Mikrobiologi

Mikrobiologi
 Mediefiler på Wikimedia Commons

Mikrobiologi ( græsk μικρος  - lille, lat.  bios  - liv) er en videnskab, hvis emne er mikroskopiske væsner kaldet mikroorganismer (mikrober) (herunder: Encellede organismer , flercellede organismer og acellulære organismer ), deres biologiske egenskaber og forhold til andre organismer, der lever i organismer. vores planet. Mikrobiologiens interesseområde omfatter deres systematik , morfologi , fysiologi , biokemi , evolution , rolle i økosystemer og praktiske anvendelser.

Grene af mikrobiologi: bakteriologi , mykologi , virologi , parasitologi og andre. Afhængigt af mikroorganismers økologiske egenskaber, betingelserne for deres levesteder, de etablerede relationer til miljøet og menneskets praktiske behov, blev videnskaben om mikroorganismer i dens udvikling differentieret i sådanne specielle discipliner som generel mikrobiologi, medicinsk, industriel (teknisk) , rum, geologisk, landbrugs- og veterinærmikrobiologi.

Videnskabshistorie

Flere tusinde år før fremkomsten af ​​mikrobiologi som en videnskab, mand, uden at vide om eksistensen af ​​mikroorganismer, meget anvendte naturlige processer forbundet med fermentering til fremstilling af koumiss og andre fermenterede mælkeprodukter, produktion af alkohol , eddike og hørlap .

Prævidenskabeligt udviklingsstadium

Siden oldtiden har folk kendt til mange processer forårsaget af mikroorganismer, men kendte ikke de sande årsager til disse fænomener. Manglen på information om arten af ​​sådanne fænomener forhindrede os ikke i at foretage observationer og endda bruge en række af disse processer i hverdagen. Selv Hippokrates (460-377 f.Kr.) foreslog, at smitsomme sygdomme er forårsaget af usynlige levende væsener. Samtidig kom Girolamo Fracastoro ( 1478 - 1553 ) tættest på opdagelsen af ​​mikroverdenen , hvilket tyder på, at infektioner er forårsaget af små kroppe, der overføres ved kontakt og forbliver på patientens ting. Men på det tidspunkt var det umuligt at verificere rigtigheden af ​​hans ideer, og helt andre hypoteser blev udbredt.

Mange videnskabsmænd fortsatte med at afvise den bakterielle natur af infektionssygdomme selv efter Pasteurs og Kochs revolutionære opdagelser . Så i 1892 slugte Max Pettenkofer , der var overbevist om, at kolera er forårsaget af miasma udskilt af miljøet, i et forsøg på at bevise sin sag, en kultur af koleravibrioer foran medicinske vidner og blev ikke syg.

Beskrivende fase

Muligheden for at studere mikroorganismer opstod kun med udviklingen af ​​optiske instrumenter. Det første mikroskop blev skabt i 1610 af Galileo . I 1665 så Robert Hooke første gang planteceller. Imidlertid var 30x forstørrelsen af ​​hans mikroskop ikke nok til at se protozoer , endsige bakterier . Ifølge V. L. Omelyansky var "den første forsker, for hvis forbløffede blik mikroorganismernes verden blev åbnet, jesuitforskeren Athanasius Kircher ( 1601 - 1680 ), forfatteren til en række værker af astrologisk karakter," men Anthony van Leeuwenhoek kaldes normalt for opdageren af ​​mikroverdenen .

I sit brev til Royal Society of London fortæller han, hvordan han mikroskoperede en dråbe vand den 24. april 1676 , og giver en beskrivelse af de skabninger, han så der, inklusive bakterier. Leeuwenhoek betragtede de mikroskopiske skabninger, han opdagede, for at være "meget små dyr" og tilskrev dem de samme strukturelle og adfærdsmæssige træk som almindelige dyr. Allestedsnærværelsen af ​​disse "dyr" er blevet en sensation ikke kun i den videnskabelige verden. Levenguk demonstrerede sine eksperimenter for alle, i 1698 fik han endda besøg af Peter I.

I mellemtiden var videnskaben som helhed endnu ikke klar til at forstå mikroorganismers rolle i naturen. Teorisystemet opstod dengang kun i fysikken . På tidspunktet for Leeuwenhoek var der ingen idé om nøgleprocesserne i dyrelivet, så kort før ham i 1648 konkluderede Van Helmont , der ikke havde nogen idé om fotosyntese , ud fra sine erfaringer med pil, at planten kun tager næring fra destilleret vand, som han vandede det. Desuden er selv livløst stof endnu ikke blevet tilstrækkeligt undersøgt, atmosfærens sammensætning, der er nødvendig for at forstå den samme fotosyntese, vil først blive bestemt i 1766-1776 .

I løbet af de næste 100-150 år fortsatte udviklingen af ​​mikrobiologi kun med beskrivelsen af ​​nye arter. En fremtrædende rolle i studiet af mikroorganismers mangfoldighed blev spillet af den danske biolog Otto Friedrich Müller , som i 1789 beskrev og navngav 379 forskellige arter i henhold til Linnaean binomial nomenklatur. I løbet af denne tid blev der gjort flere interessante opdagelser. Så i 1823 blev årsagen til "blødningen" af prosphora bestemt  - en bakterie kaldet Serratia marcescens (et andet navn er Monas prodigiosa ). Også bemærkelsesværdig er Christian Gottfried Ehrenberg , som beskrev mange pigmenterede bakterier, de første jernbakterier , såvel som skeletterne af protozoer og kiselalger i hav- og flodmundingssedimenter, som markerede begyndelsen på mikropaleontologi. Det var ham, der først forklarede farven på vandet i Det Røde Hav ved udviklingen af ​​cyanobakterien Trichodesmium erythraeum i det . Han rangerede imidlertid bakterier blandt protozoerne og betragtede dem, efter Leeuwenhoek, som fuldgyldige dyr med mave, tarme og lemmer ...

I Rusland var en af ​​de første mikrobiologer L. S. Tsenkovsky ( 1822-1887 ) , som beskrev et stort antal protozoer , alger og svampe og konkluderede, at der ikke var nogen skarp grænse mellem planter og dyr. Han organiserede også en af ​​de første Pasteur-stationer og foreslog en vaccine mod miltbrand .

Fed hypoteser blev også udtrykt på det tidspunkt, for eksempel var epidemiologen D.S. Samoylovich (1744-1805) overbevist om, at sygdomme netop var forårsaget af mikroorganismer, men han forsøgte forgæves at se pestens årsag i et mikroskop  - mulighederne optikken tillod endnu ikke dette. I 1827 opdagede italieneren A. Bassi overførslen af ​​silkeormssygdommen under overførsel af en mikroskopisk svamp. J. L. L. Buffon og A. L. Lavoisier associerede gæring med gær, men den rent kemiske teori om denne proces, formuleret i 1697 af G. E. Stahl, forblev generelt accepteret. For alkoholisk gæring, som for enhver reaktion, beregnede Lavoisier og L. J. Gay-Lussac støkiometriske forhold. I 1830'erne observerede C. Cañard de Latour, F. Kützing og T. Schwann uafhængigt forekomsten af ​​mikroorganismer i sediment og film på overfladen af ​​en gærende væske og forbundet gæring med deres udvikling. Disse forestillinger kom dog under skarp kritik fra fremtrædende kemikere som Friedrich Wöhler , Jöns Jakob Berzelius og Justus Liebig . Sidstnævnte skrev endda en anonym artikel "On the Unraveled Mystery of Alcoholic Fermentation" ( 1839 ), en sarkastisk parodi på den mikrobiologiske forskning i disse år.

Ikke desto mindre blev spørgsmålet om årsagerne til fermentering, tæt forbundet med spørgsmålet om den spontane spontane generering af liv, det første succesfuldt løste spørgsmål om mikroorganismers rolle i naturen.

Tvister om spontan generering og gæring

Middelalderen var tiden for dominansen af ​​Aristoteles' ideer , hvilket også betød anerkendelsen af ​​hans teorier om oprindelsen af ​​fisk fra mudder, insekter fra ekskrementer eller dugdråber på blade. De første eksperimenter, der modbeviste Aristoteles' ideer, blev lavet af den toscanske hoflæge Francesco Redi ( 1626-1697 ) . Dets generelle princip - observation af næringsstoffet i et åbent område (hvor levende organismer kan komme ind) og i et kar lukket på en eller anden måde fra dem, men ikke fra luft - blev brugt i alle sådanne eksperimenter. Så blev den spontane generation af insekter tilbagevist, men allerede i det 18. århundrede fremsatte den katolske præst John Turberville Needham hypotesen om en "livskraft", der eksisterer i levende kroppe og forårsager fremkomsten af ​​mikroorganismer under deres forfald. Han blev modarbejdet af Lazzaro Spallanzani , der viste, at opvarmning forhindrer udseendet af levende væsener i en infusion af plante- og dyrefibre, lukket i et kar. Så indvendte Needham, at luften, som levende væsener har brug for, mister sin "livskraft", når den opvarmes.

Franz Schulz, efter at have steriliseret karret med infusionen, lod luft passere gennem carbolsyre og observerede ikke udviklingen af ​​mikroorganismer der. For at undgå indvendinger om, at syre også fratager luften vitalitet, førte Schroeder og von Douche i 1854 luft gennem et bomuldsfilter, og i 1860 viste Hoffmann og uafhængigt i 1861 , at der ikke var behov for et filter - bøj bare rørene. , der forbinder atmosfæren og karret, så livet efter sterilisering ikke ville "begynde" i det. Så princippet om omne vivum ex vivo (alt, der lever af at leve) vandt endelig i biologien. Ved hjælp af ideer om umuligheden af ​​spontan generering af liv viste Louis Pasteur i 1860'erne, at sterilisering umuliggør gæring, og dermed blev mikroorganismers deltagelse i den bevist. Derudover var dette opdagelsen af ​​en ny form for liv - anaerob , der ikke kræver ilt, og nogle gange endda døende under dens indflydelse.

Efterhånden blev der også dannet en bevidsthed om mikrokosmos særlige position i den levende natur. I begyndelsen af ​​1800-tallet blev mikroorganismer klassificeret som orme. I 1866 udpegede Ernst Haeckel dem først som et separat kongerige, Protista . Derefter adskilte F. Kohn i 1875 , der studerede blågrønalger , dem fra planter og kombinerede dem med bakterier som den simpleste af eksisterende organismer. I slutningen af ​​det 19. århundrede blev det klart, at protister, forenet af deres mikroskopiske størrelse, adskiller sig væsentligt fra hinanden. De blev opdelt i "højere" (protozoer, mikroskopiske svampe og alger , gær ) og "lavere" (bakterier og blågrønalger ). Først i 1930'erne, efter nye opdagelser i cellens struktur, foreslog E. Shutton udtrykkene " eukaryoter " og " prokaryoter ". De "unikke" egenskaber, der tilskrives mikroorganismer, hvoraf den ene var evnen til spontant at generere, er også afskåret. En anden var deres pleomorfisme , det vil sige, at Linnés lov om artsbestandighed ikke kan anvendes på bakterier. Dets udseende var forårsaget af fattigdommen af ​​de ydre former for bakterier med rigdommen af ​​fysiologiske og biokemiske egenskaber, hvorfor det så ud til, at den samme bakterie manifesterer sig på forskellige måder. Kohn spillede også en særlig rolle i at tilbagevise denne teori.

Mikrobiologiens guldalder

1880'erne og 1890'erne var præget af en stigning i antallet af opdagelser for mikrobiologi. Dette skyldtes i høj grad den detaljerede udvikling af metoden. Først og fremmest skal Robert Kochs bidrag her bemærkes , som skabte en række nye metoder og generelle principper for udførelse af forskningsarbejde i slutningen af ​​1870'erne og begyndelsen af ​​1880'erne.

Pasteur brugte flydende medier til dyrkning af mikroorganismer, der indeholdt alle de elementer, der findes i levende organismer. Flydende medier var imidlertid ikke praktiske nok. Det var således svært at isolere en koloni, der stammede fra én levende celle (" ren kultur "), og derfor var det muligt kun at studere kulturer beriget af naturen selv. Det var først i 1883 , at E. Christian Hansen opnåede den første rendyrkning af gær, opnået ved den hængende dråbemetode . Tætte medier blev først brugt til at studere svampe, hvor behovet for renkulturer også var berettiget. Til bakterier blev tætte medier brugt af Kohn i Wroclaw i vinteren 1868/69 , men det var først i 1881 , at Robert Koch indledte den udbredte brug af gelatine- og agarplader. I 1887 blev petriskåle brugt i praksis .

Koch ejer også de berømte postulater :

Disse principper er blevet vedtaget ikke kun i medicin, men også i økologi for at bestemme de organismer, der forårsager visse processer. Koch introducerede også bakterielle farvningsmetoder (tidligere brugt i botanik) og mikrofotografering. Kochs publikationer indeholdt metoder, der blev vedtaget af mikrobiologer rundt om i verden. Efter ham begyndte udviklingen og berigelsen af ​​metodikken, så i 1884 brugte Hans Christian Gram metoden til at differentiere farvning af bakterier ( Gram Method ), S. N. Vinogradsky i 1891 anvendte det første valgfrie medium. I løbet af de følgende år blev flere arter beskrevet end i alle tidligere tider, patogener af de farligste sygdomme blev isoleret, nye processer produceret af bakterier og ukendte i andre naturriger blev opdaget.

Infektionssygdomme

I undersøgelsen af ​​mikroorganismers vitale aktivitet bør bidraget fra Louis Pasteur ( 1822-1895 ) bemærkes . Han er sammen med Robert Koch ( 1843 - 1910 ) i begyndelsen af ​​doktrinen om mikroorganismer som patogener.

Økologi af mikroorganismer

Den økologiske rolle og mangfoldighed af mikrobiologiske processer blev vist af Beyerink ( 1851-1931 ) og S.N. Vinogradsky ( 1856-1953 ) .

Opdagelse af vira

Studiet af mikroorganismers metabolisme

Teknisk eller industriel mikrobiologi

Teknisk mikrobiologi studerer mikroorganismer, der bruges i produktionsprocesser til at opnå forskellige praktisk vigtige stoffer: fødevarer, ethanol, glycerin, acetone, organiske syrer osv.

Et enormt bidrag til udviklingen af ​​mikrobiologi blev ydet N.F.,)1863-1920(IvanovskyD.I.,)1845-1916(MechnikovI.I.:videnskabsmændsovjetiskeogrussiskeaf S.N. Vinogradsky (1835-1935), (L6855-1935), ( 1935-1935 ) -1928), D. K. Zabolotny ( 1866-1929 ), V. S. Butkevich (1872-1972) , S. P. Kostychev (1877-1931), N. G. Kholodny (1882-1953), V. N. Shaposhnikov ( 1988), 4-1688 N. A. Krasilnikov (1896-1973), A. A. Imshenetsky (1905 —1992) osv.

En stor rolle i udviklingen af ​​teknisk mikrobiologi tilhører S. P. Kostychev, S. L. Ivanov og A. I. Lebedev, som studerede kemien i processen med alkoholisk gæring forårsaget af gær. Ya. Ya. Nikitinskys og F. M. Chistyakovs værker lagde grundlaget for udviklingen af ​​mikrobiologi af konservesproduktion og køleopbevaring af letfordærvelige fødevarer. Takket være arbejdet fra S. A. Korolev , A. F. Voitkevich og deres studerende har mikrobiologien af ​​mælk og mejeriprodukter modtaget betydelig udvikling. Opdagelsen af ​​V. N. Shaposhnikov af fænomenet "to-fase" af mange mikrobiologiske processer gjorde det muligt at skabe en teori om kontrol af disse processer. Baseret på undersøgelsen af ​​mønstrene for udvikling af mælkesyrebakterier, udført af V. N. Shaposhnikov og A. Ya. Manteifel , i begyndelsen af ​​1920'erne, produktionen af ​​mælkesyre, som er nødvendig i medicin til behandling af svækkede og vakkelvorne børn , blev organiseret i USSR. V. N. Shaposhnikov og hans elever udviklede en teknologi til fremstilling af acetone og butylalkohol ved hjælp af bakterier, og i 1934 blev den første fabrik i USSR til produktion af disse opløsningsmidler lanceret i Grozny. På grundlag af undersøgelser af kemien af ​​dannelsen af ​​organiske syrer af trådsvampe, udført af V. N. Kostychev og V. S. Butkevich, blev produktionen af ​​citronsyre i 1930 organiseret i Leningrad.

En del af teknisk mikrobiologi er fødevaremikrobiologi, som studerer metoderne til at fremstille fødevarer ved hjælp af mikroorganismer. F.eks. bruges gær til vinfremstilling, brygning, bagning, alkoholproduktion; mælkesyrebakterier - i produktionen af ​​fermenterede mælkeprodukter, oste, ved fermentering af grøntsager; eddikesyrebakterier  - i produktionen af ​​eddike; trådsvampe bruges til at opnå citronsyre og andre organiske fødevaresyrer osv. Til dato er der opstået særlige afsnit af fødevaremikrobiologi: mikrobiologi af gær- og bageriproduktion, brygning, konserves, mælk og mejeriprodukter, eddike, kød- og fiskeprodukter, margarine etc.

Mikrobiologiens metoder og formål

Metoder til undersøgelse af enhver mikroorganisme omfatter:

  • mikroskopi : lys (herunder fase-kontrast , mørkt felt , fluorescens ) og elektronisk ;
  • kulturmetode (bakteriologisk, virologisk);
  • biologisk metode (infektion af laboratoriedyr med reproduktion af den infektiøse proces på følsomme modeller);
  • molekylær genetisk metode ( PCR- , DNA- og RNA-prober osv.);
  • serologisk metode - påvisning af antigener af mikroorganismer eller antistoffer mod dem ( ELISA ).

Formålet med medicinsk mikrobiologi er at studere strukturen og egenskaberne af patogene mikrober, deres forhold til den menneskelige krop under visse forhold i det naturlige og sociale miljø, forbedre mikrobiologiske diagnostiske metoder, udvikle nye, mere effektive terapeutiske og profylaktiske lægemidler og løse sådanne. et vigtigt problem som eliminering og forebyggelse af infektionssygdomme.

Hovedafsnit af mikrobiologi

Under eksistensen af ​​mikrobiologi er der dannet generelle, tekniske, landbrugs-, veterinær-, medicinske og sanitære grene.

  • Den generelle studerer de mest generelle mønstre, der er iboende i hver gruppe af de listede mikroorganismer: struktur, metabolisme, genetik, økologi osv.
  • Den tekniske afdeling beskæftiger sig med udvikling af bioteknologi til syntese af biologisk aktive stoffer af mikroorganismer: proteiner, nukleinsyrer, antibiotika, alkoholer, enzymer samt sjældne uorganiske forbindelser.
  • Landbrugsundersøgelser mikroorganismers rolle i cirkulationen af ​​stoffer, bruger dem til syntese af gødning, skadedyrsbekæmpelse.
  • Veterinærundersøgelser dyrepatogener, diagnostiske metoder, specifik profylakse og etiotropisk behandling med det formål at ødelægge smitstoffet i kroppen på et sygt dyr.
  • Medicinsk mikrobiologi studerer patogene (patogene) og betinget patogene mikroorganismer for mennesker, og udvikler også metoder til mikrobiologisk diagnostik, specifik forebyggelse og etiotropisk behandling af infektionssygdomme forårsaget af dem.
  • Sanitær mikrobiologi studerer den sanitære og mikrobiologiske tilstand af miljøgenstande, fødevarer og drikkevarer, og udvikler sanitære og mikrobiologiske standarder og metoder til indikation af patogene mikroorganismer i forskellige genstande og produkter [1] .

Se også

Noter

  1. ↑ L.B. Borisov. Medicinsk mikrobiologi, virologi og immunologi. - MIA, 2005. - S. 154-156. — ISBN 5-89481-278-X .

Litteratur

  • Verbina NM, Kaptereva Yu. V. Mikrobiologi af fødevareproduktion. - M .: udg. I "AGROPROMIZDAT", 1988. - ISBN 5-10-000191-7 .
  • Vorobyov A. A., Bykov A. S., Pashkov E. P., Rybakova A. M. Mikrobiologi: Lærebog. - 2. udg., revideret. og yderligere - M.  : Medicin, 2003. - 336 s. : syg. - (Studielitteratur for studerende fra farmaceutiske universiteter). - ISBN 5-225-04411-5 .
  • Vorobyova L. I. Teknisk mikrobiologi: Lærebog. godtgørelse - M . : MGU , 1987. - 168 s. — (Lærebog for studerende fra biol. og tekniske universiteter)
  • Galynkin V. A., Zaikina N. A., Kocherovets V. I. et al. Fundamentals of pharmaceutical microbiology: en lærebog til postgraduate uddannelse. - St. Petersborg: Science Prospect, 2008. - 288 s. - ISBN 978-5-903090-14-3 .
  • Gusev M.V., Mineeva L.A. Microbiology. - 9. udg., slettet. - M .: Publishing Center "Academy", 2010. - 464 s. — (Serie: Klassisk undervisningsbog). — ISBN 978-5-7695-7372-9 .
  • Gusev M. V., Mineeva L. A. Mikrobiologi: Lærebog for studerende. biol. universitetets specialer. - 4. udg., slettet. - M .: Publishing Center "Academy", 2003. - 464 s. — ISBN 5-7695-1403-5 .
  • Emtsev V. T. , Mishustin E. N. Mikrobiologi: lærebog. til stud. universiteter / V. T. Emtsev, E. N. Mishustin. - 6. udg., Rev. - M . : Bustard, 2006. - 445 s. - (Videregående uddannelse). — ISBN 5-358-00443-2 .
  • Zavarzin G. A. , Kolotilova N. N. Introduktion til naturlig mikrobiologi. - M .: Boghuset "Universitetet", 2001. - 256 s. — ISBN 5-8013-0124-0 .
  • Kondratiev E. N. Autotrofe prokaryoter: Proc. manual for universitetsstuderende, der studerer i retning af "Biologi", specialer "Mikrobiologi", "Bioteknologi". - M .: Forlag ved Moscow State University, 1996. - 302 s. — ISBN 5-211-03644-1 .
  • Lysak VV Mikrobiologi: lærebog. godtgørelse. - Minsk: BGU, 2007. - 426 s. — ISBN 985-485-709-3 .
  • Shlegel G. G. Mikrobiologiens historie: Oversættelse fra tysk. - M: forlaget URSS, 2002. - 304 s. - ISBN 5-354-00010-6 .
  • Skorokhodov L. Ya. Materialer om historien om medicinsk mikrobiologi i det præ-revolutionære Rusland. — M.: Medgiz , 1948. — 356 s.
  • Skorokhodov L. Ya. Hvordan mikrobiologi udviklede sig. — M.: Medicin, 1965. — 50 s.

Links

  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier
 Afsnit af biologi