Презентация "Предмет и задачи микробиологии" – проект, доклад

ВВЕДЕНИЕ

1. Предмет и задачи микробиологии

Микробиология (от греч. micros – малый, bios – жизнь, logos – наука) – наука о микроскопически малых существах, называемых микроорганизмами. Микробиология изучает морфологию, физиологию, биохимию, систематику, генетику и экологию микроорганизмов, их роль и значение в круговороте веществ, в экономике, в патологии человека, животных и растений.

К микроорганизмам относятся преимущественно одноклеточные организмы – бактерии, микроскопические грибы и водоросли, простейшие, а также организмы с неклеточной организацией – вирусы. Предметом изучения микробиологии традиционно служат в основном бактерии, а также в общем плане организации рассматриваются вирусы.

в среднем линейные размеры бактерий находятся в пределах 0,5 – 3 мкм. клетки нитчатой серобактерии Beggiatoa alba имеют диаметр до 500 мкм; бактерии Achromatium oxaliferum имеют в длину 15–100 мкм при поперечнике примерно 5–33 мкм, а длина клеток спирохет может быть до 250 мкм. Самые мелкие из известных бактерий – микоплазмы, имеющие диаметр клеток 0,1–0,15 мкм. Размеры дрожжей, мицелиальных грибов, простейших и водорослей находятся в пределах 10–100 мкм

У микроорганизмов, в силу их малых размеров, очень велико отношение площади поверхности клетки к ее объему, что создает благоприятные условия для активного обмена с внешней средой

Одной из наиболее существенных особенностей микроорганизмов является высокая пластичность их метаболизма, что приводит к легкости приспособления к меняющимся условиям окружающей среды.

Другим следствием благодаря высокой пластичности метаболизма микроорганизмов является, по определению В.И.Вернадского, их «всюдность». Их можно обнаружить в арктических областях, в горячих источниках, в высоких слоях атмосферы, в шахтах с высоким содержанием сероводорода и т.д., чем они отличаются от практически всех растений и животных, которые часто распространены лишь на отдельных континентах или в географических зонах.

способность к быстрому размножению. В оптимальных условиях бактерии Escherichia coli могут делиться каждые 20 мин.

У микроорганизмов отсутствует дифференцировка на ткани и органы, что делает их непохожими на растения и животные.

Различия в строении клеток прокариот и эукариот

прокариотические микроорганизмы морфологически относительно слабо дифференцированы, поэтому основными формами бактерий, за немногими исключениями, считаются кокки, прямые и изогнутые палочки многие группы прокариот способны существовать только в анаэробных условиях (без доступа молекулярного кислорода), получая необходимую для роста энергию в результате брожения или анаэробного дыхания значительное количество бактерий могут специфически получать энергию путем окисления неорганических веществ. большая группа бактерий (фототрофные) обладает способностью использовать энергию солнечного света. среди бактерий различных таксономических групп широко распространена способность к фиксации молекулярного азота;

у подавляющего большинства бактерий размножение осуществляется путем бинарного поперечного деления, приводящего к образованию двух одинаковых дочерних клеток. У большинства грамположительных бактерий и нитчатых цианобактерий деление происходит путем синтеза поперечной перегородки, идущего от периферии к центру Клетки большинства грамотрицательных бактерий делятся путем перетяжки. Для представителей группы почкующихся бактерий, многих цианобактерий характерен способ размножения – почкование. Некоторые одноклеточные цианобактерии размножаются путем множественного деления. При этом образуется большое количества мелких клеток, получивших название баеоцитов

Актиномицеты размножаются либо фрагментами мицелия, либо путем образования неполовых спор. Эти способы размножения характерны для эукариотических микроорганизмов, однако отличаются от них тем, что у последних этим процессам предшествует митотическое деление ядра, а у бактерий митоз отсутствует

2. Значение микроорганизмов в природе и жизни человека

Процессы, в которых принимают участие микроорганизмы, являются определяющими и необходимыми звеньями круговорота таких элементов как углерод, азот, сера, фосфор, а также других биогенных элементов.

Микроорганизмы первыми поселяются на материнской горной породе и обусловливают почвообразовательные процессы. Микроорганизмы участвуют и в образовании гумуса, определяющего основное свойство почвы – плодородие. С другой стороны жизнедеятельность микроорганизмов обеспечивает доступность гумуса для растений. Особую роль в формировании и поддержании плодородия почвы играют бактерии, участвующие в круговороте азота в природе. Это азотфиксирующие бактерии, которые превращают недоступный для растений молекулярный азот атмосферного воздуха в связанный, обогащая тем самым почву соединениями азота. возвращение минерального азота в атмосферу осуществляют денитрифицирующие бактерии в процессе нитратного (анаэробного) дыхания.

Многие микроорганизмы образуют в процессе метаболизма и выделяют во внешнюю среду различные органические и неорганические кислоты, под действием которых нерастворимые в воде соли переходят в растворимую форму, благодаря чему улучшается питание растений. Микроорганизмы-редуценты – «санитары» природы. Микроорганизмы принимают активное участие в биологическом самоочищении водоемов, выполняя функцию по обезвреживанию и окислительной переработке поступающих в водоем загрязняющих веществ.

Широко используются микроорганизмы и в системах биологической очистки сточных вод. Биологическая очистка сточных вод производится на полях орошения и полях фильтрации, куда спускаются подлежащие очистке воды. Просачиваясь через слои почвы, они подвергаются окислительному воздействию целого комплекса почвенных микроорганизмов, в результате чего содержащиеся органические вещества полностью минерализуются. В настоящее время в связи с высоким уровнем развития промышленности и огромным количеством образующихся сточных вод, создаются специальные сооружения аэробной биологической очистки – биотенки, аэрофильтры и аэротенки

С давних пор процессы брожения применялись при приготовлении теста для хлеба, пива, вина, уксуса, кисломолочных продуктов, росяной мочке льна.

В настоящее время с помощью микроорганизмов в промышленных масштабах получают: микробный белок, аминокислоты (глутаминовая, треонин, лизин, пролин, глутамин), витамины (В12, рибофлавин), ферменты (амилазы, пектиназы, протеиназы, целлюлазы, липазы, изомеразы, трипсины), интерферон, инсулин, гормон роста человека, органические кислоты (лимонную, молочную, масляную, уксусную, глюконовую), этанол, глицерин, ацетон, бутанол, пропанол, бутандиол, полисахариды (декстраны, ксантаны, пуллулан, альгинат), средства защиты растений, антибиотики, стероиды, каротиноиды, нуклеотиды, картизон, преднизалон, гидрокартизон

Достижения микробиологии находят практическое применение в металлургии для извлечения различных металлов из руд. уже реализован способ микробиологического выщелачивания меди из сульфидной руды халькопирита. В перспективе – использование микроорганизмов для получения цветных и редких металлов – золота, свинца, германия, лития и др.

Микробиология внедрилась в такие традиционно небиологические производства, как получение энергетического сырья (биогаз метан), добыча нефти Микроорганизмы способны повышать прочность бетона: установлено, что добавление на тонну бетона нескольких килограммов биомассы микроорганизмов повышает прочность и пластичность строительного материала.

Успехи в области микробиологии открыли новые возможности в профилактике и лечении многих инфекционных заболеваний, в борьбе с которыми ранее медицина была бессильна. За сравнительно небольшой период времени почти полностью ликвидированы такие заболевания как чума, оспа, холера, малярия, являющиеся в прошлом бичом человечества. В настоящее время внимание микробиологов сосредоточено на проблеме злокачественных опухолей и синдроме приобретенного иммунитета. Изучение свойств патогенных микроорганизмов позволило получать в промышленных масштабах вакцины, сыворотки и другие лечебные препараты.

Таким образом, микробиология вносит существенный вклад в решение многих практических задач, проблем здравоохранения и сельского хозяйства, способствует развитию определенных отраслей промышленности.

3. История развития микробиологии

Антони Ван Левенгук (1632-1723)

Луи Пастер (1822-1895)

Роберт Кох (1843-1910)

Л.С.Ценковский (1822-1887)

И.И.Мечников (1845-1916)

Н.Ф.Гамалея (1859-1949)

Д.И.Ивановский (1864-1920)

М.Бейеринк (1851-1931)

В.Л.Омелянский (1867-1928)

Развитие микробиологии в ХХ веке ознаменовалось крупными открытиями в области биохимии и генетики микроорганизмов

1925 году Г.А.Надсон (1867-1940) впервые получил индуцированные мутации дрожжей последством облучения клеток рентгеновскими лучами. Он также изучал роль микроорганизмов в круговороте веществ в природе и их геологическую деятельность. В середине 50 гг. А.Клюйвер (1888-1956) и К. ван Ниль (1897- 1985) провели сравнительное биохимическое изучение относительно далеко отстоящих друг от друга физиологических групп микроорганизмов. Они обнаружили, что закономерности процессов энергетического и конструктивного метаболизма для всех микроорганизмов едины. На основании этого А.Клюйвер и К. ван Ниль сформулировали основы теории биохимического единства жизни.

В 1941 году американские исследователи Дж.Бидл и Э.Татум, изучая проявления индуцированных мутаций у грибов рода Neurospora, сумели приблизиться к пониманию функций генов и сформулировали свой знаменитый постулат «один ген – один фермент». В 1944 году американские ученые О.Эвери, К.Мак-Леод и М.Мак-Карти доказали роль ДНК в хранении и передаче наследственной информации, осуществив эксперименты по генетической трансформации у бактерий.

Исследования Дж. Ледерберга, Э.Татума и Н.Циндера в период с 1946 по 1952 гг. показали наличие половой дифференциации у бактерии. Они открыли и изучили трансдукцию и конъюгацию, а также закономерности рекомбинации генетического материала у бактерий при этих способах обмена генетической информацией. В 1953 году Дж.Уотсон и Фр.Крик расшифровали строение молекулы ДНК, раскрыли генетический код, механизмы репликации ДНК и регуляции синтеза белка.