быть толстыми тонкими, длинными и короткими, с обрубленными и заостренными концами, поодиночке, соединенные по 2 или в цепочки различной длины. Легко меняют свою форму в зависимости от условий жизни, т.е. обладают полиморфизмом. Палочки - наиболее распространенная группа  среди всех бактерий. Могут быть не болезнетворными, но могут вызывать различные заболевания (тиф, дизентерия).

Палочки могут быть грамположит. и  грамотрицательными, подвижными и неподвижными образовывать и необразовывать споры. По способности образования споры палочки делятся на три группы:

• бактерии – неспорообразующие палочки. Не  образуют споры ни при каких условиях;
• бациллы – палочки, образующие споры только в присутствии кислорода воздуха;
• клостридии – палочки, способные образовывать споры только в безвоздушном пространстве.

 

Извитые формы бактерий делятся на три группы:

1. Вибрионы         – имеют форму полумесяца, запятой, причем завиток не превышает ¼ оборота;
2. Спириллы                 имеют изогнутое тело с 5-6 крупными завитками.
3. Спирохеты                имеют неограниченное количество мелких завитков.

Все извитые формы болезнетворные.

Размеры бактериальных клеток измеряются в микронах. Диаметр кокков колеблется от 0,5 до 2 мк. Ширина палочек 0,1-0,5 мк, длина 2-3 ¸10 мк.. Наиболее мелкими являются извитые формы бактерий, в частности вибрионы.

 

Лекция 2   Строение бактериальной  клетки

 

Бактериальная клетка устроена очень просто, но она дифференцирована и в ней выделяют три основные части:

1 - клеточная оболочка;

2 – цитоплазма с включениями;

3 – ядерное вещество.

Некоторые бактерии кроме  этого могут иметь жгутики, реснички, спору.

 

Клеточная  оболочка покрывает клетку снаружи. Это плотная, упругая структура, выдерживающая перепад давления, состоящая из двух частей – наружной части, называемой клеточной стенкой и внутренней части – цитоплазматической мембраны(ЦПМ). И стенка и мембрана имеет поры (отверстия) через которые в клетку проходят питательные вещества и удаляются продукты жизнедеятельности. Однако через поры  клеточной стенки питательные вещества проходят по молекулярной массе не более 1000, т.е. стенка при питании выполняет функции механического сита. Через поры ЦПМ питательные вещества проходят не по массе, а по мере надобности, т.е. она обладает полупроницаемостью.

Клеточная  оболочка  выполняет ряд важнейших функций:

1 – поддерживает форму  тела;

2 – защищает клетку  от внешних воздействий;

3 – участвует в обмене веществ клетки, т.е. пропускает питательные вещества и выделяет продукты жизнедеятельности;

4 – участвует в передвижении  клетки. Бактерии, лишенные клеточной  оболочки теряют подвижность;

5 – отвечают за окрашивание  клетки по способу Грама;

6 – участвуют в образовании  капсулы. 

Капсула – слизистый  слой, покрывающий клетку снаружи. Обладает защитным действием (защищает клетку от внешних воздействий). С химической точки зрения капсула – углеводы - декстраны, образовавшиеся из глюкозы (сахарозы).

Образовывать капсулу  могут не все бактерии, а лишь капсулообразующие бактерии. Иногда капсулообразование может происходить настолько интенсивно, что отдельные капсулы сливаются друг с другом, образуя сплошную слизистую массу – зооглею, в которую лишь вкраплены бактерии. Это приводит к пороку пищевых продуктов – ослизнению (приводит к появлению сплошного слизистого налета на продуктах питания). Ослизняется мясо, колбасы, творог и т.д.

Наиболее сильным капсулообразователем является бактерия Leuconostoc mesenteroides ( лейконосток мезентероидес). Этот  микроорганизм способен в короткие сроки превращать сиропы, т.е. сахарозу в сплошную слизистую массу и тем самым наносят большой урон свеклосахарной промышленности, производству пива, кваса, безалкогольных напитков.

 

Цитоплазма с включениями

Цитоплазма (ЦП)  занимает центральную  часть клетки. Это жидкая коллоидная система, на 75-80% состоящая из воды. Остальное  приходится на долю белков, жиров, углеводов. Цитоплазма неоднородна . В ЦП имеются  гранулы или включения 2-х типов: