Mikrobiologie

Mikrobiologie
 Mediální soubory na Wikimedia Commons

Mikrobiologie ( řecky μικρος  - malý, lat.  bios  - život) je věda, jejímž předmětem jsou mikroskopičtí tvorové zvaní mikroorganismy (mikrobi) (včetně: jednobuněčných organismů , mnohobuněčných organismů a bezbuněčných organismů ), jejich biologické vlastnosti a vztahy s jinými organismy, které obývají naše planeta. Oblast zájmu mikrobiologie zahrnuje jejich systematiku , morfologii , fyziologii , biochemii , evoluci , roli v ekosystémecha také možnosti praktického využití.

Odvětví mikrobiologie: bakteriologie , mykologie , virologie , parazitologie a další. V závislosti na ekologických vlastnostech mikroorganismů, podmínkách jejich stanoviště, ustálených vztazích s prostředím a praktických potřebách člověka se nauka o mikroorganismech ve svém vývoji diferencovala na takové speciální disciplíny, jako je obecná mikrobiologie, lékařská, průmyslová (technická) , kosmická, geologická, zemědělská a veterinární mikrobiologie.

Historie vědy

Několik tisíc let před vznikem mikrobiologie jako vědy, člověk, který nevěděl o existenci mikroorganismů, široce využíval přírodní procesy spojené s fermentací pro přípravu koumiss a dalších fermentovaných mléčných výrobků, výrobu alkoholu , octa a lněného lalůčku . .

Předvědecká fáze vývoje

Od starověku lidé věděli o mnoha procesech způsobených mikroorganismy, ale neznali skutečné příčiny těchto jevů. Nedostatek informací o povaze takových jevů nám nebránil v pozorování a dokonce i v používání řady těchto procesů v každodenním životě. Dokonce i Hippokrates (460-377 př.nl) navrhl, že nakažlivé nemoci jsou způsobeny neviditelnými živými bytostmi. Ve stejné době se objevu mikrosvěta nejvíce přiblížil Girolamo Fracastoro ( 1478-1553 ) , který naznačuje, že infekce jsou způsobeny malými tělísky, která se přenášejí kontaktem a zůstávají na pacientových věcech. Ověřit správnost jeho myšlenek však v té době nebylo možné a rozšířily se zcela jiné hypotézy.

Mnoho vědců nadále odmítalo bakteriální povahu infekčních chorob i po revolučních objevech Pasteura a Kocha . Takže v roce 1892 Max Pettenkofer , přesvědčený, že cholera je způsobena miasmatem vylučovaným prostředím, se snažil dokázat svůj případ, spolkl kulturu vibrií cholery před lékařskými svědky a neonemocněl.

Popisná fáze

Možnost studia mikroorganismů vznikla až s rozvojem optických přístrojů. První mikroskop vytvořil v roce 1610 Galileo . V roce 1665 Robert Hooke poprvé viděl rostlinné buňky. 30násobné zvětšení jeho mikroskopu však nestačilo k tomu, aby viděl prvoky , natož bakterie . Podle V. L. Omeljanského byl „prvním badatelem, před jehož udiveným pohledem se otevřel svět mikroorganismů, jezuitský vědec Athanasius Kircher ( 1601 - 1680 ), autor řady děl astrologického charakteru“, nicméně Anthony van Leeuwenhoek bývá nazýván objevitelem mikrosvěta .

Ve svém dopise Královské společnosti v Londýně hlásí, jak mikroskopoval kapku vody 24. dubna 1676 , a uvádí popis tvorů, které tam viděl, včetně bakterií. Leeuwenhoek považoval mikroskopická stvoření, která objevil, za „velmi malá zvířata“ a přisuzoval jim stejné strukturální a behaviorální rysy jako běžným zvířatům. Všudypřítomnost těchto „zvířat“ se stala senzací nejen ve vědeckém světě. Levenguk své pokusy předvedl všem, v roce 1698 ho dokonce navštívil Petr I.

Mezitím věda jako celek ještě nebyla připravena pochopit roli mikroorganismů v přírodě. Systém teorií vznikl tehdy pouze ve fyzice . V době Leeuwenhoeka neexistovala žádná představa o klíčových procesech divoké zvěře, takže krátce před ním v roce 1648 Van Helmont , který neměl ponětí o fotosyntéze , usoudil ze své zkušenosti s vrbou, že rostlina přijímá výživu pouze z destilované vody, kterou zaléval. Navíc ani neživá hmota není dosud dostatečně prozkoumána, složení atmosféry, nezbytné pro pochopení téže fotosyntézy, bude určeno až v letech 1766-1776 .

Během následujících 100-150 let pokračoval vývoj mikrobiologie pouze popisem nových druhů. Významnou roli ve studiu diverzity mikroorganismů sehrál dánský biolog Otto Friedrich Müller , který do roku 1789 popsal a pojmenoval 379 různých druhů podle Linnéovy binomické nomenklatury. Během této doby bylo učiněno několik zajímavých objevů. V roce 1823 byla tedy určena příčina „krvácení“ prosfory  - bakterie zvaná Serratia marcescens (jiné jméno je Monas prodigiosa ). Za zmínku stojí také Christian Gottfried Ehrenberg , který popsal mnoho pigmentovaných bakterií, první železité bakterie , stejně jako kostry prvoků a rozsivek v mořských sedimentech a sedimentech ústí, což znamenalo počátek mikropaleontologie. Byl to on, kdo jako první vysvětlil barvu vody Rudého moře vývojem sinice Trichodesmium erythraeum v ní . Bakterie však zařadil mezi prvoky a po Leeuwenhoekovi je považoval za plnohodnotná zvířata se žaludkem, střevy a končetinami...

V Rusku byl jedním z prvních mikrobiologů L. S. Tsenkovsky ( 1822-1887 ) , který popsal velké množství prvoků , řas a hub a dospěl k závěru, že neexistuje ostrá hranice mezi rostlinami a zvířaty. Také zorganizoval jednu z prvních Pasteurových stanic a navrhl vakcínu proti antraxu .

V té době byly vysloveny i odvážné hypotézy, např. epidemiolog D.S.Samoylovič (1744-1805) byl přesvědčen, že nemoci způsobují právě mikroorganismy, ale marně se snažil vidět původce moru v mikroskopu  - možnosti optika to zatím neumožňovala. V roce 1827 objevil Ital A. Bassi přenos bource morušového při přenosu mikroskopické houby. J. L. L. Buffon a A. L. Lavoisier spojovali fermentaci s kvasinkami, ale čistě chemická teorie tohoto procesu, formulovaná v roce 1697 G. E. Stahlem, zůstala obecně přijímána. Pro alkoholovou fermentaci, stejně jako pro jakoukoli reakci, vypočítali Lavoisier a L. J. Gay-Lussac stechiometrické poměry. Ve 30. letech 19. století C. Cañard de Latour, F. Kützing a T. Schwann nezávisle na sobě pozorovali hojnost mikroorganismů v sedimentu a filmu na povrchu kvasné kapaliny a s jejich vývojem souvisela fermentace. Tyto pojmy se však dostaly pod ostrou kritiku prominentních chemiků, jako byli Friedrich Wöhler , Jöns Jakob Berzelius a Justus Liebig . Posledně jmenovaný dokonce napsal anonymní článek „On the Unraveled Mystery of Alcoholic Fermentation“ ( 1839 ), sarkastickou parodii na mikrobiologický výzkum oněch let.

Přesto se otázka příčin kvašení, úzce související s otázkou spontánního spontánního generování života, stala první úspěšně vyřešenou otázkou úlohy mikroorganismů v přírodě.

Spory o spontánní generování a fermentaci

Středověk byl dobou dominance Aristotelových myšlenek , což znamenalo i uznání jeho teorií o původu ryb z bahna, hmyzu z exkrementů nebo kapek rosy na listech. První experimenty vyvracející Aristotelovy myšlenky provedl toskánský dvorní lékař Francesco Redi ( 1626-1697 ) . Jeho obecný princip - pozorování živin v otevřeném prostoru (kam mohou vstoupit živé organismy) a v nádobě před nimi nějakým způsobem uzavřené, ale ne ze vzduchu - byl použit ve všech takových experimentech. Poté byla spontánní generace hmyzu vyvrácena, ale již v 18. století katolický kněz John Turberville Needham předložil hypotézu o „životní síle“, která existuje v živých tělech a způsobuje výskyt mikroorganismů při jejich rozkladu. Proti němu se postavil Lazzaro Spallanzani , který ukázal, že zahřívání brání výskytu živých bytostí v nálevu z rostlinných a živočišných vláken, uzavřených v nádobě. Pak Needham namítl, že vzduch, který živé bytosti potřebují, ztrácí při zahřátí svou „životní sílu“.

Franz Schulz po sterilizaci nádoby s nálevem vpustil vzduch procházející kyselinou karbolovou a nepozoroval tam vývoj mikroorganismů. Aby se předešlo námitkám, že kyselina také připravuje vzduch o vitalitu, Schroeder a von Douche v roce 1854 propustili vzduch přes bavlněný filtr a v roce 1860 Hoffmann a nezávisle v roce 1861 Chevre a Pasteur ukázali, že filtr není potřeba - stačí ohnout trubky , spojující atmosféru a nádobu tak, aby v ní po sterilizaci „nezačal“ život. V biologii tedy nakonec zvítězil princip omne vivum ex vivo (všeho živého ze života). Louis Pasteur v 60. letech 19. století pomocí myšlenek o nemožnosti spontánního generování života ukázal, že sterilizace znemožňuje fermentaci, a tak byla prokázána účast mikroorganismů na ní. Navíc to byl objev nové formy života - anaerobní , nevyžadující kyslík a někdy dokonce umírající pod jeho vlivem.

Postupně se také formovalo povědomí o zvláštním postavení mikrokosmu v živé přírodě. Na počátku 19. století byly mikroorganismy klasifikovány jako červi. V roce 1866 je Ernst Haeckel poprvé vyčlenil jako samostatné království, Protista . Pak F. Kohn v roce 1875 , studující modrozelené řasy , je odlišil od rostlin a spojil je s bakteriemi jako nejjednodušší existující organismy. Na konci 19. století bylo jasné, že protistové, spojení jejich mikroskopickou velikostí, se od sebe výrazně liší. Dělili se na "vyšší" (prvoci, mikroskopické houby a řasy , kvasinky ) a "nižší" (bakterie a modrozelené řasy ). Teprve ve 30. letech 20. století, po nových objevech ve struktuře buňky, navrhl E. Shutton termíny „ eukaryota “ a „ prokaryota “. „Unikátní“ vlastnosti připisované mikroorganismům, z nichž jedna byla schopnost spontánně se generovat, jsou také odříznuty. Dalším byl jejich pleomorfismus , tedy neaplikovatelnost Linného zákona o druhové stálosti na bakterie. Jeho vzhled byl způsoben chudobou vnějších forem bakterií s bohatstvím fyziologických a biochemických vlastností, a proto se zdálo, že stejná bakterie se projevuje různými způsoby. Kohn také sehrál zvláštní roli ve vyvrácení této teorie.

Zlatý věk mikrobiologie

80. a 90. léta 19. století byla poznamenána prudkým nárůstem počtu objevů pro mikrobiologii. To bylo z velké části způsobeno detailním vývojem metodiky. Především je zde třeba poznamenat přínos Roberta Kocha , který koncem 70. a začátkem 80. let 19. století vytvořil řadu nových metod a obecných zásad pro provádění výzkumných prací.

Pasteur používal pro pěstování mikroorganismů tekutá média, obsahující všechny prvky nacházející se v živých organismech. Tekutá média však nebyla dostatečně pohodlná. Bylo tedy obtížné izolovat kolonii pocházející z jedné živé buňky („ čisté kultury “), a proto bylo možné studovat pouze kultury obohacené samotnou přírodou. Teprve v roce 1883 získal E. Christian Hansen první čistou kulturu kvasinek, získanou metodou visící kapky . Hustá média byla nejprve použita ke studiu hub, kde byla opodstatněná i potřeba čistých kultur. Pro bakterie použila hustá média Kohn ve Wroclawi v zimě 1868/69 , ale až v roce 1881 Robert Koch zahájil široké použití želatiny a agarových desek. V roce 1887 byly Petriho misky uvedeny do praxe .

Koch také vlastní slavné postuláty :

Tyto principy byly přijaty nejen v medicíně, ale také v ekologii k určení organismů, které způsobují určité procesy. Koch také zavedl metody barvení bakterií (dříve používané v botanice) a mikrofotografii. Kochovy publikace obsahovaly metody přijaté mikrobiology po celém světě. Po něm začal vývoj a obohacování metodiky, takže v roce 1884 Hans Christian Gram použil metodu diferenciačního barvení bakterií ( Gramova metoda ), S. N. Vinogradsky v roce 1891 aplikoval první elektivní médium. Během následujících let bylo popsáno více druhů než ve všech předchozích dobách, byli izolováni patogeny nejnebezpečnějších chorob, objeveny nové procesy produkované bakteriemi a neznámé v jiných říších přírody.

Infekční nemoci

Při studiu vitální aktivity mikroorganismů je třeba zmínit příspěvek Louise Pasteura ( 1822-1895 ) . Spolu s Robertem Kochem ( 1843 - 1910 ) stojí u zrodu doktríny mikroorganismů jako patogenů.

Ekologie mikroorganismů

Ekologickou roli a rozmanitost mikrobiologických procesů ukázali Beyerink ( 1851-1931 ) a S. N. Vinogradsky ( 1856-1953 ) .

Objev virů

Studium metabolismu mikroorganismů

Technická nebo průmyslová mikrobiologie

Technická mikrobiologie studuje mikroorganismy používané ve výrobních procesech k získávání různých prakticky důležitých látek: potravinářských výrobků, etanolu, glycerinu, acetonu, organických kyselin atd.

Obrovský příspěvek k rozvoji mikrobiologie měli ruští F.,)1863-1920(IvanovskyI.D.,)1845-1916(I. MečnikovI.:vědcisovětštía S. N. Vinogradsky ( 1856-198yansky ( 1867-1953 ), V. -1928), D. K. Zabolotnyj ( 1866-1929 ), V. S. Butkevich (1872-1972) , S. P. Kostychev (1877-1931), N. G. Kholodny (1882-1953), V. N. Shaposhnikov (1968) N. A. Krasilnikov (1896-1973), A. A. Imshenetsky (1905-1992) atd.

Velkou roli ve vývoji technické mikrobiologie mají S. P. Kostychev, S. L. Ivanov a A. I. Lebedev, kteří studovali chemii procesu alkoholového kvašení způsobeného kvasinkami. Práce Ya. Ya. Nikitinského a F. M. Chistyakova položily základ pro rozvoj mikrobiologie konzervárenské výroby a chladírenského skladování potravin podléhajících zkáze. Díky práci S. A. Koroljova , A. F. Voitkeviche a jejich studentů se mikrobiologie mléka a mléčných výrobků výrazně rozvinula. Objev fenoménu „dvoufázového“ mnoha mikrobiologických procesů V. N. Shaposhnikovem umožnil vytvořit teorii řízení těchto procesů. Na základě studia zákonitostí vývoje bakterií mléčného kvašení, které provedli V. N. Shaposhnikov a A. Ya. Manteifel , na počátku 20. let 20. století, produkce kyseliny mléčné, která je v lékařství nezbytná pro léčbu oslabených a vratkých dětí , byl organizován v SSSR. V. N. Shaposhnikov a jeho studenti vyvinuli technologii výroby acetonu a butylalkoholu pomocí bakterií a v roce 1934 byl v Grozném spuštěn první závod v SSSR na výrobu těchto rozpouštědel. Na základě studií chemie tvorby organických kyselin vláknitými houbami, které provedli V. N. Kostychev a V. S. Butkevich, byla v roce 1930 v Leningradu zorganizována výroba kyseliny citrónové.

Součástí technické mikrobiologie je potravinářská mikrobiologie, která studuje způsoby získávání potravinářských výrobků pomocí mikroorganismů. Například kvasnice se používají při výrobě vína, pivovarnictví, pečení, výrobě alkoholu; bakterie mléčného kvašení - při výrobě kysaných mléčných výrobků, sýrů, při kvašení zeleniny; bakterie kyseliny octové  - při výrobě octa; vláknité houby slouží k získávání citronové a dalších potravinářských organických kyselin atd. Dosud vznikly speciální úseky potravinářské mikrobiologie: mikrobiologie droždí a pekařství, pivovarnictví, konzervování, mléko a mléčné výrobky, ocet, maso a rybí výrobky, margarín atd.

Metody a cíle mikrobiologie

Metody pro studium jakýchkoli mikroorganismů zahrnují:

  • mikroskopie : světelná (včetně fázového kontrastu , tmavého pole , fluorescenční ) a elektronická ;
  • kultivační metoda (bakteriologická, virologická);
  • biologická metoda (infekce laboratorních zvířat s reprodukcí infekčního procesu na citlivých modelech);
  • molekulárně genetická metoda ( PCR , DNA a RNA sondy atd.);
  • sérologická metoda - průkaz antigenů mikroorganismů nebo protilátek proti nim ( ELISA ).

Účelem lékařské mikrobiologie je studovat strukturu a vlastnosti patogenních mikrobů, jejich vztah k lidskému tělu v určitých podmínkách přírodního a sociálního prostředí, zdokonalovat mikrobiologické diagnostické metody, vyvíjet nová, účinnější léčebná a profylaktická léčiva a řešit např. důležitý problém jako eliminace a prevence infekčních chorob.

Hlavní sekce mikrobiologie

Za dobu existence mikrobiologie se vytvořily obory všeobecný, technický, zemědělský, veterinární, lékařský a sanitární.

  • Obecná studuje nejobecnější vzorce vlastní každé skupině uvedených mikroorganismů: strukturu, metabolismus, genetiku, ekologii atd.
  • Technické oddělení se zabývá vývojem biotechnologií pro syntézu biologicky aktivních látek mikroorganismy: proteinů, nukleových kyselin, antibiotik, alkoholů, enzymů, ale i vzácných anorganických sloučenin.
  • Zemědělství studuje roli mikroorganismů v oběhu látek, využívá je k syntéze hnojiv, hubení škůdců.
  • Veterinární studie zvířecích patogenů, diagnostické metody, specifická profylaxe a etiotropní léčba zaměřená na zničení infekčního agens v těle nemocného zvířete.
  • Lékařská mikrobiologie studuje patogenní (patogenní) a podmíněně patogenní mikroorganismy pro člověka, dále vyvíjí metody mikrobiologické diagnostiky, specifické prevence a etiotropní léčby jimi způsobených infekčních onemocnění.
  • Sanitární mikrobiologie studuje sanitární a mikrobiologický stav objektů životního prostředí, potravinářských výrobků a nápojů a vyvíjí sanitární a mikrobiologické standardy a metody pro indikaci patogenních mikroorganismů v různých předmětech a produktech [1] .

Viz také

Poznámky

  1. ↑ L. B. Borisov. Lékařská mikrobiologie, virologie a imunologie. - MIA, 2005. - S. 154-156. — ISBN 5-89481-278-X .

Literatura

  • Verbina NM, Kaptereva Yu.V. Mikrobiologie výroby potravin. - M.: red. IN "AGROPROMIZDAT", 1988. - ISBN 5-10-000191-7 .
  • Vorobyov A. A., Bykov A. S., Pashkov E. P., Rybakova A. M. Mikrobiologie: učebnice. - 2. vyd., přepracováno. a doplňkové - M.  : Medicína, 2003. - 336 s. : nemocný. - (Studijní literatura pro studenty farmaceutických univerzit). - ISBN 5-225-04411-5 .
  • Vorobyová L. I. Technická mikrobiologie: Učebnice. příspěvek - M . : MGU , 1987. - 168 s. — (Učebnice pro studenty biol. a technických vysokých škol)
  • Galynkin V. A., Zaikina N. A., Kocherovets V. I. et al. Základy farmaceutické mikrobiologie: učebnice pro postgraduální vzdělávání. - Petrohrad: Science Prospect, 2008. - 288 s. - ISBN 978-5-903090-14-3 .
  • Gusev M. V. , Mineeva L. A. Microbiology. - 9. vyd., vymazáno. - M .: Vydavatelské centrum "Akademie", 2010. - 464 s. — (Řada: Klasická naučná kniha). — ISBN 978-5-7695-7372-9 .
  • Gusev M. V., Mineeva L. A. Mikrobiologie: učebnice pro studenty. biol. univerzitní specializace. - 4. vyd., vymazáno. - M .: Vydavatelské centrum "Akademie", 2003. - 464 s. — ISBN 5-7695-1403-5 .
  • Emtsev V. T. , Mishustin E. N. Mikrobiologie: učebnice. pro stud. univerzity / V. T. Emtsev, E. N. Mishustin. - 6. vydání, Rev. - M . : Drop, 2006. - 445 s. - (Vysokoškolské vzdělání). — ISBN 5-358-00443-2 .
  • Zavarzin G. A. , Kolotilova N. N. Úvod do přírodní mikrobiologie. - M .: Knižní dům "Univerzita", 2001. - 256 s. — ISBN 5-8013-0124-0 .
  • Kondratiev E. N. Autotrofní prokaryota: Proc. příručka pro vysokoškoláky studující směr "Biologie", specializace "Mikrobiologie", "Biotechnologie". - M .: Nakladatelství Moskevské státní univerzity, 1996. - 302 s. — ISBN 5-211-03644-1 .
  • Lysak VV Mikrobiologie: učebnice. příspěvek. - Minsk: BGU, 2007. - 426 s. — ISBN 985-485-709-3 .
  • Shlegel G. G. Historie mikrobiologie: Překlad z němčiny. - M: nakladatelství URSS, 2002. - 304 s. - ISBN 5-354-00010-6 .
  • Skorokhodov L. Ya. Materiály o historii lékařské mikrobiologie v předrevolučním Rusku. — M.: Medgiz , 1948. — 356 s.
  • Skorokhodov L. Ya. Jak se vyvíjela mikrobiologie. — M.: Medicína, 1965. — 50 s.

Odkazy

  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie
 Sekce biologie