бактериология;
вирусология;
микология;
протозоология;
гельминтология.
Выбрать один правильный ответ. Раздел микробиологии, изучающий вирусы, называется
бактериология;
вирусология;
микология;
протозоология;
гельминтология.
Выбрать один правильный ответ. Раздел микробиологии, изучающий грибы, называется
бактериология;
вирусология;
микология;
протозоология;
гельминтология.
Выбрать один правильный ответ. Раздел микробиологии, изучающий простейшие, называется
бактериология;
вирусология;
микология;
протозоология;
гельминтология.
Выбрать один правильный ответ. Раздел микробиологии, изучающий гельминты, называется
бактериология;
вирусология;
микология;
протозоология;
гельминтология;
Соотнесите микроорганизм и раздел микробиологии, изучающий данный микроорганизм
бактерии->бактериология;
вирусы-> вирусология;
грибы-> микология;
простейшие->протозоология;
гельминты->гельминтология;
Выбрать один правильный ответ. Эукариотические клетки – это
клетки, не имеющие оболочки;
Выбрать один правильный ответ. Прокариотические клетки – это
клетки, не имеющие цитоплазмы;
клетки, имеющие морфологически оформленное ядро;
клетки, не имеющие морфологически оформленного ядра;
клетки, не имеющие оболочки;
клетки, неспособные к делению.
Выбрать один правильный ответ. К прокариотам относятся
бактерии;
простейшие;
гельминты;
Выбрать один правильный ответ. К эукариотам относятся
простейшие;
гельминты;
все вышеперечисленные;
ни один из перечисленных.
Выбрать один правильный ответ. Неклеточной формой жизни являются
бактерии;
простейшие;
гельминты.
Выбрать один правильный ответ. Простейшие являются
эукариотами и относятся к царству растений;
эукариотами и относятся к царству грибов;
эукариотами и на всех этапах своего развития существуют в виде одной клетки;
эукариотами и относятся к царству вирусов;
прокариотами и относятся к царству животных.
Выбрать один правильный ответ. Грибы имеют свойства
животной и растительной клетки;
растительной и бактериальной клетки;
вируса и бактериальной клетки;
вируса и растительной клетки;
вируса и животной клетки.
Выбрать один правильный ответ. Вирусы – это
организмы, не имеющие клеточного строения;
одноклеточные организмы, прокариоты;
одноклеточные организмы, эукариоты;
многоклеточные организмы, прокариоты;
многоклеточные организмы, эукариоты.
Выбрать один правильный ответ. Вирион – это
отдельная вирусная частица;
вид бактерий;
вид простейших;
вид гельминтов;
все вышеперечисленное.
Выбрать один правильный ответ. Строение вириона
нуклеиновая кислота (ДНК или РНК), капсид, может быть оболочка;
нуклеиновая кислота (ДНК или РНК), цитоплазма и оболочка;
нуклеиновая кислота, цитоплазма, оболочка и рибосомы;
нуклеоид, цитоплазма и оболочка;
ядро, цитоплазма и оболочка.
Выбрать один правильный ответ. Нуклеиновые кислоты в вирионе
образуют внешнюю оболочку;
являются сердцевиной;
образуют внутреннюю оболочку;
вирион не имеет нуклеиновых кислот;
образуют все оболочки вириона.
Выбрать один правильный ответ. Капсид в вирионе
образует внешнюю липопротеидную оболочку;
является сердцевиной вириона;
вирион не имеет капсида;
Выбрать один правильный ответ. Капсид вириона состоит из
однотипных белков;
углеводов;
минеральных веществ;
нуклеиновых кислот.
Выбрать два правильных ответа. Внешняя липопротеидная оболочка вириона (суперкапсид)
образована из плазматической мембраны клетки – хозяина;
является сердцевиной вириона;
это оболочка, окружающая сердцевину вириона;
это оболочка, окружающая капсид вириона;
образуется только при неблагоприятных условиях существования вируса.
Один правильный ответ. Выбрать критерии классификации вирусов
нуклеиновой кислоты (ДНК-содержащие или РНК-содержащие);
количество нитей РНК или ДНК;
наличие или отсутствие оболочки;
тип симметрии;
все вышеперечисленное.
Микробиология (греч. micros - малый, bios - жизнь, logos -учение) - наука о морфологии, физиологии, генетике, экологии и эволюции микроорганизмов (рис.
Выбрать один правильный ответ. Раздел микробиологии, изучающий бактерии, называется
Рис. 1.Разделы микробиологии
Общая микробиология изучает закономерности строения и жизнедеятельности, генетику микроорганизмов, взаимоотношение их с окружающей средой.
Частная микробиология изучает отдельных представителей микромира.
Медицинская микробиология -наука о патогенных и сингенных для человека микроорганизмах, их взаимодействии между собой и с окружающей средой. Она изучает роль микроорганизмов в развитии инфекционных заболеваний человека:
– морфологию, физиологию, экологию, молекулярно-генетические и биологические свойства микроорганизмов;
– этиологию и патогенез инфекционных заболеваний;
– разрабатывает методы диагностики инфекционных заболеваний;
– разрабатывает средства и способы специфической терапии и профилактики инфекционных заболеваний. Кроме того, медицинская микробиология разрабатывает способы диагностики, средства профилактики и терапии заболеваний, ранее считавшихся неинфекционными (сердечно-сосудистые, злокачественные).
Клиническая микробиология изучает роль УПМ в развитии заболеваний человека, разрабатывает методы диагностики этих заболеваний, методы контроля за нозокомиальными инфекциями, осуществляет мониторинг резистентности УПМ к антибиотикам, антисептикам, дезинфектантам.
Эпидемиологическая микробиология изучает взаимоотношения потенциально опасных микроорганизмов с биотопами (почвой, водой, воздушной средой, объектами внешней среды, продуктами питания), популяцией человека, факторы и пути передачи инфекционных заболеваний.
Санитарная микробиология изучает микрофлору окружающей среды, влияние микрофлоры на здоровье человека, разрабатывает мероприятия по предупреждению неблагоприятного воздействия микроорганизмов на организм человека.
Фармацевтическая микробиология изучает инфекционные болезни лекарственных растений, порчу лекарственных растений и сырья под действием микроорганизмов, обсемененность лекарственных средств и готовых лекарственных форм, методы асептики при производстве лекарственных препаратов, технологии приготовления диагностических, профилактических и лечебных препаратов.
Дата публикования: 2015-10-09; Прочитано: 3491 | Нарушение авторского права страницы
ОБЩАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ
Медицинская микробиология – изучает патогенные микроорганизмы, вызывающие заболевания человека и разрабатывает методы диагностики, профилактики и лечения этих болезней.
Изучает пути и механизмы их распространения и методы борьбы с ними. К курсу медицинской микробиологии примыкает обособленный курс – вирусология.
ПОСМОТРЕТЬ ЕЩЕ:
Какой раздел биологии изучает бактерии?
КОНТРОЛЬ ЗНАНИЙ ПО ИТОГАМ 1-Й ЧЕТВЕРТИ
Часть А. В каждом вопросе выберите один верный вариант ответа.
1.Какой учёный впервые употребил термин «биология»?
1) Ж.Б.Ламарк
2) Т.Гексли
4) Ч.Дарвин
2.Какая наука не входит в состав биологических наук?
1) ботаника
2) лингвистика
3) микробиология
4) молекулярная биология
3.Какой раздел биологии изучает бактерии?
1) зоология
2) ботаника
3) микробиология
4) вирусология
4.Что такое рост живого организма?
1) увеличение его массы
2) увеличение его размеров
3) необратимые качественные изменения его свойств
4) возникновение новых клеток живого организма и последующее увеличение его массы и размеров
5.Какое свойство живых организмов позволяет им реагировать на действия факторов окружающей среды?
1) приспособленность
2) подвижность
3) раздражимость
4) выделение
6.Как называются наиболее древние организмы?
1) одноклеточные организмы
2) неклеточные формы жизни
3) эукариоты
4) прокариоты
7.Назовите самый высокий структурный уровень организации жизни на Земле.
1) организменный
2) молекулярный
3) биосферный
4) клеточный
8.Какие среды жизни существуют на нашей планете?
1) организменная, почвенная, подземно-воздушная, водная
2) водная, организменная, наземно-воздушная, почвенная
3) водная, почвенная, воздушная, организменная
4) водная, почвенная, наземно-воздушная, огненная
9.Что образует совокупность особей, относящихся к одному виду и обитающих на одной территории?
1) биогеоценоз
2) биоценоз
3) популяцию
4) биосферу
10.От чего зависит жизнь многоклеточного организма?
1) от взаимодействия клеток друг с другом
2) от взаимодействия клеток с межклеточным веществом
3) от конкуренции клеток между собой
4) от обособленности клеток друг от друга
11.Кто является основоположниками клеточной теории?
1) Р.Роуз и Ж.Б.Ламарк
2) Д.Уотсон и Ф.Крик
3) Р.Гук и А.ван Левенгук
4) Т.Шванн и М.Я.Шлейден
12.Какое азотистое основание не входит в состав ДНК?
1) цитозин
13.Отметьте тип РНК, которого не существует.
1) транспортные
2) рибосомальные
3) защитные
4) информационные
14.В каких клетках содержится нуклеотид – кольцевая молекула ДНК?
1) в клетке одноклеточных организмов
2) в клетках многоклеточных организмов
3) в эукариотических клетках
4) в прокариотических клетках
15.Каким гелеобразным веществом заполнено ядро живой клетки?
1) ядрышками
2) ядерной мембраной
3) цитоплазмой
4) кариоплазмой
16.При каком процессе в живой клетке высвобождается энергия?
1) при метаболизме
2) при катаболизме
3) при анаболизме
4) при фотосинтезе
17.Как называется первичный продукт фотосинтеза?
1) крахмал
2) целлюлоза
3) глюкоза
4) сахароза
18.Как называется внутримембранное пространство хлоропласта?
1) полисома
4) тилакоид
19.Как называется биологическое окисление с участием кислорода?
2) неполное
3) аэробное
4) анаэробное
20.Укажите вариант ответа, где стадии митоза даны в правильной последовательности.
1) профаза-метафаза-анафаза-телофаза
2) метафаза-профаза-телофаза-анафаза
3) телофаза-анафаза-метафаза-профаза
4) анафаза-метафаза-профаза-телофаза
Часть В. Дайте краткие ответы на поставленные вопросы.
1.Из чего состоит каждый представитель того или иного царства живой природы, за исключением вирусов?
2.Как называются белки, которые упорядочивают и ускоряют протекание химических реакций внутри клетки?
3.Какие органоиды клетки содержат собственную ДНК?
4.Сколько молекул АТФ образуется в процессе гликолиза?
5.Какой этап клеточного цикла самый продолжительный в жизни клетки?
Микробиология – наука, которая изучает микроскопические существа, называемые микроорганизмами, их биологические признаки, систематику, экологию, взаимоотношение с другими организмами.
К числу микроорганизмов относятся бактерии, актиномицеты, грибы, в том числе мицелиальные грибы, дрожжи, простейшие и неклеточные формы – вирусы, фаги.
Микроорганизмы играют чрезвычайно важную роль в природе – осуществляют круговорот органических и неорганических (N, P, S и др.) веществ, минерализуют растительные и животные остатки. Но могут приносить большой вред – вызывая порчу сырья, пищевых продуктов, органических материалов. При этом могут образовываться токсические вещества.
Многие виды микроорганизмов являются возбудителями болезней человека, животных и растений.
В тоже время микроорганизмы в настоящее время широко используются в народном хозяйстве: с помощью разных видов бактерий и грибов получают органические кислоты (уксусную, лимонную и др.), спирты, ферменты, антибиотики, витамины, кормовые дрожжи. На основе микробиологических процессов работают хлебопечение, виноделие, пивоварение, производство молочных продуктов, квашение плодов и овощей, а также другие отрасли пищевой промышленности.
В настоящее время микробиология подразделяется на следующие разделы:
Медицинская микробиология – изучает патогенные микроорганизмы, вызывающие заболевания человека и разрабатывает методы диагностики, профилактики и лечения этих болезней. Изучает пути и механизмы их распространения и методы борьбы с ними.
Какой раздел биологии изучает бактерии?
К курсу медицинской микробиологии примыкает обособленный курс – вирусология.
Ветеринарная микробиология изучает патогенные микроорганизмы, вызывающие заболевания животных.
Биотехнология рассматривает особенности и условия развития микроорганизмов, используемых для получения соединений и препаратов, используемых в народном хозяйстве и медицине. Она разрабатывает и совершенствует научные методы биосинтеза ферментов, витаминов, аминокислот, антибиотиков и других биологически активных веществ. Перед биотехнологией стоит также задача разработки мер предохранения сырья, продуктов питания, органических материалов от порчи микроорганизмами, исследование процессов, протекающих при их хранении и переработке.
Почвенная микробиология изучает роль микроорганизмов в образовании и плодородии почвы, в питании растений.
Водная микробиология исследует микрофлору водоемов, ее роль в пищевых цепях, в круговороте веществ, в загрязнении и очистке питьевой и сточной вод.
Генетика микроорганизмов, как одна из наиболее молодых дисциплин, — рассматривает молекулярные основы наследственности и изменчивости микроорганизмов, закономерности процессов мутагенеза, разрабатывает методы и принципы управления жизнедеятельностью микроорганизмов и получения новых штаммов для использования их в промышленности, сельском хозяйстве и медицине.
Дата публикования: 2014-11-04; Прочитано: 344 | Нарушение авторского права страницы
studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2018 год.(0.001 с)…
Микробиология - это наука, изучающая жизнь и развитие живых микроорганизмов (микробов). Микроорганизмы - самостоятельная обширная группа одноклеточных организмов, связанных по своему происхождению с растительным и животным миром.
Развитие микробиологии началось еще во времена древности, когда медики впервые предположили, что «зараза передается от человека к человеку» через каких-то живых существ. В результате последующего развития естественных наук появились специальные методы научных исследований, позволившие ученым окончательно убедиться в этом утверждении.
Среди выдающихся ученых-микробиологов можно выделить Л. Пастера, Р. Коха, И.И. Мечникова, Д.И. Ивановского.
По морфологическому строению все возбудители инфекционных заболеваний подразделяются на: микробы (бактерии); спирохеты; риккетсии; вирусы; грибки; простейшие.
Бактерии - это одноклеточные микроорганизмы.
По своему морфологическому строению бактерии чрезвычайно разнообразны. Наиболее часто встречаются следующие виды бактерий:
Кокки - бактерии шарообразной формы, одиночные или парами, а также в виде цепочек или образующие гроздья. К ним относятся диплококки, стрептококки, стафилококки. Они вызывают различные заболевания, такие как скарлатина, менингит, гонорея и др.;
Бациллы - бактерии палочкообразной формы, имеющие достаточно большое распространение в природе. Они вызывают очень тяжелые инфекционные заболевания - дифтерию, столбняк и туберкулез;
Спириллы - извилистые клетки, напоминающие штопор. Они являются возбудителями летоспироза и сифилиса. Латинское название возбудителя сифилиса звучит довольно красиво - Spiroheta palida (бледная спирохета);
Все микробы по типу дыхания делятся на две группы: анаэробы - хорошо размножаются только в отсутствии кислорода (возбудители столбняка, ботулизма, газовой гангрены и др.) и аэробы - живут исключительно в кислородной среде.
Клетка бактерии состоит из следующих элементов: оболочка, протоплазма, ядерная субстанция. У некоторых бактерий из наружного слоя оболочки формируются капсулы. Патогенные бактерии способны образовывать капсулу, только находясь в организме человека или животного. Образование капсулы - это защитная реакция бактерии. Бактерия внутри капсулы устойчива к действию антител.
У многих палочковидных бактерий внутри тела, посередине или на одном из концов имеются характерные образования - эндогенные споры круглой или овальной формы. Споры появляются при неблагоприятных внешних условиях существования бактерий (недостаток питательных веществ, наличие вредных продуктов обмена, неблагоприятная температура, высушивание). Одна бактериальная клетка образует одну эндоспору, которая, попадая в благоприятную среду, прорастает, образуя одну клетку. Споры устойчивы к внешним воздействиям.
Многие бактерии обладают активной подвижностью. Подвижными являются все спириллы и вибрионы. Подвижностью характеризуются и многие виды палочковидных бактерий. Кокки неподвижны, за исключением единичных видов. Подвижность бактерий осуществляется при помощи жгутиков - тонких нитей, иногда спиралеобразно извитых.
У некоторых патогенных микробов при определенных внешних воздействиях можно достигнуть ослабления или даже потери болезнетворных свойств. Однако при этом способность их при введении человеку вызывать невосприимчивость к заболеванию, или иммунитет, сохраняется. Указанное положение легло в основу получения живых ослабленных вакцин, которые нашли широкое применение в профилактике заболеваемости с помощью прививок.
Для распознавания и изучения особенностей различных видов микробов пользуются посевом их на искусственные питательные среды, которые готовят в лабораториях. Патогенные микробы растут лучше, если питательные среды по составу полнее воспроизводят условия их питания в живом организме.
Спирохеты (возбудители возвратного тифа, сифилиса) имеют форму тонких, штопорообразных, активно изгибающихся бактерий.
Вирусы - это мельчайшие микроорганизмы, размеры которых измеряются в миллимикронах. Увидеть вирусы можно только при очень большом увеличении (в 30 000 раз) с помощью электронного микроскопа.
Они очень примитивно устроены. У них нет клеточной оболочки в обычном понимании или каких-либо сложно организованных структур и не обнаруживается метаболизм. Они состоят из нуклеиновой кислоты (РНК или ДНК), окруженной белковой оболочкой. Главный компонент вирусов - нуклеиновая кислота - представляет собой соединение, которое служит материальной основой наследственности и многих других явлений жизни. Их жизнедеятельность обеспечивают РНК или ДНК клеток хозяина.
Некоторые вирусы обладают очень коварной способностью - внедряясь в клетку, оставаться в ней в латентном («сонном») состоянии очень долгое время (в некоторых случаях на протяжении всей жизни хозяина). Так проходят месяцы и годы, и как только организм ослаблен (по разным причинам - стресс, авитаминоз, заболевание), вирус тотчас же реактивируется, т.е. проявляет свою активность или агрессивность. Другими словами, латентная инфекция переходит в острую или хроническую форму. Особенно опасны для человека те вирусы, которые встраиваются в наследственные субстраты клетки (ее хромосомы) и становятся, таким образом, составной частью генома человека. Это, например, вирус иммунодефицита человека. Известно также, что некоторые вирусы обладают способностью, проникнув в клетку, нарушать механизмы роста и развития, превращая ее в раковую клетку.
Во внешней среде они практически не живут. Дезинфицирующие вещества, солнечный свет, ультрафиолет, нагревание убивают большинство вирусов. Однако среди них есть и очень стойкие. Например, вирус болезни Боткина (инфекционный гепатит, или желтуха) погибает лишь при температуре 100°С и 45-минутном кипячении.
К вирусам относятся возбудители гриппа, ящура, полиомиелита, натуральной оспы, энцефалитов, кори, СПИДа и других заболеваний.
Лечение вирусных заболеваний очень сложное, но небезнадежное дело. На сегодняшний день самая эффективная защита от различных вирусов - прививки (превентивный способ защиты). С их помощью можно создать в организме достаточно мощный и эффективный заслон против большого числа вирусов, повысить активность иммунной системы, ее защитные механизмы.
Многие вирусы обладают уникальной способностью изменять свои наследственные качества, т.е. мутировать. Тот факт, что вирус находится внутри клетки-хозяина, обеспечивает ему также надежную защиту. Очень немногие современные лекарства «работают» на внутриклеточном уровне, большинство не в состоянии «достать» вирус. В процессе эволюции многие вирусы научились спасаться от иммунной системы организма хозяина, прикрываясь его же собственными белками, и при этом их разрушающее действие на организм хозяина не прекращается, а, напротив, усиливается. Именно к такому вирусу относится вирус В, вызывающий болезнь Боткина.
Интерферон - это белок, содержащийся в нормальных клетках тканей. При лизисе клеток, например под воздействием вируса, он переходит в окружающие жидкости. Блокируя некоторые ферментные системы клеток, свободный интерферон обладает способностью препятствовать поражению этих клеток вирусом. Дальнейшее размножение вируса возможно лишь в тех клетках, которые не блокированы интерфероном. Таким образом, интерферон является механизмом защиты клеток от чужеродных нуклеиновых кислот.
Грибки, или микроскопические грибы, в отличие от бактерий имеют более сложную структуру. Большинство из них - многоклеточные организмы. Клетки микроскопических грибков вытянутой формы, похожие на нить. Размеры колеблются в пределах от 0,5 до 10-50 мкм и более.
Большинство грибов - сапрофиты, только немногие из них вызывают заболевания человека и животных. Чаще всего они обусловливают различные поражения кожных покровов, волос, ногтей, но встречаются виды, которые поражают и внутренние органы. Заболевания, вызываемые микроскопическими грибами, носят название микозов.
В зависимости от строения и особенностей грибы разделяют на несколько групп.
1. К патогенным грибам относятся:
Дрожжеподобный гриб, вызывающий тяжелое заболевание - бластомикоз;
Лучистый гриб, вызывающий актиномикоз;
Возбудители глубоких микозов (гистоплазмоза, кокцидиоидоза).
2. Из группы так называемых «несовершенных грибов» широкое распространение имеют возбудители многочисленных дерматомикозов.
3. Из непатогенных грибов наиболее распространены плесени и дрожжи.
Грибковые поражения кожи и ногтей встречаются очень часто. К их числу относятся руброфитии, трихофитии, эпидермофитии. Дрожжевые грибки вызывают сравнительно распространенное заболевание влагалища - молочницу. Встречается также грибковая ангина, фаринго- и ларингомикозы.
Простейшие - одноклеточные микроорганизмы, способные нанести вред здоровью человека, особенно при понижении защитных функций его организма. Простейшие отличаются более сложным строением, чем бактерии.
К возбудителям инфекционных заболеваний человека среди простейших относятся дизентерийная амеба, малярийный плазмодий и др. Наиболее распространенные заболевания - амебная дизентерия, токсоплазмоз, лямблиоз и др. В последние годы все большее распространение получили урологические заболевания, причиной которых стали хламидии. Заболевание, которое они вызывают, называется хламидиоз.
Различают гельминты, жизнь которых протекает с обязательным участием человека, и гельминты, способные существовать независимо от человека - в организме животных.
Важнейшими свойствами микробов являются патогенность, т.е. способность вызывать инфекционную болезнь различной тяжести, и вирулентность, т.е. сумма агрессивных свойств микробов по отношению к организму человека и животного. Мерой ее является количество живых микроорганизмов, способных вызвать заболевание; вирулентность - это мера патогенности, она различна у разных микробов.
По своей вирулентности (способности вызывать заболевание у человека) бактерии можно разделить на три группы: патогенные (заразные), условно патогенные и сапрофиты. Особой вирулентностью и патогенностью обладают возбудитель особо опасных инфекций.
Существуют и условно патогенные организмы, которые постоянно обитают внутри живого организма, не причиняя ему вреда. Их патогенное действие проявляется только при изменении условий обитания и снижении защитных сил организма, вызванном различными факторами. В этих случаях они могут проявить свои патогенные свойства и вызвать соответствующие заболевания.
Среди микробов существуют также сапрофиты - безвредные микроорганизмы. Их роль сводится к разложению мертвых органических остатков в почве, сточных водах и т.п. Последние неопасны для организма и даже, напротив, очень полезны. Например, известно, что во влагалище женщины среда кислая. Это не что иное, как результат деятельности постоянно присутствующих микроорганизмов, кисломолочных бактерий. Именно поэтому в такой среде не развиваются патогенные микроорганизмы и дрожжевые грибки. Другой пример: в толстом кишечнике обитает кишечная палочка - echery colli. Она обеспечивает процессы брожения в кишечнике, необходимые для разложения клетчатки.
Необоснованное употребление некоторых лекарств (чаще всего при самолечении) вызывает уничтожение всей микрофлоры кишечника, что приводит к заболеванию, которое носит название дисбактериоз. Надо заметить, что достаточно большое число людей страдают этим заболеванием. Может быть, некоторые из вас обратили внимание, что в последние годы в молочных отделах магазинов появились продукты с приставкой «био», в частности: биокефир, биойогурт, бифидок и др. И это не случайно. Их появление вполне оправданно, так как они помогают организму нормализовать его кишечную флору. Продукты с приставкой «био» очень полезны. Однако вполне достаточно употреблять их 1-2 раза в неделю по 0,25-0,5 л.
Всем патогенным микроорганизмам свойственна специфичность, т.е. способность микробов данного вида вызывать определенный вид заболевания, и токсичность, т.е. способность вырабатывать токсин.
Микроорганизмы в процессе своего размножения, жизнедеятельности и гибели выделяют ядовитые (токсические) отравляющие вещества, токсины - экзотоксины и эндотоксины.
Экзотоксин выделяется при жизни микробной клетки. Микробные токсины значительно влияют на ход инфекционной болезни, а при некоторых болезнях они играют основную роль (ботулизм, дифтерия, столбняк). Экзотоксины поражают только строго определенные, чувствительные к данному токсину ткани. Так, столбнячный токсин действует на центральную нервную систему, ботулинистический - на ядра черепно-мозговых нервов; дифтерийный - на сердечно-сосудистую систему, почки. Экзотоксины обладают антигенностью. После обезвреживания экзотоксинов (формалином и высокой температурой) их называют анатоксинами. Анатоксины применяются для прививок с целью создания невосприимчивости к некоторым инфекционным заболеваниям, таким как столбняк, дифтерия, ботулизм.
Эндотоксин выделяется при разрушении микробной клетки, вызывает общую интоксикацию и не обладает антигенным свойством.
Устойчивость микробов к воздействию факторов внешней среды
Внешняя среда не является естественной для большинства патогенных микробов. Однако чтобы сохранить свой вид (выжить), микробы должны обладать определенной устойчивостью к действию различных факторов внешней среды. Сохранение вида любого возбудителя возможно лишь при некотором пребывании его во внешней среде. Длительность этого пребывания обусловлена как интенсивностью воздействия факторов внешней среды (температуры, влажности, энергии солнца и др.), так и особенностями микроорганизма, объединяемыми понятием «устойчивость».
Для каждого возбудителя имеется свой температурный оптимум. Для большинства патогенных микробов оптимальной является температура 30-37°С. Вместе с тем они также хорошо переносят и низкие температуры (до -19... -25°С). При этом микробная клетка переходит в состояние анабиоза, в котором она может существовать долгие годы. Следовательно, патогенные микробы могут перезимовать в почве и различных субстратах. Высокая температура среды губительна для микробов. Так, при температуре 60 °С большинство из них гибнет через 10 минут, при 80-100°С - через 1 минуту, так как происходит свертывание белков.
Некоторые бактерии вне организма человека и животного образуют споры путем уплотнения протоплазмы и образования плотной оболочки, что позволяет им длительно сохраняться во внешней среде. Споры значительно устойчивее к действию высоких температур, чем вегетативные формы. Уничтожение спор в течение 20-30 минут достигается лишь при температуре пара 120°С. Споры столбняка выдерживают кипячение до 3 часов, ботулизма - до 6 часов.
Высушивание, приводящее к обезвоживанию, губительно для микробов. Скорость гибели под влиянием высушивания весьма различна у разных видов микробов: у холерного вибриона - 2 дня, у палочки брюшного тифа - 70 дней. Будучи защищены высушенными белковыми субстратами (кровь, мокрота, ткани), микробы могут оставаться жизнеспособными в течение более длительного срока, для некоторых возбудителей этот период достигает нескольких месяцев. Споры весьма стойки к высушиванию, например, споры палочки сибирской язвы способны прорастать в вегетативные формы после пребывания в сухой почве через 50-70 лет.
Лучистая энергия солнца обладает наибольшей эффективностью губительного действия на микробы, особенно ультрафиолетовая часть ее спектра. Большой губительной способностью для микробов обладают некоторые ядовитые химические вещества, которые используются для дезинфекции.
Микробиология – наука, предметом изучения которой являются микроскопические существа, называемые микроорганизмами, их биологические признаки, систематика, экология, взаимоотношения с другими организмами.
Микроорганизмы – наиболее древняя форма организации жизни на Земле. По количеству они представляют собой самую значительную и самую разнообразную часть организмов, населяющих биосферу.
К микроорганизмам относят:
1) бактерии;
2) вирусы;
4) простейшие;
5) микроводоросли.
Общий признак микроорганизмов – микроскопические размеры; отличаются они строением, происхождением, физиологией.
Бактерии – одноклеточные микроорганизмы растительного происхождения, лишенные хлорофилла и не имеющие ядра.
Грибы – одноклеточные и многоклеточные микроорганизмы растительного происхождения, лишенные хлорофилла, но имеющие черты животной клетки, эукариоты.
Вирусы – это уникальные микроорганизмы, не имеющие клеточной структурной организации.
Основные разделы микробиологии: общая, техническая, сельскохозяйственная, ветеринарная, медицинская, санитарная.
Общая микробиология изучает наиболее общие закономерности, свойственные каждой группе перечисленных микроорганизмов: структуру, метаболизм, генетику, экологию и т. д.
Основной задачей технической микробиологии является разработка биотехнологии синтеза микроорганизмами биологически активных веществ: белков, ферментов, витаминов, спиртов, органических веществ, антибиотиков и др.
Сельскохозяйственная микробиология занимается изучением микроорганизмов, которые участвуют в круговороте веществ, используются для приготовления удобрений, вызывают заболевания растений и др.
Ветеринарная микробиология изучает возбудителей заболеваний животных, разрабатывает методы их биологической диагностики, специфической профилактики и этиотропного лечения, направленного на уничтожение микробов-возбудителей в организме больного животного.
Предметом изучения медицинской микробиологии являются болезнетворные (патогенные) и условно-патогенные для человека микроорганизмы, а также разработка методов микробиологической диагностики, специфической профилактики и этиотропного лечения вызываемых ими инфекционных заболеваний.
Разделом медицинской микробиологии является иммунология, которая занимается изучением специфических механизмов защиты организмов людей и животных от болезнетворных микроорганизмов.
Предметом изучения санитарной микробиологии являются санитарно-микробиологическое состояние объектов окружающей среды и пищевых продуктов, разработка санитарных нормативов.
2. Систематика и номенклатура микроорганизмов
Основной таксономической единицей систематики бактерий является вид.
Вид – это эволюционно сложившаяся совокупность особей, имеющая единый генотип, который в стандартных условиях проявляется сходными морфологическими, физиологическими, биохимическими и другими признаками.
Вид не является конечной единицей систематики. Внутри вида выделяют варианты микроорганизмов, отличающиеся отдельными признаками. Так, различают:
1) серовары (по антигенной структуре);
2) хемовары (по чувствительности к химическим веществам);
3) фаговары (по чувствительности к фагам);
4) ферментовары;
5) бактериоциновары;
6) бактериоциногеновары.
Бактериоцины – вещества, продуцируемые бактериями и губительно действующие на другие бактерии. По типу продуцируемого бактериоцина различают бактериоциновары, а по чувствительности – бактерициногеновары.
Для видовой идентификации бактерий необходимо знать следующие их свойства:
1) морфологические (форму и структуру бактериальной клетки);
2) тинкториальные (способность окрашиваться различными красителями);
3) культуральные (характер роста на питательной среде);
4) биохимические (способность утилизировать различные субстраты);
5) антигенные.
Виды, связанные генетическим родством, объединяют в роды, роды – в семейства, семейства – в порядки. Более высокими таксономическими категориями являются классы, отделы, подцарства и царства.
Согласно современной систематике патогенные микроорганизмы относятся к царству прокариот, патогенные простейшие и грибы – к царству эукариот, вирусы объединяются в отдельное царство – Vira.
Все прокариоты, имеющие единый тип организации клеток, объединены в один отдел – Bacteria. Однако отдельные их группы отличаются структурными и физиологическими особенностями. На этом основании выделяют:
1) собственно бактерии;
2) актиномицеты;
3) спирохеты;
4) риккетсии;
5) хламидии;
6) микоплазмы.
В настоящее время для систематики микроорганизмов используется ряд таксономических систем.
1. Нумерическая таксономия. Признает равноценность всех признаков. Для ее применения необходимо иметь информацию о многих десятках признаков. Видовая принадлежность устанавливается по числу совпадающих признаков.
2. Серотаксономия. Изучает антигены бактерий с помощью реакций с иммунными сыворотками. Наиболее часто применяется в медицинской бактериологии. Недостаток – бактерии не всегда cодержат видоспецифический антиген.
3. Хемотакcономия. Применяются физико-химические методы, с помощью которых исследуется липидный, аминокислотный состав микробной клетки и определенных ее компонентов.
4. Генная систематика. Основана на способности бактерий с гомологичными ДНК к трансформации, трансдукции и конъюгации, на анализе внехромосомных факторов наследственности – плазмид, транспозонов, фагов.
Совокупность основных биологических свойств бактерий можно определить только у чистой культуры – это бактерии одного вида, выращенные на питательной среде.
3. Питательные среды и методы выделения чистых культур
Для культивирования бактерий используют питательные среды, к которым предъявляется ряд требований.
1. Питательность. Бактерии должны содержать все необходимые питательные вещества.
2. Изотоничность. Бактерии должны содержать набор солей для поддержания осмотического давления, определенную концентрацию хлорида натрия.
3. Оптимальный рН (кислотность) среды. Кислотность среды обеспечивает функционирование ферментов бактерий; для большинства бактерий составляет 7,2–7,6.
4. Оптимальный электронный потенциал, свидетельствующий о содержании в среде растворенного кислорода. Он должен быть высоким для аэробов и низким для анаэробов.
5. Прозрачность (чтобы был виден рост бактерий, особенно для жидких сред).
6. Стерильность (чтобы не было других бактерий).
Классификация питательных сред
1. По происхождению:
1) естественные (молоко, желатин, картофель и др.);
2) искусственные – среды, приготовленные из специально подготовленных природных компонентов (пептона, аминопептида, дрожжевого экстракта и т. п.);
3) синтетические – среды известного состава, приготовленные из химически чистых неорганических и органических соединений (солей, аминокислот, углеводов и т. д.).
2. По составу:
1) простые – мясопептонный агар, мясопептонный бульон, агар Хоттингера и др.;
2) сложные – это простые с добавлением дополнительного питательного компонента (кровяного, шоколадного агара): сахарный бульон, желчный бульон, сывороточный агар, желточно-солевой агар, среда Китта-Тароцци, среда Вильсона-Блера и др.
3. По консистенции:
1) твердые (содержат 3–5 % агар-агара);
2) полужидкие (0,15-0,7 % агар-агара);
3) жидкие (не содержат агар-агара).
4. По назначению:
1) общего назначения – для культивирования большинства бактерий (мясопептонный агар, мясопептонный бульон, кровяной агар);
2) специального назначения:
а) элективные – среды, на которых растут бактерии только одного вида (рода), а род других подавляется (щелочной бульон, 1 %-ная пептонная вода, желточно-солевой агар, казеиново-угольный агар и др.);
б) дифференциально-диагностические – среды, на которых рост одних видов бактерий отличается от роста других видов по тем или иным свойствам, чаще биохимическим (среда Эндо, Левина, Гиса, Плоскирева и др.);
в) среды обогащения – среды, в которых происходит размножение и накопление бактерий-возбудителей какого-либо рода или вида, т. е. обогащение ими исследуемого материала (селенитовый бульон).
Для получения чистой культуры необходимо владеть методами выделения чистых культур.
Методы выделения чистых культур.
1. Механическое разобщение на поверхности плотной питательной среды (метод штриха обжигом петли, метод разведений в агаре, распределение по поверхности твердой питательной среды шпателем, метод Дригальского).
2. Использование элективных питательных сред.
3. Создание условий, благоприятных для развития одного вида (рода) бактерий (среды обогащения).
Чистую культуру получают в виде колоний – это видимое невооруженным глазом, изолированное скопление бактерий на твердой питательной среде, представляющее собой, как правило, потомство одной клетки.
Микробиологические процессы широко применяют в различных отраслях народного хозяйства. В их основе лежит использование в промышленности биологических систем и процессов, ими вызываемых. В основе многих производств лежат реакции обмена веществ, происходящие при росте и размножении некоторых микроорганизмов.
В настоящее время с помощью микроорганизмов производят кормовые белки, ферменты, витамины, аминокислоты и антибиотики, органические кислоты, липиды, гормоны, препараты для сельского хозяйства и т.д.
В пищевой промышленностимикроорганизмы используются при получении ряда продуктов. Так, алкогольные напитки- вино, пиво, коньяк, спирт-и другие продукты получают при помощи дрожжей. В хлебопекарной промышленности используют дрожжи и бактерии, в молочной промышленности -молочнокислые бактерии и т.д.
Среди многообразия вызываемых микроорганизмами процессов одним из существенных является брожение.
Под брожением понимают превращение углеводов и некоторых других органических соединений в новые вещества под воздействием ферментов, продуцируемых микроорганизмами. Известны различные виды брожения. Обычно их называют по конечным продуктам, образующимся в процессе брожения, например спиртовое, молочнокислое, уксуснокислое и др.
Многие виды брожения- спиртовое, молочнокислое, ацетонобутиловое, уксуснокислое, лимоннокислое и другие, вызываемые различными микроорганизмами, - используют в промышленности. Например, в производстве этилового спирта, хлеба, пива применяют дрожжи; в производстве лимонной кислоты - плесневые грибы; в производстве уксусной и молочной кислот, ацетона¾ бактерии. Основная цель указанных производств превращение - субстрата (питательной среды) под действием ферментов микроорганизмов в необходимые продукты. В других производствах, например в производстве хлебопекарных дрожжей, главной задачей является накопление максимального количества культивируемых дрожжей.
Основные группы микроорганизмов, используемых в отраслях пищевой промышленности, - бактерии, дрожжевые и плесневые грибы.
Бактерии. Используют в качестве возбудителей молочнокислого, уксуснокислого, маслянокислого. ацетонобутилового брожения. Культурные молочнокислые бактерии используют при получении молочной кислоты, в хлебопечении, иногда в спиртовом производстве. Они превращают сахар в молочную кислоту.
В производстве ржаного хлеба важная роль принадлежит молочнокислым бактериям. В процессе получения ржаного хлеба участвуют истинные (гомоферментативные) и неистинные (гетероферментативные) молочнокислые бактерии. Гетероферментативные молочнокислые бактерии наряду с молочной кислотой образуют летучие кислоты (в основном уксусную), спирт и диоксид углерода. Истинные бактерии в ржаном тесте участвуют только в кислотообразовании, а неистинные наряду с кислотообразованием оказывают существенное влияние на разрыхление теста, являясь энергичными газообразователями. Молочнокислые бактерии ржаного теста существенное влияние оказывают также на вкус хлеба, так как он зависит от общего количества кислот, содержащихся в хлебе, и от их соотношения. Кроме того, молочная кислота оказывает влияние на процесс образования и структурно-механические свойства ржаного теста.
Маслянокислое брожение, вызываемое маслянокислыми бактериями, используют для производства масляной кислоты, эфиры которой применяют в качестве ароматических веществ, а для спиртового производства эти бактерии опасны,так как масляная кислота подавляет развитие, дрожжей и инактивирует a-амилазу.
К особым видам маслянокислых бактерий относятся ацетонобутиловые бактерии, превращающие крахмал и другие углеводы в ацетон, бутиловый и этиловый спирты. Эти бактерии используют в качестве возбудителей брожения в ацетонобутиловом производстве.
Уксуснокислые бактерии используют для получения уксуса (раствора уксусной кислоты), так как они способны окислять этиловый спирт в уксусную кислоту.
Следует отметить, что уксуснокислое брожение является вредным для спиртового производства. так как приводит к снижению выхода спирта, а в пивоварении ухудшает качество пива, вызывает его порчу.
Микробиологией называют науку о микроскопических живых существах, размер которых не превышает 1 мм. Такие организмы можно рассмотреть только с помощью увеличительных приборов. Объектами микробиологии являются представители разных групп живого мира: бактерии, археи, простейшие, микроскопические водоросли, низшие грибы. Все они характеризуются малыми размерами и объединяются общим термином «микроорганизмы».
Микроорганизмы представляют собой самую большую группу живых существ на Земле, и ее члены распространены повсеместно.
Место микробиологии в системе биологических наук определяется спецификой ее объектов, которые, с одной стороны, в большинстве своем представляют собой одну клетку, а с другой - являются полноценным организмом. Как наука об определенном классе объектов и их разнообразии микробиология аналогична таким дисциплинам, как ботаника и зоология. В то же время она относится к физиолого-биохимической ветви биологических дисциплин, так как изучает функциональные возможности микроорганизмов, их взаимодействие с окружающей средой и другими организмами. И наконец, микробиология - это наука, исследующая общие фундаментальные законы существования всего живого, явления на стыке одно- и многоклеточности, развивающая представления об эволюции живых организмов.
Значение микроорганизмов в природных процессах и человеческой деятельности
Роль микробиологии определяется значением микроорганизмов в природных процессах и в человеческой деятельности. Именно они обеспечивают протекание глобального круговорота элементов на нашей планете. Такие его стадии, как фиксация молекулярного азота, денитрификация или минерализация сложных органических веществ, были бы невозможны без участия микроорганизмов. На деятельности микроорганизмов основан целый ряд необходимых человеку производств продуктов питания, различных химических веществ, лекарственных препаратов и т.д. Микроорганизмы используются для очистки окружающей среды от различных природных и антропогенных загрязнений. В то же время многие микроорганизмы являются возбудителями заболеваний человека, животных, растений, а также вызывают порчу продуктов питания и различных промышленных материалов. Представители других научных дисциплин часто используют микроорганизмы в качестве инструментов и модельных систем при проведении экспериментов.
История микробиологии
История микробиологии исчисляется примерно с 1661 г, когда голландский торговец сукном Антони ван Левенгук (1632-1723) впервые описал микроскопические существа, наблюдаемые им в микроскоп собственного изготовления. В своих микроскопах Левенгук использовал одну короткофокусную линзу, закрепленную в металлическую оправу. Перед линзой находилась толстая игла, к кончику которой прикреплялся исследуемый объект. Иглу можно было передвигать относительно линзы с помощью двух фокусирующих винтов. Линзу следовало приложить к глазу и через нее рассматривать объект на кончике иглы. Будучи по складу характера любознательным и наблюдательным человеком, Левенгук изучил различные субстраты естественного и искусственного происхождения, рассмотрел под микроскопом огромное количество объектов и сделал очень точные рисунки. Он исследовал микроструктуру растительных и животных клеток, сперматозоиды и эритроциты, строение сосудов растений и животных, особенности развития мелких насекомых. Достигнутое увеличение (50-300 раз) позволило Левенгуку увидеть микроскопические существа, названные им «зверушками», описать их основные группы, а также сделать вывод о том, что они вездесущи. Свои заметки о представителях мира микробов (простейших, плесневых грибах и дрожжах, различных формах бактерий - палочковидных, сферических, извитых), о характере их движения и устойчивых сочетаниях клеток Левенгук сопровождал тщательными зарисовками и в виде писем направлял в Английское Королевское общество, которое имело целью поддерживать обмен информацией среди научной общественности. После смерти Левенгука изучение микроорганизмов долго сдерживалось несовершенством увеличительных приборов. Только к середине XIX века были созданы модели световых микроскопов, позволившие другим исследователям детально описать основные группы микроорганизмов. Этот период истории микробиологии можно условно назвать описательным.
Физиологический этап развития микробиологии начался приблизительно с середины 19-го века и связан он с работами французского химика-кристаллографа Луи Пастера (1822-1895) и немецкого сельского врача Роберта Коха (1843-1910). Эти ученые положили начало экспериментальной микробиологии и существенно обогатили методологический арсенал этой науки.
При исследовании причин прокисания вина Л.Пастер установил, что сбраживание виноградного сока и образование спирта осуществляют дрожжи, а порчу вина (появление посторонних запахов, вкусов и ослизнение напитка) вызывают другие микробы. Для предохранения вина от порчи Пастер предложил способ тепловой обработки (нагревание до 70 о С) сразу после брожения, чтобы уничтожить посторонние бактерии. Такой прием, применяемый и сегодня для предохранения молока, вина и пива, получил название «пастеризация».
Исследуя другие виды брожения, Пастер показал, что каждое брожение имеет главный конечный продукт и вызывается микроорганизмами определенного типа. Эти исследования привели к открытию неизвестного ранее образа жизни - анаэробного (бескислородного) метаболизма , при котором кислород не только не нужен, но и часто вреден для микроорганизмов. В то же время для значительного числа аэробных микроорганизмов кислород является необходимым условием их существования. Изучая на примере дрожжей возможность переключения с одного типа обмена веществ на другой, Л.Пастер показал, что анаэробный метаболизм энергетически менее выгоден. Микроорганизмы, способные к такому переключению, он назвал факультативными анаэробами .
Пастер окончательно опроверг возможность самозарождения живых существ из неживой материи в обычных условиях. К тому времени вопрос о самозарождении животных и растений из неживого материала был уже решен отрицательно, а относительно микроорганизмов спор продолжался. Опыты итальянского ученого Ладзаро Спалланцани и французского исследователя Франсуа Аппера по длительному прогреванию питательных субстратов в герметичных сосудах для предотвращения развития микробов подвергались критике сторонников теории самозарождения: они считали, что именно укупорка сосудов препятствует проникновению внутрь некой «жизненной силы». Пастером был проведен изящный эксперимент, поставивший точку в этой дискуссии. Прогретый питательный бульон был помещен в открытый стеклянный сосуд, горлышко которого было вытянуто трубкой и S-образно изогнуто. Воздух мог беспрепятственно проникать внутрь колбы, а клетки микроорганизмов оседали в нижнем изгибе горлышка и не попадали в бульон. В этом случае бульон оставался стерильным неопределенно долго. Если же колбу наклоняли так, что жидкость заполняла нижний изгиб, а затем бульон возвращали обратно в сосуд, то внутри быстро начинали развиваться микроорганизмы.
Работы по изучению «болезней» вина позволили ученому предположить, что возбудителями инфекционных заболеваний животных и человека также могут быть микроорганизмы. Пастер выделил возбудителей ряда болезней и изучил их свойства. Опыты с патогенными микроорганизмами показали, что при определенных условиях они становились менее агрессивными и не убивали зараженный организм. Пастер сделал вывод о возможности прививать ослабленных возбудителей здоровым и зараженным людям и животным, чтобы стимулировать защитные силы организма в борьбе с инфекцией. Ученый назвал материал для прививок вакциной, а сам процесс - вакцинацией. Пастер разработал способы прививок против ряда опасных заболеваний животных и человека, в том от бешенства.
Роберт Кох, начав с доказательства бактериальной этиологии сибирской язвы, затем выделил возбудителей многих болезней в чистой культуре. В своих экспериментах он использовал мелких подопытных животных, а также наблюдал под микроскопом развитие бактериальных клеток в кусочках тканей зараженных мышей. Кохом были разработаны способы выращивания бактерий вне организма, различные методы окраски препаратов для микроскопии и предложена схема получения чистых культур микроорганизмов на твердых средах в виде отдельных колоний. Эти простые приемы до сих пор используются микробиологами всего мира. Кох окончательно сформулировал и экспериментально подтвердил постулаты, доказывающие микробное происхождение заболевания:
- микроорганизм должен присутствовать в материале больного;
- выделенный в чистой культуре, он должен вызывать ту же болезнь у экспериментально зараженного животного;
- из этого животного возбудитель должен быть опять выделен в чистую культуру, и две эти чистые культуры должны быть одинаковыми.
Эти правила получили в дальнейшем название «триада Коха». При исследовании возбудителя сибирской язвы ученый наблюдал образование клетками особых плотных телец (спор). Кох пришел к выводу, что устойчивость этих бактерий в окружающей среде связана со способностью к спорообразованию. Именно споры в течение длительного времени способны заражать скот и в тех местах, где ранее находились больные животные или устраивались скотомогильники.
В 1909 г. за труды по иммунитету русский физиолог Илья Ильич Мечников (1845-1916) и немецкий врач-биохимик Пауль Эрлих (1854—1915) получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине.
И.И.Мечников разработал фагоцитарную теорию иммунитета, рассматривавшую процесс поглощения лейкоцитами животных чужеродных агентов как защитную реакцию макроорганизма. Инфекционное заболевание представлялось в этом случае как противостояние патогенных микроорганизмов и фагоцитов организма-хозяина, а выздоровление означало «победу» фагоцитов. В дальнейшем, работая в бактериологических лабораториях сначала в Одессе, а потом в Париже, И.И.Мечников продолжал изучение фагоцитоза, а также принимал участие в исследовании возбудителей сифилиса, холеры и других инфекционных заболеваний и разработке ряда вакцин. На склоне лет И.И.Мечников заинтересовался проблемами старения человека и обосновал полезность использования в пище больших количеств кисломолочных продуктов, содержащих «живые» закваски. Он пропагандировал использование суспензии молочнокислых микроорганизмов, утверждая, что такие бактерии и образуемые ими молочнокислые продукты способны подавлять гнилостные микроорганизмы, производящие вредные шлаки в кишечнике человека.
П.Эрлих, занимаясь экспериментальной медициной и биохимией лекарственных соединений, сформулировал гуморальную теорию иммунитета, согласно которой макроорганизм для борьбы с инфекционными агентами производит специальные химические вещества - антитела и антитоксины, нейтрализующие микробные клетки и выделяемые ими агрессивные субстанции. П.Эрлих разработал методы лечения ряда инфекционных заболеваний и участвовал в создании препарата для борьбы с сифилисом (сальварсана). Ученый первым описал феномен приобретения патогенными микроорганизмами устойчивости к лекарственным препаратам.
Русский эпидемиолог Николай Федорович Гамалея (1859-1948) изучал пути передачи и распространения таких серьезных инфекций как бешенство, холера, оспа, туберкулез, сибирская язва и некоторые заболевания животных. Им усовершенствован разработанный Л.Пастером способ профилактических прививок и предложена вакцина против холеры человека. Ученый разработал и внедрил комплекс санитарно-гигиенических и противоэпидемических мероприятий по борьбе с чумой, холерой, оспой, сыпным и возвратным тифами и другими инфекциями. Н.Ф.Гамалея открыл вещества, растворяющие бактериальные клетки (бактериолизины), описал явление бактериофагии (взаимодействия вирусов и бактериальной клетки) и внес существенный вклад в изучение микробных токсинов.
Признание огромной роли микроорганизмов в биологически важных круговоротах элементов на Земле связано с именами русского ученого Сергея Николаевича Виноградского (1856-1953) и голландского исследователя Мартинуса Бейеринка (1851-1931). Эти ученые изучали группы микроорганизмов, способных осуществлять химические превращения основных элементов и участвовать в биологически важных круговоротах на Земле. С.Н.Виноградский работал с микроорганизмами, использующими неорганические соединения серы, азота, железа и открыл уникальный образ жизни, свойственный только прокариотам, при котором для получения энергии используется восстановленное неорганическое соединение, а для биосинтезов - углерод углекислого газа. Ни животные, ни растения не могут существовать таким способом.
С.Н.Виноградский и М.Бейеринк независимо друг от друга показали способность некоторых прокариот использовать атмосферный азот в своем обмене веществ (фиксировать молекулярный азот). Ими были выделены в виде чистых культур свободноживущие и симбиотические микробы-азотфиксаторы и отмечена глобальная роль таких микроорганизмов в цикле азота. Только прокариотические микроорганизмы могут переводить газообразный азот в связанные формы, используя его для синтеза компонентов клетки. После отмирания азотфиксаторов соединения азота становятся доступными для других организмов. Таким образом, азотфиксирующие микроорганизмы замыкают биологический круговорот азота на Земле.
На рубеже XIX-XX веков русский физиолог растений и микробиолог Дмитрий Иосифович Ивановский (1864-1920) открыл вирус табачной мозаики, тем самым обнаружив особую группу биологических объектов, не имеющих клеточного строения. При исследовании инфекционной природы мозаичной болезни табака ученый попытался очистить сок растения от возбудителя, пропуская его через бактериальный фильтр. Однако после этой процедуры сок был способен заражать здоровые растения, т.е. возбудитель оказался гораздо меньше всех известных микроорганизмов. В дальнейшем оказалось, что целый ряд известных заболеваний вызывается подобными возбудителями. Их назвали вирусами. Увидеть вирусы удалось только в электронный микроскоп. Вирусы являются особой группой биологических объектов, не имеющих клеточного строения, изучением которых в настоящее время занимается наука вирусология.
В 1929 г. английским бактериологом и иммунологом Александром Флемингом (1881-1955) был открыт первый антибиотик пенициллин. Ученый интересовался вопросами развития инфекционных болезней и действия на них различных химических препаратов (сальварсана, антисептиков). Во время Первой мировой войны в госпиталях раненые сотнями умирали от заражения крови. Повязки с антисептиками лишь немного облегчали состояние больных. Флеминг поставил опыт, создав модель рваной раны из стекла и заполнив ее питательной средой. В качестве «микробного загрязнения» он использовал навоз. Промывая стеклянную «рану» раствором сильного антисептика и затем заполняя ее чистой средой Флеминг показал, что антисептики не убивают микроорганизмы в неровностях «раны» и не останавливают инфекционный процесс. Осуществляя множество посевов на твердые среды в чашках Петри, ученый проверял антимикробный эффект различных выделений человека (слюны, слизи, слезной жидкости) и открыл лизоцим, убивающий некоторые болезнетворные бактерии. Чашки с посевами сохранялись Флемингом длительное время и многократно просматривались. В тех чашках, куда случайно попали споры грибов и выросли колонии плесени, ученый заметил отсутствие роста бактерий вокруг этих колоний. Специально поставленные эксперименты показали, что вещество, выделяемое плесневым грибом из рода Penicillium губительно для бактерий, но не опасно для подопытных животных. Флеминг назвал это вещество пенициллином. Использование пенициллина в качестве лекарства стало возможным только после выделения его из питательного бульона и получения в химически чистом виде (в 1940 г.), что в дальнейшем привело к разработке целого класса лекарственных препаратов, названных антибиотиками. Начались активные поиски новых продуцентов антимикробных веществ и выделение новых антибиотиков. Так, в 1944 г. американский микробиолог Зельман Ваксман (1888-1973) получил с помощью ветвящихся бактерий рода Streptomyces широко применяемый антибиотик стрептомицин.
Ко второй половине XIX века микробиологами был накоплен огромный материал, свидетельствующий о чрезвычайном разнообразии типов микробного обмена веществ. Изучению многообразия жизненных форм и выявлению их общих черт посвящены работы голландского микробиолога и биохимика Алберта Яна Клюйвера (1888-1956) и его учеников. Под его руководством было проведено сравнительное изучение биохимии далеко отстоящих друг от друга систематических и физиологических групп микроорганизмов, а также анализ данных физиологии и генетики. Эти работы позволили делать вывод об однотипности макромолекул, составляющих все живое, и об универсальности биологической «энергетической валюты» - молекул АТФ. Разработка общей схемы метаболических путей в значительной степени базируется на исследованиях фотосинтеза высших растений и бактерий, проведенных учеником А.Я.Клюйвера Корнелиусом ван Нилем (1897-1985). К. ван Ниль изучил обмен веществ различных фотосинтезирующих прокариот и предложил обобщающее суммарное уравнение фотосинтеза: CO 2 +H 2 A+ һν → (CH 2 O) n +A, где H 2 A - либо вода, либо другое окисляемое вещество. Такое уравнение предполагало, что именно вода, а не углекислый газ, разлагается при фотосинтезе с выделением кислорода. К середине XX века выводы А.Я.Клюйвера и его учеников (в частности, К. ван Ниля) легли в основу принципа биохимического единства жизни.
Развитие отечественной микробиологии представлено различными направлениями и деятельностью многих известных ученых. Целый ряд научных учреждений нашей страны носит имена многих из них. Так, Лев Семенович Ценковский (1822-1877) изучил большое число простейших, микроводорослей, низших грибов и сделал вывод об отсутствии четкой границы между одноклеточными животными и растениями. Он также разработал способ прививки против сибирской язвы с применением «живой вакцины Ценковского» и организовал пастеровскую станцию вакцинации в Харькове. Георгий Норбертович Габричевский (1860-1907) предложил способ лечения дифтерии с помощью сыворотки и участвовал в создании производства бактериальных препаратов в России. Ученик С.Н.Виноградского Василий Леонидович Омелянский (1867-1928) исследовал микроорганизмы, участвующие в превращениях соединений углерода, азота, серы и в процессе анаэробного разложения целлюлозы. Его работы расширили представления о деятельности микроорганизмов почвы. В.Л.Омелянский предложил схемы круговоротов биогенных элементов в природе. Георгий Адамович Надсон (1867-1939) сначала занимался микробной геохимической деятельностью и воздействием различных повреждающих факторов на микробные клетки. В дальнейшем его работы были посвящены изучению наследственности и изменчивости микроорганизмов и получению устойчивых искусственных мутантов низших грибов под действием излучений. Одним из основоположников морской микробиологии является Борис Лаврентьевич Исаченко (1871-1948). Им была высказана гипотеза о биогенном происхождении месторождений серы и кальция. Владимир Николаевич Шапошников (1884-1968) является основателем отечественной технической микробиологии. Его работы по физиологии микроорганизмов посвящены изучению различных видов брожения. Им открыто явление двухфазности ряда микробиологических процессов и разработка способов управления ими. Исследования В.Н.Шапошникова стали основой для организации в СССР микробиологических производств органических кислот и растворителей. Работы Зинаиды Виссарионовны Ермольевой (1898-1974) внесли существенный вклад в физиологию и биохимию микроорганизмов, медицинскую микробиологию, а также способствовали становлению микробиологического производства ряда отечественных антибиотиков. Так, она исследовала возбудители холеры и другие холероподобные вибрионы, их взаимодействие с организмом человека и предложила санитарные нормы хлорирования водопроводной воды в качестве средства профилактики этого опасного заболевания. Ею был создан и применен для профилактики препарат холерного бактериофага, а в дальнейшем - и комплексный препарат против холеры, дифтерии и брюшного тифа. Применение лизоцима в медицинской практике основано на работах З.В.Ермольевой по обнаружению новых растительных источников лизоцима, установлению его химической природы, разработке метода выделения и концентрирования. Получение отечественного штамма продуцента пенициллина и организация промышленного производства препарата пенициллина-крустозина в годы Великой Отечественной войны - это неоценимая заслуга З.В.Ермольевой. Эти исследования явились импульсом для поиска и селекции отечественных продуцентов других антибиотиков (стрептомицина, тетрациклина, левомицетина, экмолина). Работы Николая Александровича Красильникова (1896-1973) посвящены изучению мицелиальных прокариотических микроорганизмов - актиномицетов. Подробное исследование свойств этих микроорганизмов позволило Н.А.Красильникову создать определитель актиномицетов. Ученый был одним из первых исследователей явления антагонизма в мире микробов, что позволило ему выделить актиномицетный антибиотик мицетин. Н.А.Красильников изучал также взаимодействие актиномицетов с другими бактериями и высшими растениями. Его работы по почвенной микробиологии посвящены роли микроорганизмов в почвообразовании, распределению их в почвах и влиянию на плодородие. Ученица В.Н.Шапошникова, Елена Николаевна Кондратьева (1925-1995) возглавляла изучение физиологии и биохимии фотосинтезирующих и хемолитотрофных микроорганизмов. Ею подробно проанализированы особенности метаболизма таких прокариот и выявлены общие закономерности фотосинтеза и углеродного обмена. Под руководством Е.Н.Кондратьевой был открыт новый путь автотрофной фиксации СО 2 у зеленых несерных бактерий, проведено выделение и подробное изучение штаммов фототрофных бактерий нового семейства. В ее лаборатории была создана уникальная коллекция бактерий-фототрофов. Е.Н.Кондратьева была инициатором исследований метаболизма микроорганизмов-метилотрофов, использующих в своем метаболизме одноуглеродные соединения.
В XX веке микробиология полностью сложилась как самостоятельная наука. Дальнейшее ее развитие происходило с учетом открытий, сделанных в других областях биологии (биохимии, генетике, молекулярной биологии и т.д.). В настоящее время многие микробиологические исследования проводятся совместно специалистами разных биологических дисциплин. Многочисленные достижения микробиологии конца XX - начала XXI веков будут кратко изложены в соответствующих разделах учебника.
Основные направления в современной микробиологии.
Уже к концу XIX века микробиология в зависимости от выполняемых задач начинает подразделяться на ряд направлений. Так, исследования основных законов существования микроорганизмов и их разнообразия относят к общей микробиологии, а частная микробиология изучает особенности их разных групп. Задача природоведческой микробиологии - выявление способов жизнедеятельности микроорганизмов в естественных местах обитания и их роли в природных процессах. Особенности болезнетворных микроорганизмов, вызывающих заболевания человека и животных, и их взаимодействие с организмом хозяина изучают медицинская и ветеринарная микробиология, а микробные процессы в земледелии и животноводстве исследует сельскохозяйственная микробиология. Почвенная, морская, космическая и т.д. микробиология - это разделы, посвященные свойствам специфических для этих природных сред микроорганизмам и процессам, с ними связанным. И наконец, промышленная (техническая) микробиология как часть биотехнологии изучает свойства микроорганизмов, используемых для различных производств. В то же время от микробиологии отделяются новые научные дисциплины, занимающиеся изучением определенных более узких групп объектов (вирусология, микология, альгология и др.). В конце XX века усиливается интеграция биологии наук и многие исследования происходят на стыке дисциплин, образуя такие направления, как молекулярная микробиология, генная инженерия и др.
В современной микробиологии можно выделить несколько основных направлений. С развитием и совершенствованием методологического арсенала биологии активизировались фундаментальные микробиологические исследования, посвященные выяснению путей метаболизма и способов их регуляции. Бурно развивается систематика микроорганизмов, ставящая цель создать такую классификацию объектов, которая отражала бы место микроорганизмов в системе всего живого, родственные связи и эволюцию живых существ, т.е. осуществить построение филогенетического древа. Изучение роли микроорганизмов в природных процессах и антропогенных системах (экологическая микробиология) крайне актуально в связи с повышенным интересом к современным экологическим проблемам. Значительное внимание привлекают исследования популяционной микробиологии, занимающейся выяснением природы межклеточных контактов и способов взаимодействия клеток в популяции. Не теряют актуальности те направления микробиологии, которые связаны с применением микроорганизмов в человеческой деятельности.
Дальнейшее развитие микробиологии в XXI веке наряду с накоплением фундаментальных знаний призвано помочь решению ряда глобальных проблем человечества. В результате варварского отношения к природе и повсеместного загрязнения окружающей среды антропогенными отходами возник значительный дисбаланс в круговоротах веществ на нашей планете. Только микроорганизмы, обладая широчайшими метаболическими возможностями, высокой пластичностью обмена веществ и значительной устойчивостью к повреждающим факторам, могут преобразовать стойкие и токсичные загрязнения в безвредные для природы соединения, а в ряде случаев и в пригодные для дальнейшего использования человеком продукты. Тем самым понизится выброс так называемых «парниковых газов» и стабилизируется газовый состав атмосферы Земли. Осуществляя защиту окружающей среды от загрязнений, микроорганизмы одновременно будут способствовать постоянству глобального круговорота элементов. Микроорганизмы, развиваясь на отходах промышленности и сельского хозяйства, могут служить альтернативными источниками топлива (биогаза, биоэтанола и других спиртов, биоводорода и т.д.). Это позволит решить энергетические проблемы человечества, связанные с истощением полезных ископаемых (нефти, угля, природного газа, торфа). Восполнение продовольственных ресурсов (особенно белковых) возможно путем введения в рацион питания дешевой микробной биомассы быстрорастущих штаммов, полученной на отходах пищевой промышленности или на очень простых средах. Сохранению здоровья человеческой популяции будут способствовать не только тщательное изучение свойств патогенных микроорганизмов и выработка методов защиты от них, но и переход на «природные лекарства» (пробиотики), повышающие иммунный статус человеческого организма.
Наука о формах, сочетаниях и размерах клеток микроорганизмов, их дифференциации, а также размножении и развитии. - наука о многообразии микроорганизмов и их классификации по степени родства. В настоящее время в основу систематики микроорганизмов положены молекулярно-биологические методы.- наука об обмене веществ (метаболизме) микроорганизмов, включающая способы потребления питательных веществ, их разложение, синтез веществ, а также способы получения микроорганизмами энергии в результате процессов брожения , анаэробного дыхания , аэробного дыхания и фотосинтеза .
Рекомендуемая литература
Поль де Крюи. Охотники за микробами. Научно-популярное издание.
Гучев М.В., Минеева Л.А. Микробиология. Учебник для ВУЗов.
Нетрусов А.И., Котова И.Б. Общая микробиология. Учебник для ВУЗов.
Нетрусов А.И., Котова И.Б. Микробиология. Учебник для ВУЗов.
Практикум по микробиологии. Под ред. А.И. Нетрусова. Учебное пособие для ВУЗов.
Экология микроорганизмов. Под ред. А.И. Нетрусова. Учебное пособие для ВУЗов.
Заварзин Г.А. Лекции по природоведческой микробиологии. Научное издание.
Колотилова Н.Н., Заварзин Г.А. Введение в природоведческую микробиологию. Учебное пособие для ВУЗов.
Кондратьева Е.Н. Автотрофные прокариоты. Учебное пособие для ВУЗов.
Егоров Н.С. Основы учения об антибиотиках. Учебник для ВУЗов.
Промышленная микробиология. Под ред. Н.С. Егорова. Учебное пособие для ВУЗов.
