Мікробіологія
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Мікробіологія

Мікробіологія (від мікро... і біологія ) , наука, що вивчає мікроорганізми, — бактерії, мікоплазми, актиноміцети, дріжджі, мікроскопічні гриби і водорості їх систематику, морфологію, фізіологію, біохімію, спадковість і мінливість, поширення і роль в круговороті речовин в природі, практичне значення.

загрузка...

  Виникнення і розвиток мікробіології. За декілька тис. років до виникнення М. як науки чоловік, не знаючи про існування мікроорганізмів, широко застосовував їх для приготування кумису і ін. кисломолочних продуктів, здобуття вина, пива, оцту, при силосуванні кормів, мочці льону. Вперше бактерії і дріжджі побачив А. Льовенгук, зубний наліт, що розглядав за допомогою виготовлених їм мікроскопів, рослинні настої, пиво і т.д. Творцем М. як науки був Л. Пастер, що з'ясував роль мікроорганізмів в бродіннях (виноробство, пивоваріння) і у виникненні хвороб тварин і людини. Виняткове значення для боротьби із заразливими хворобами мав запропонований Пастером метод запобіжних щеплень, заснований на введенні в організм тварини або людини ослаблених культур хвороботворних мікроорганізмів. Задовго до відкриття вірусів Пастер запропонував щеплення проти вірусної хвороби — сказу. Він же довів, що в сучасних земних умовах неможливе мимовільне зародження життя. Ці роботи послужили науковою основою стерилізації хірургічних інструментів і перев'язувальних матеріалів, приготування консервів, пастеризації харчових продуктів і т.д. Ідеї Пастера про роль мікроорганізмів в круговороті речовин в природі були розвинені основоположником загальною М. в Росії С. Н. Віноградським, що відкрив хемоавтотрофні мікроорганізми (засвоюють вуглекислий газ атмосфери за рахунок енергії окислення неорганічних речовин; див.(дивися) Хемосинтез ) , азотфіксуючі мікроорганізми і бактерій, розкладаючих целюлозу в аеробних умовах. Його учень Ст Л. Омелянський відкрив анаеробних бактерій, що зброджують, тобто розкладаючих в анаеробних умовах целюлозу, і бактерій, створюючих метан. Значний внесок у розвиток М. був зроблений голландською школою мікробіологів, що вивчали екологію, фізіологію і біохімію різних груп мікроорганізмів (М. Бейерінк, А. Клюйвер, До. ван Нил). У розвитку медіциськой М. важлива роль належить Р. Коху, що запропонував щільні пітательниєсреди для вирощування мікроорганізмів і що відкрив збудників туберкульозу і холери. Розвитку медичною М. і імунології сприяли Е. Берінг (Німеччина), Е. Ру (Франція), С. Китазато (Японія), а в Росії і СРСР — І. І. Мечників, Л. А. Тарасевіч, Д. До. Заболотний, Н. Ф. Гамалея .

  Розвиток М. і потреби практики привели до відособлення ряду розділів М. в самостійних наукові дисципліни. Загальна М. вивчає фундаментальні закономірності біології мікроорганізмів. Знання основ загальною М. необхідно при роботі в будь-якому із спеціальних розділів М. Вміст, кордони і завдання загальною М. поступово змінювалися. Раніше до об'єктів, що вивчаються нею, відносили також віруси, прості рослинне або тваринне походження (протозоа), вищі гриби і водорості. У зарубіжному керівництві по загальній М. до цих пір описуються ці об'єкти. У СРСР вивчення цих об'єктів не входить в завдання загальною М. В завдання технічною, або промисловою, М. входить вивчення і здійснення мікробіологічних процесів, вживаних для здобуття дріжджів, кормового білка, ліпідів, бактерійних добрив, а також здобуття дорогою мікробіологічного синтезу антибіотиків, вітамінів, ферментів амінокислот, нуклеотидів, органічних кислот і т.п. (див. також Мікробіологічна промисловість ) . Сільськогосподарська М. з'ясовує склад грунтової мікрофлори, її роль в круговороті речовин в грунті, а також її значення для структури і родючості грунту, вплив обробки на мікробіологічні процеси в ній, дія бактерійних препаратів на врожайність рослин. У завдання з.-х.(сільськогосподарський) М. входять вивчення мікроорганізмів, що викликають захворювання рослин, і боротьба з ними, розробка мікробіологічних способів боротьби з комахами — шкідниками з.-х.(сільськогосподарський) рослин і лісових порід, а також методів консервації кормів, мочки льону, оберігання урожаю від псування, що викликається мікроорганізмами. Геологічна М. вивчає роль мікроорганізмів в круговороті речовин в природі, в освіті і руйнуванні покладів корисних копалин, пропонує методи здобуття (вилуговування) з руд металів (мідь, германій, уран, олово) і ін. копалин за допомогою бактерій. Водна М. вивчає кількісний і якісний склад мікрофлори солоних і прісних вод і її роль в біохімічних процесах, що протікають у водоймищах, здійснює контроль за якістю питної води, удосконалює мікробіологічні методи очищення стічних вод. У завдання медичною М. входить вивчення мікроорганізмів, що викликають захворювання людини, і розробка ефективних методів боротьби з ними. Ці ж питання відносно сільськогосподарських і ін. тварин вирішує ветеринарна М.

  Своєрідність будови і розмноження вірусів, а також вживання спеціальних методів їх дослідження привели до виникнення вірусології як самостійної науки, к М, що не відноситься.

  Зв'язок мікробіології з іншими науками. М. в тій або іншій мірі пов'язана з ін. науками: морфологією і систематикою нижчих рослин і тварин (мікологією, альгологией, протістологией), фізіологією рослин, біохімією, біофізикою, генетикою, еволюційним ученням, молекулярною біологією, органічною хімією, агрохімією, грунтознавством, біогеохімією, гідробіологією, хімічною і мікробіологічною технологією і ін. Мікроорганізми служать улюбленими об'єктами досліджень при вирішенні загальних питань біохімії і генетики (див. Генетика мікроорганізмів, Молекулярна генетика ) . Так, за допомогою мутантів, що втратили здатність здійснювати один з етапів біосинтезу якої-небудь речовини, були розшифровані механізми утворення багатьох природних з'єднань (наприклад амінокислот лізину, аргініну і ін.). Вивчення механізму фіксації молекулярного азоту для відтворення його в промислових масштабах направлене на пошуки каталізаторів, аналогічних тим, які в м'яких умовах здійснюють азотфіксацию в клітках бактерій. Між М. і хімією існує постійна конкуренція при виборі найбільш економічних доріг синтезу різних органічних речовин. Ряд речовин, які раніше отримували мікробіологічним дорогою, тепер виробляють на основі чистий хімічного синтезу (етиловий і бутиловий спирти, ацетон, метіонін, антибіотик левоміцетин і ін.). Деякі сиітези здійснюють як хімічним, так і мікробіологічним дорогою (вітамін B 2 , лізин і ін.). У ряді виробництв поєднують мікробіологічні і хімічні методи (Пеніцилін, стероїдні гормони, вітамін С і ін.). Нарешті, є продукти і препарати, які доки можуть бути отримані лише шляхом мікробіологічного синтезу (багато антибіотиків складної будови, ферменти, ліпіди, кормовий білок і т.д.).

  Сучасна мікробіологія. Як загальна М., так і її спеціальні розділи розвиваються виключно бурхливо. Існують три основні причини такого розвитку. По-перше, завдяки успіхам фізики, хімії і техніку М. отримала велике число нових методів дослідження. По-друге, починаючи з 40-х рр. 20 ст різко зросло практичне вживання мікроорганізмів. По-третє, мікроорганізми стали використовувати для вирішення найважливіших біологічних проблем, таких, як спадковість і мінливість, біосинтез органічних сполук, регуляція обміну речовин і ін. Успішний розвиток сучасною М. неможливо без гармонійного поєднання досліджень, що проводяться на, клітинного, органоїдного і молекулярного рівнях популяції. Для здобуття безклітинних ферментних систем і фракцій, що містять певні внутріклітинні структури, застосовують апарати, руйнівні клітки мікроорганізмів, а також градієнтне центрифугування, що дозволяє отримувати частки кліток, що володіють різною масою. Для дослідження морфології і цитології мікроорганізмів розроблений новий вигляд мікроскопічної техніки . В СРСР був винайдений метод капілярної мікроскопії, що дозволив відкрити новий, раніше не доступний для спостереження світ мікроорганізмів, що володіють своєрідною морфологією і фізіологією.

  Для вивчення обміну речовин і хімічного складу мікроорганізмів набули поширення різні способи хроматографії, мас-спектрометрія, метод ізотопних індикаторів, електрофорез і ін. фізичні і физико-хімічні методи. Для виявлення органічних сполук застосовують також чисті препарати ферментів. Запропоновані нові способи виділення і хімічного очищення продуктів життєдіяльності мікроорганізмів (адсорбція і хроматографія на іонообмінних смолах, а також методи імунохімій, засновані на специфічній адсорбції певного продукту, наприклад ферменту, антитілами тварини, що утворилися у нього після введення цієї речовини). Поєднання цитологичеських і біохімічних методів дослідження привело до виникнення функціональної морфології мікроорганізмів. З допомогою електронного мікроскопа стало можливим вивчення тонких особливостей будови цитоплазматичних мембран і рибосом, їх складу і функцій (наприклад, роль цитоплазматичних мембран в процесах транспорту різних речовин або участь рибосом в біосинтезі білка).

  Лабораторії збагатилися ферментерамі різної ємкості і конструкції. Широке поширення отримало безперервне культивування мікроорганізмів, засноване на постійному припливі свіжою живильного середовища і відтоку рідкої культури. Встановлено, що поряд з розмноженням кліток (зростанням культури) відбувається розвиток культури, тобто вікові зміни в кліток, складових культуру, що супроводяться зміною їх фізіології (молоді клітки, навіть інтенсивно розмножуючись, не здатні синтезувати багато продуктів життєдіяльності, наприклад ацетон, бутанол, антибіотики утворювані старішими культурами). Сучасні методи вивчення фізіології і біохімії мікроорганізмів дали можливість розшифрувати особливості їх енергетичного обміну, дороги біосинтезу амінокислот, багатьох білків, антибіотиків, деяких ліпідів, гормонів і ін. з'єднань, а також встановити принципи регуляції обміну речовин у мікроорганізмів.

  Практичне значення мікробіології. Активно беручи участь в круговороті речовин в природі, мікроорганізми грають найважливішу роль в родючості грунтів, в продуктивності водоймищ, в освіті і руйнуванні покладів корисних копалини. Особливо важлива здатність мікроорганізмів мінералізовать органічні залишки тварин і рослин. Все зростаюче вживання мікроорганізмів в практиці привело до виникнення мікробіологічної промисловості і до значного розширення мікробіологічних досліджень в різних галузях промисловості і сільського господарства. З середини 19 ст до 40-х рр. 20 ст технічна М. в основному вивчала різні бродіння, а мікроорганізми використовувалися переважно в харчовій промисловості. З 40-х рр. швидко розвиваються нові напрями технічної М., які зажадали іншого апаратурного оформлення мікробіологічних процесів. Вирощування мікроорганізмів стали проводити в закритих ферментерах великій ємкості, удосконалювалися методи відділення кліток мікроорганізмів від культуральної рідини, виділення з останнього і хімічного очищення їх продуктів обміну. Одним з перших виникло і розвинулося виробництво антибіотиків. У широких масштабах мікробіологічним дорогою отримують амінокислоти (лізин, глутамінова кислота, триптофан і ін.), ферменти, вітаміни, а також кормові дріжджі на нехарчовій сировині (сульфітні щелока, гідролізат деревини, торфу і з.-х.(сільськогосподарський) рослинні відходи, вуглеводні нафти і природного газу, фенольні або крохмальвмісні стічні води і т.д.). Здійснюється здобуття мікробіологічним шляхом полісахаридів і освоюється промисловий біосинтез ліпідів. Різко зросло вживання мікроорганізмів в сільському господарстві. Збільшилося виробництво бактерійних добрив, зокрема нітрагина, що готується з культур клубенькових бактерій, що фіксують азот в умовах симбіозу з бобовими рослинами, і вживаного для зараження насіння бобових культур. Новий напрям з.-х.(сільськогосподарський) М. пов'язано з мікробіологічними методами боротьби з комахами і їх личинками — шкідниками з.-х.(сільськогосподарський) рослин і лісів. Знайдені бактерії і гриби, що вбивають своїми токсинами цих шкідників, освоєно виробництво відповідних препаратів. Висушені клітки молочнокислих бактерій використовують для лікування кишкових захворювань людини і з.-х.(сільськогосподарський) тварин.

  Ділення мікроорганізмів на корисних і шкідливих умовно, т.к. оценка результатів їх діяльності залежить від умов, в яких вона виявляється. Так, розкладання целюлози мікроорганізмами важливе і корисно в рослинних залишках або при переварюванні їжі в травному тракті (тварини і людина не здатні засвоювати целюлозу без її попереднього гідролізу мікробним ферментом целюлазою). В той же час мікроорганізми, розкладаючі целюлозу, руйнують риболовні сіті, канати, картон, папір, книги, бавовняно-паперові тканини і т.д. Для здобуття білка мікроорганізми вирощують на вуглеводнях нафти або природного газу. Одночасно з цим великі кількості нафти і продуктів її переробки розкладаються мікроорганізмами на нафтових промислах або при їх зберіганні. Навіть хвороботворні мікроорганізми не можуть бути віднесені до абсолютно шкідливим т.к. из їх готують вакцини, що оберігають тварин або людину від захворювань. Псування мікроорганізмами рослинної і тваринної сировини, харчових продуктів, будівельних і промислових матеріалів і виробів привела до розробки різних способів їх оберігання (низька температура, висушування, стерилізація, консервація, додавання антибіотиків і консервантів, підкислення і т.п.). У ін. випадках виникає необхідність прискорити розкладання визначених хімічних речовин, наприклад пестицидів, в грунті. Велика роль мікроорганізмів при очищенні стічних вод (мінералізація речовин, що містяться в стічних водах).

  Підготовка кадрів мікробіологів здійснюється в СРСР на кафедрах М. університетів, з.-х.(сільськогосподарський), а також харчових вузів, медичних і ветеринарних інститутів; існують спеціальні кафедри мікробіологічної технології. Є Всесоюзне мікробіологічне суспільство і спілка медичних мікробіологів і епідеміологів (17 тис. членів). Провідна наукова установа в області загальної М. — Мікробіології інститут АН(Академія наук) СРСР. У багатьох АН(Академія наук) союзних республік створені мікробіологічні науково-дослідні інститути або відділи; організовані також галузеві інститути, інститути антибіотиків і ін. Роботи по різних розділах М. публікуються в журналах: «Мікробіологія» (з 1932), «Журнал мікробіології, епідеміології і імунобіології» (з 1924), «Прикладна біохімія і мікробіологія» (з 1965), «Mikpoбioлогiчній журнал» (Киïв, з 1934), а також в «Доповідях АН(Академія наук) СРСР» і в загальних біологічних журналах ; видається щорічник «Успіхи мікробіології» (з 1964). За кордоном видаються: «Journal of Bacteriology» (Balt., з 1916), «Annual Review of Microbiology» (Stanford, з 1947), «Annales de l''lnstitut Pasteur» (P., з 1887), «Archiv für Mikrobiologie» (B. — Hdlb., з 1930), «Zeitschrift für allgemeine Mikrobiologie» (Ст, з 1960) і ін.

 

  Літ.: Досягнення радянської мікробіології, М., 1959; Фробішер М., Основи мікробіології, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1965; Работнова І. Л., Загальна мікробіологія, М., 1966; «Мікробіологія», 1967, т. 36, ст 6 (Радянська мікробіологія за 50 років); Мейнелл Дж., Мейнелл Е., Експериментальна мікробіологія, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1967; Шлегель Р., Загальна мікробіологія, пер.(переведення) з йому.(німецький), М., 1972.

  А. А. Імшенецкий.