План
Дві імперії і п'ять царств природи
Історичні відомості про відкриття мікроорганізмів
а) Левенгук
б) Луї Пастер
в) П. Ерліх
Мікроорганізми, особливості будови і форма, рух, життєдіяльність
а) Будова клітини
б) Фізико-біологічні властивості мікроорганізмів
в) Поширення в природі, види мікроорганізмів
Селекція мікроорганізмів
Доклеточний форми життя - Віруси
Переважна більшість нині живих організмів складається з клітин. Лише деякі примитивнейшие організми - віруси й фаги ре мають клітинної будови. Тому найважливішим ознакою все живе ділиться на дві імперії доклеточний (віруси та фаги) та клітинні (бактерії, гриби, рослини і тварини).
Уявлення про те, що все живе ділиться на два царства - тварин і рослин, нині застаріло. Сучасна біологія визнає поділ на п'ять царств - прокаріотів або дробянок, зелених рослин, грибів, тварин, окремо виділяються царство вірусів - доклітинних форм життя.
Проте з найбільш захоплюючих сторінок з історії біології є полювання за мікроорганізмами.
У той час, коли народився Левенгук, мікроскопів ще не було, а були тільки грубі ручні лупи, через які найбільше, що можна було побачити - цю десятицентову монету, збільшену до цей голландець не займався невпинно шліфуванням своїх чудових стекол, йому ймовірно, до самої смерті не довелося б побачити жодної істоти розмірами менше сирного кліща, одного разу він подивився через свою іграшкову, оправлене в золото, лінзу на краплю чистої дощової води і побачив, тоді те і пробив годину Левенгука цей прев ратник з Дельфта проник в новий світ фантастичних найдрібніших істот, які жили, народжувалися, боролися і вмирали, абсолютно невидимі і не відомі нікому від початку часів. Це були свого роду зверки протягом багатьох століть терзали і винищують цілі покоління людей, які в десять мільйонів разів більше їх самих. Це були істоти більш жахливі, ніж вогнедишні дракони і жахливі багатоголові гідри, про які розповідалося в казках і легендах, Це був невидимий, потайний, але невблаганний жорстокий, а часом і дружній світ, в який Левенгук заглянув перший зі всіх людей усього світу. Він наводив свою лінзу на різні сорти води, на воду витриману в закритому приміщенні лабораторії, на воду з горщика, поставлену на самої верхівки будинку, з холодного колодязя води в його саду. Йому ніколи не набридало дивитися, як "Вони жваво в'ються один біля одного, точно купа москітів у повітрі, від чого залежить гострий смак перцю" - поставив він одного разу собі запитання і висловив таку здогадку - Мабуть, це на перчинка є маленькі невидимі шипи, які колють мову, коли їси перець. Чи існують насправді ці шипи? Він почав возиться з сухим перцем. Він чхав, пітнів, але йому ніяк не вдавалося отримати маленьку перчинку, щоб її можна було кинути під мікроскоп. Він поклав перець на кілька тижнів у воду, щоб він розм'як, І тільки тоді за допомогою двох тонких голочок йому вдалося відщепи крихітну, майже невидиму, частку перцю і всмоктати її разом з краплею води в свою волосяну скляну трубочку. Він подивився в мікроскоп, там було щось таке, що приголомшило навіть цього сміливої людини, Передбачувані шипи були відразу забуті. З захоплюючим цікавістю маленького хлопчика, він не відриваючись, дивився на потішне видовище. Неймовірна кількість крихітних тварин всіляких порід швидко кидалося в усіх напрямках, Після цього досвіду Левенгук вирішив написати великим людям до Лондона. Але йому ніхто не повірив, Левенгук був ображений. Тоді він написав лист Королівському товариству Гуку і Нехемія Англії, У цьому листі були викладені всі досліди і як доказ, він написав, що деякі люди можуть підтвердити, Тоді Королівське товариство доручило Роберту Гру спорудити найкращі мікроскопи і приготувати перцевий настій з вищого сорту чорного перцю, 15 листопада 1677 Роберт Гук приніс на збори свій мікроскоп, а разом з тим і велике хвилювання,, бо виявилося, що Левенгук не збрехав, Так, вони були тут, ці чарівні зверки, Почесні члени зборів схоплювалися зі своїх місць і вигукували, Ця людина воістину великий дослідник, Це був день слави Левенгука, У 1831 році, через 32 роки після смерті блискучого Спаланцані (один з великих мисливців за мікробами), полювання за мікробами перебувала в стані повного застою, Споруджувалися чудові мікроскопи, але не було людину, яка гідна був би в них дивитися, В один із жовтневих днів 1831 дев'ятирічний хлопчик перелякано вискочив з натовпу від стогонів одного фермера Ніколя. Йому припікали укус скаженого вовка, розпеченим залізом. Цей хлопчик був Луї Пастер, син гарбарника в Арби а (назва місцевості у Франції), - "Батько, від чого бісяться вовки і собаки, І від чого людина помирає, коли його кусає скажена собака" - запитував Луї. Його батько був власник невеликого шкіряного заводу, старий сержант наполеонівської армії. Він бачив десятки тисяч людей, загиблих від куль, але не мав ні найменшого уявлення про те, чому людина вмирає від хвороби, Тим часом справа хилилося, до того, щоб відкласти мікробів в довгий ящик разом з дронта та іншими забутими тваринами Швед Лінней, один з захоплених класифікаторів багато працював над складанням карткового каталогу всіх живих істот, опускав руки, коли справа доходила до "незначних звіряток".
Вони занадто малі, дуже туманні, і ніхто ніколи про них нічого певного не дізнається - "віднесемо їх просто до категорії хаосу" - говорив Лінней.
Захищав їх тільки знаменитий круглолиций німець Еренберг, затівали порожні і гучні суперечки про те, чи є у маленьких тварин шлунки: чи представляють вони собою цілих тварин або є тільки частиною інших, більш великих тварин, чи дійсно вони тварини, або бути може маленькі рослини. У той час як Пастер схиляв свій плоский ніс і широкий лоб над безладної купою кристалів. Маленькі мікроби знову стали входити до відома завдяки роботам двох дослідників одинаків: одного з Франції, іншого з Німеччини. Скромний, але оригінальний француз канья де ля Тур в 1837 році вперше сунув свій ніс у великі чани на пивних заводах. Він змусив з одного такого чана кілька крапель піни і подивившись на неї в мікроскоп, зауважив, що знаходяться в ній крихітні кульки дріжджів випускають з себе бічні відростки, а ці відростки дають від себе нові крихітні кульки.
Вони живі, ці дріжджі вигукнув він.
Вони можуть розмножуватися так само, як і інші живі істоти. Каньяр був впевнений, що вони своєю життєдіяльністю перетворюють ячмінь в алкоголь.
Одного разу Пастер взяв краплю хворого вина поклав під мікроскоп і подивився. Він там не виявилося дріжджів. І раптом він побачив на поверхні вина в пляшки, з якої була взята крапля, в якій немає дріжджів якісь маленькі грудочки. Пастер взяв один з грудочок розтер в краплі чистої води і поклав під мікроскоп. Він побачив величезну масу крихітних палочкообразниє істот. Після цього він здогадався, що ці палочкообразниє істоти є таким же бродило для молочної кислоти, як дріжджі для алкоголю.
Пастер вирішив вивчати ці палички. "Неможливо вивчати ці палички в брудному масиві, взятому прямо з чанів" - подумав Пастер. - "Я повинен придумати для них особливе живильне середовище, щоб мати можливість спостерігати, як вони ростуть, розмножуються і дають потомство". Він пробував розпустити ці сірі грудочки в чистій цукрових воді, але нічого не вийшло, вони не захотіли в ній розмножуватися.
"Вони потребують більш поживної їжі" - подумав він, і після цілої низки невдач винайшов, нарешті, для них дивний поживний бульйон: він взяв сухих дріжджів прокип'ятив їх у чистій воді і гарненько процідив: потім він додав туди невелику кількість цукру і трохи вуглекислої вапна, щоб оберегти бульйон від окислення. Вістрям тонкої голки він виловив один сірий клубочок із соку великий бурякової маси, обережно посіяв цей грудочку у своєму бульйоні і поставив у термостат. Залишалося чекати. Найжахливіше в полюванні за мікробами, що результати не завжди виходять відразу, і доводиться іноді болісно і довго чекати. І Пастеру теж доводилося чекати. Так як він був професором і деканом наукової частини нормальної школи в Ліллі, де він вперше зіткнувся з питанням про мікроби. Він читав лекції на наукові теми, підписував різні папери, а й забігав на хвилиночку подивитися в термостат. І коли настав час дивитися, він наважувався. Він узяв з термостата одну краплю і поклав під мікроскоп. Все поле лінзи кишіло і вібрувало мільйонами крихітних танцюючих паличок.
Вони розмножувалися. Вони живі - прошепотів він про себе. Він повторював цей досвід десять днів поспіль. І все що зводилося до одного, що це шкідники. Що ці палички псують бродіння вина.
Незабаром Луї Пастер зі своєю дружиною переїхав до Парижа. Одного разу він взяв колбу і наповнив її молоком до половини, скип'ятив, потім запаювали вузьке горло. Він зберігав її три роки. Коли відкрив те, переконувався, що молоко добре збереглося. Після цього він багато фантазував над світом без мікробів, в якому достатньо кисню, але цей кисень не може бути використаний для руйнування мертвих рослин і тварин, тому що немає мікробів, що викликають окислення. Він представляв жахливу картину пустельних, неживих вулиць покритих горами не гниючих трупів.
Багато еволюціоністи, ботаніки вважали, що Пастеру не вдасться влаштувати, так щоб при наявності звичайного повітря в бульйоні зараз же не стали розвиватися дріжджові грибки, цвіль, вібріони та інші мікроскопічні істоти. Пастер намагався знайти спосіб ввести не нагріте повітря в кип'ячений бульйон, оберігши бульйон від попадання в нього мікробів. Але він не міг нічого підходящого придумати.
В один прекрасний день до нього в лабораторію зайшов професор Баляр (відкрив Бром).
Баляр сказав Луї Пастеру: "Послухайте мій друг, адже ні ви, ні я не віримо, що мікроби можуть самостійно зароджуватися в дріжджовому бульйоні, ми обидва знаємо, що вони потрапляють або заповзають туди разом з повітряною пилом, чи не так?"
"Так звичайно, але" - заперечив Луї Пастер.
Стривайте хвилиночку: - перебив Баляр - Чому ви не хочете спробувати таку штуку: налийте в колбу бульйон і закип'ятіть його, потім отвір колби поставте в такому положенні, щоб пил туди ніяк не могла потрапити, а повітря міг би входити в якій завгодно кількості.
Але як це зробити? - Запитав Пастер.
Дуже просто, - Візьміть колбу, налийте в неї бульйон, потім розплавте шийку колби на паяльної лампи і витягніть його в довгу, тонку спускаються до низу трубку. Надайте трубці таку форму, яку зраджує лебідь своїй шиї, коли хоче що-небудь узяти з води.
Після цього Пастер все зрозумів.
Значить, мікроби не можуть потрапити в колбу, тому, що пилинки, на яких вони сидять, не можуть падати знизу в верх. І він взявся до роботи. Приготувавши все Пастер зробив цей досвід. Незабаром він подивився на результат, в якому він побачив чудовий, прозорий дріжджовий бульйон. Не залишалося сумнівів в тому, що система Баляра доводить, що мимовільне зародження - дурниця і нісенітниця.
Незабаром Пастер довів, що саме мікроби є причиною багатьох хвороб. Так на науковій вечірці у Сорбоні Пастер виступив з популярним доповіддю в присутності знаменитого романіста Олександра Дюма. Він представив їм у цей вечір науковий водевіль, після якого його слухачі поверталися додому в страху і зневіру. Він показував їм світлові зображення різних видів мікробів; він таємниче гасив у залі вогні і потім раптово прорізав темряву яскравим променем світла.
Подивіться на тисячі танцюючих порошин у світлі цього променя! - Вигукував він. Адже повітря цього залу кишить порошинами, тисячами мільйонами цих незначних, нічого собою не представляють пилинок. Але не ставитеся до них дуже зневажливо: вони несуть іноді з собою хворобу і смерть-тиф, холера, жовту лихоманку і безліч інших хвороб.
Пауль Ерліх був дуже веселою людиною. Він викурював до 25 сигар на день, не проти був випити кухоль пива зі своїм старим лабораторним служителем і десяток інший кухлів з німецькими, англійськими і американськими колегами. Будучи цілком сучасною людиною, він все ж таки схожий на щось середньовічне своїй знаменитій, часто повторюваною фразою "Потрібно навчиться стріляти по мікробам чарівними кулями". Завдяки своїй веселості і скромності Ерліх легко набував друзів але, будучи разом з тим і не дурним людиною, він старався, щоб у число цих друзів потрапляли іноді і впливові люди. Всі свої знання та ідеї П. Ерліх черпав із книжок. Вся його життя протікало серед наукової літератури Його будинок, і лабораторія були заповнені книжками.
У 1901 році він прочитав про дослідження Альфонса Лаверан, і з цього, власне, почалися його восьмирічні пошуки магічних куль. Лаверан як відомо відкрив мікроб малярії, а останнім часом наполегливо працював над тріпанозонамі. Вони викликають у коней хвороба Кадера з поразкою всієї задньої частини тіла. Цього було достатньо, щоб запалити Ерліха.
Ось чудовий мікроб для моїх цілей. По-перше, він великих розмірів і його легко спостерігати і, по-друге, він чудово розмножується в мишах і вбиває їх з чудовою регулярністю. Він вбиває мишей завжди. У 1902 році П. Ерліх приступив до справи. Він привів у бойовий порядок всю свою армію блискучих, виблискуючих сліпучих кросок.
Одного разу сидячи на своєму єдиному стільці в кабінеті він прочитав в якомусь хімічному журналі про новий патентовані засоби. Воно називалося "Атоксіл" - це означає "не отруйний". До його складу входило бензельное кільце, шість атомів вуглецю, чотири атома водню, трохи амонію, окис миш'яку. Від Атоксілу вмирали миші, уражені сонною хворобою. У своїй лабораторії П. Ерліх встановив, що Атоксіл може бути видозмінений. Його можна переробляти в нескінченне, майже необмежену кількість препаратів миш'яку, абсолютно не порушуючи комбінації бензолу з миш'яком. Після цього П. Ерліх пішов в кабінет свого головного хіміка Бертхейма.
Атоксіл може бути видозмінений. І Ерліх став креслити на папери тисячі найрізноманітніших фантастичних схем - Бертхейм ніяк не міг встояти перед цим. Вони робили досліди з тими шістьма ста шести різними препаратами миш'яку.
Але незабаром виявилося, що знищуючи лютих тріпанозом хвороби Кадера, це чудове ліки, одночасно перетворюючи кров мишей у воду або вбивало їх, пов'язуючи в злоякісну жовтяницю.
Спалюючи себе з двох кінців - т.к йому було вже за п'ятдесят, і смерть була не за горамі.П. Ерліх наткнувся на свій знаменитий препарат "606", який йому, звичайно, ніколи в житті не вдалося б знайти без допомоги Бертхейма. Цей препарат "606" носив назву "диоксидиамминоарсенобензолдигидрохлорид". Його вбивчу дію на тріпанозом було пропорційно довжині його назву. Перше ж вливання абсолютно очищала кров мишеняти від цих лютих збудників хвороби Кадера, вбиваючи їх до останнього, щоб ні один не міг піти і розповісти, цю страшну новину своїм побратимам. Цей препарат був абсолютно без шкідливий. У 1906 році П. Ерліх прочитав про відкриття німецьким зоологом Шаудином тонкого блідого спірахеобразного мікроба і довів, що він то і є збудником сифілісу. Шаудином вважав, що спірахету можна віднести до родичів тріпанозомов. І тоді Ерліх подумав і сказав - "Якщо спірахета - кузінатріпанозоме, то" 606 "повинен діяти і на спірахету. І він зараз же це перевірив на кролик, результат виявився прекрасним.
Після цього він пише листа своєму другові доктору Конрат Альту. "Не будеш ти такий люб'язний, використовувати мій новий препарат" 606 "на людині, яка страждає сифілісом".
Альт відповів: - "з задоволенням".
Настав 1910 рік, найславетніший рік у житті П. Ерліха. В один із днів цього року з'явився на науковому конгресі в Кенігсберзі і був зустрінутий овацією. Він повідомив про те, як була знайдена, нарешті, магічна куля. Він зобразив весь жах сифілісу, що приводив хворих до смерті або в притулок для ідіотів тобто псих лікарня. Він розповів кілька випадків, коли хворі були вже засуджені до смерті. Одного вливання "606" було достатньо, щоб повернути їх до життя і поставити на ноги. Вони додавали у вазі по дванадцять кілограмів. Він повідомив про один нещасний, у якого ковтка була така жахлива, що протягом декількох місяців його годували через трубку. О другій годині дня йому було зроблено вливання "606", а до вечері він вже їв бутерброд з ковбасою.
Таким чином: Левенгук вперше відкрив мікроби, і довів, що вони знаходяться абсолютно скрізь; Луї Пастер довів, що саме в них знаходиться опастность; Пауль Ерліх зміг винайти "магічну кулю" проти тріпанозом.
Мікроорганізми живуть практично скрізь: у воді, грунті, повітрі, на поверхнях рослин і тварин, в травних трактах тварин і самої людини; багатовікові льодовики Антрактіди: вічна мерзлота Чукотки; киплячі гідротермальні джерела; найглибші западини світового океану; води охолоджувальних контурів ядерних реакторів, заселені мікроорганізмами. Зараз відомо близько 2500 видів бактерій. Бактерії належать до прокариотам - це найпростіші, дрібні і найбільш поширені організми. Бактеріальні клітини мають ядра, покритого ядерною оболонкою і набору хромосом, характерного для еукаріот. У бактерії відсутній процес розмноження.
В основі морфології клітин прокаріотів лежать дві основні форми - кулю і циліндр. Розрізняють коки - кулясті клітини та їх угруповання, прямі палички-баціли, короткі вигнуті - вібріони, звиті - спірили і спіротехти. Відомі бактерії мають форму куба, плоского диска і трикутника.
Будова бактеріальної клітини: клітинна стінка; цитоплазматична мембрана, навко цитоплазму з нуклеідом і рибосоми. Цитоплазматична мембрана у деяких прокаріотів утворює випинання всередину клітини - інвагінації або утворює мембранні тільця. У клітці, в залежності від особливості метаболізму можуть бути присутніми мембранні структури необхідні, наприклад, для здійснення фотосинтезу.
Залежно від будови клітинної стінки, бактерії діляться на грампозитивні і грамнегативні, названі на ім'я бактеріолога Грама, який відкрив особливості забарвлення клітин бактерій. Грампозитивні бактерії забарвлюються за Грамом у фіолетовий колір (до них відносяться стофілококкі, стрептококи, збудники сибірської виразки, правця, газової гангрени тощо) Грамнегативні не фарбуються за цим методом (це менінгококи, кишкова паличка і ін) Клітинна стінка є сітчасту структуру, що розрізняються в різних груп бактерії товщиною (багатошарова і одношарова) і хімічним складом. Основним компонентом, що забезпечує ригідність клітинної стінки, гетерополімер "пептидогликан". Він складається з вуглеводневої компонента і короткого пептиду. Але є бактерії мікроплазми, не мають ніякої клітинної стінки.
Цитоплазматична мембрана, клітини прокаріотів є білково-ліпідний комплекс, в якому 50-75% білків і 15-45% ліпідів. В даний час фахівці сходяться на думці, що мембрана являє собою рідкокристалічні структуру і не є симетричною, як це здається під електронним мікроскопом. Завдяки такій структурі вона виконує свої численні функції. Перш за все, бар'єрна, транспортна (переносить іони і молекули в клітину і з клітини) і енергетична функції. На мембрані локалізовані ферменти, що здійснюють синтез молекул, що володіють високоенергетичними зв'язками, енергія, яка потрібна для каталізу біологічних реакцій клітини. У цитоплазматичній мембрані "вбудована" і дихальна ланцюг - система переносників електронів. Поверхня клітини може бути покрита полисахаридной або білкової капсулою. Для пересування в живому середовищі деякі клітини прокаріотів, як і еукаріот мають одним-двома або численними джгутиками. Іноді клітка буває покрита численними ворсинками, які поряд з капсульної матеріалом грають важливу роль в прикріпленні клітини до поверхні чого-небудь.
Цитоплазма бактерій оточена плазматичною мембраною, на внутрішній поверхні якої локалізовані численні ферменти. У цитоплазмі виявляють велику кількість рибосом і гранулярних включень, а також один або дві ділянки, де концентрується ДНК.
Джгутики і фімбрії. Деякі бактерії мають дуже тонкі та міцні спіральні джгутики, у кілька разів довші, ніж самі клітини. Джгутики здійснюють швидкі обертальні рухи й сприяють руху бактерій. Бактерії для своїх розмірів пересуваються дуже швидко, за одну секунду вони долають відстань рівне приблизно 20 діаметром самої бактеріальної клітини.
Джгутики бактерій довгі 12-13 міліметра, тонкі і хвилеподібно зігнуті. Діаметр їх зазвичай 10-12 нм, тому їх не можна побачити у світловий мікроскоп. У деяких бактерій джгутики рівномірно розподілені по всій поверхні клітини, в інших прикріплені до одного або до обох кінців. Кожен джгутик складається з однієї жорсткої молекули білка флагелліна.
Фімбрії (ворсинки) коротше і прямо, ніж джгутики: їх діаметр близько 7,5-10 нм. Фімбрії характерні головним чином для грамнегативних бактерій. Порожні ворсинки утворюються на клітинах під час кон'югації, проте їх точна функція поки невідома. Можливо, вони переносять ДНК або сприяють з'єднанню клітин. У більшості випадків ворсинки допомагають, бактеріям прикріплюється до певних мембран.
Незважаючи на простоту організації, бактерії можуть реагувати на певні подразники, рухаючись в напрямку дедалі більшого концентрації їжі або кисню. Бактерії мають специфічну чутливістю до живильних різних речовин, наприклад цукром. Після того як клітини отримують сигнал про "залучають" (атрактантів) або "відштовхують" (репелентах) речовинах, вони можуть вибрати потрібне їм напрямок руху. Атрактанти спричиняють обертання джгутиків проти годинникової стрілки, а репеленти - навпаки, по годинникової стрілки. Таким чином "пробіжки" здійснюються за рахунок обертання джгутиків, а "перекидання" - за рахунок обертового руху. При тривалому русі джгутики працюють разом і збираються в пучок на задньому кінці клітини, незважаючи на те що розташовані практично по всій поверхні.
Зовсім інший спосіб руху виявлений у нитчастих ціанобактерій і у бактерій, позбавлених джгутиків. Рух цих мікроорганізмів є ковзання, але може включати і обертання вздовж поздовжньої осі клітини. Короткі сегменти, отчлененіе від колонії ціанобактерій можуть ковзати зі швидкістю близько 10 мкм / с. Руху сприяють виділення слизу через суперечки клітинної оболонки та освіта скорочувальних хвиль на її зовнішній поверхні.
Розмножуються мікроорганізми поділом клітини на дві рівні або брунькуванням, що особливо характерно для багатьох дріжджів. Лише деяким бактеріям властиво утворення спеціальних "органів" розмноження (ціанобактерії, миксобактерии, актиноміцети). Для переживання несприятливих умов, деякі бактерії в своєму життєвому циклі мають стадію спокою. В одних бактерій така стадія спокою пов'язана з утворенням однієї або рідше декількох ендоспори. Після руйнування клітини - ці спори потрапляють у навколишнє середовище і т.к, вони вкрай стійкі до будь-якого роду зовнішніх впливів (температурі, радіації, висушування і ін) то можуть збережуться десятки, сотні і навіть тисячі років. При потрапляння в сприятливі умови такі спори проростають, даючи вегетативні клітини. Деякі інші бактерії утворюють покояться форми у вигляді цист, екзоспори і мікроспор.
Для існування мікроорганізмів необхідні джерела вуглецю і енергії. За типом споживаного вуглецю поділяються на гетеротрофів (використовують вуглець в органічній формі) і автотрофів (використовують вуглець вуглекислоти). За типом джерела енергії їх можна розділити на фототрофів (використовують сонячне світло) і хемотрофов (у них джерело енергії - окислювання органічних або неорганічних речовин). 2 O и H 2 S ). За типом джерела електронів, що використовуються в окислювально-відновних реакціях розрізняють органотрофов і літотрофов, які отримують електрони з неорганічних сполук (H 2 O і H 2 S). У більшості бактерій окислювально-відновні процеси проходять з використанням атмосферного кисню, тобто відщеплюються при окислюванні субстрату, водень з'єднується з киснем повітря. Такий тип дихання називається аеробним. У деяких мікроорганізмів акцептором водню є кисень, що міститься у зв'язаному стані в неорганічних сполуках азоту або сірки - у нітратах або сульфату. Таке дихання проходить у відсутності атмосферного повітря і називається анаеробним диханням. Серед еукаріот і прокаріот відомі мікроорганізми здатні переключаться з кисневого існування на бескислородное їх називають факультативними анаеробами (кишкова паличка). Поряд з цим існує й суворі анаероби, які при контакті з киснем повітря гинуть. До таких відносяться метаноутворюючих бактерії та ін На відміну від тварин, мікроорганізми не можуть поглинати високомолекулярні речовини. Для їх зростання і розвитку необхідні низькомолекулярні речовини. . P . Na . K . Fe и другие макроэлементы, а также микроэлементы Co . Mo . Zn . Cu . W и другие. Для зростання і розвитку необхідні крім органічних і неорганічних речовин: N. P. Na. K. Fe та інші макроелементи, а також мікроелементи Co. Mo. Zn. Cu. W та інші. Як правило, для кожного з потрібних речовин, клітина має свою транспортну систему, яка локалізована в цитоплазматичній мембрані. Найважливішим після вуглецю елементом для бактерій є азот. Частина мікроорганізмів придбала здатність використовувати його в газоподібному стані. Цей процес називається азотофікаціей і має величезне екологічне і практичне значення.
Я спробую охарактеризувати більш відомі групи мікроорганізмів.
а) Гетеротрофи - вони не здатні синтезувати органічні сполуки з простих неорганічних, а повинні отримувати їх у готовому вигляді. Найбільша група гетеротрофних бактерій - це "сопробіонти". Вони харчуються мертвим органічним матеріалом. Сопробіонти бактерії і гриби відповідальні за розкладання і круговорот органічної речовини в грунті; багато утворені при цьому сполуки мають специфічний запах.
б) хемоавтотрофними бактерії отримують енергію, необхідну для здійснення синтетичних реакцій, шляхом окислення неорганічних речовин, які забезпечують їх енергією подібно до світла у фотосинтезуючих організмів. Бактерії, що живуть у глибоководних кратерах при температурі вище 360 градусів теж хемосинтетики. Вони отримують енергію перетворюючи сульфід водню у сірку, і крім того забезпечують енергією ціле співтовариство організмів живуть в повній темряві океанічних глибин.
в) Архебактерії - це суворі анаероби, метаноутворюючих бактерії - вони живуть у шлунково - кишковому тракті жуйних тварин, у стічних водах, болотах і в глибині моря. Більшість запасів природного газу пов'язано з діяльністю метаноутворюючих бактерій. Метанобактеріі відрізняються великим морфологічним різноманітністю. Проте К. Уозом і його колегами з Іллінського університету було доведено, що різні форми метанобактерій мають гамотологіческіе послідовні рРНК, що свідчить про їх спорідненість. Дивним виявився факт, що ці послідовності підстав різко відрізняються від таких у рРНК інших бактерій і еукаріотів. 2 и H 2. На підставі викладених фактів було висловлено припущення, що метанобактеріі з'явилися на Землі близько 3-х мільярдів років тому, коли атмосфера була бескіслородой, але збагаченої CO 2 і H 2. Зараз вони живуть тільки в прерозподіл специфічних умовах. Відмінність метанобактерій від інших груп бактерій призвели до того, що їх можна віднести до окремого царства - архей.
А тепер можна підвести підсумок на основі вищевикладеного. Які мікроби приносять користь, а які шкодять і навіть викликають багато смертельні, іноді хвороби людини, тварин і рослин.
а) Різні групи мікроорганізмів беруть участь в окремих етапах розкладання і кругообігу речовин, що відбуваються в грунті. Багато бактерії і гриби мають у своєму розпорядженні вуглецевомістких з'єднання і виділяють в атмосферу СО2. Найбільш важливі органічні речовини рослинного - целюлоза, лігнін, пектини, крохмаль і цукор. Встановлено, що понад 90% СО2 утворюється в біосфері в результаті діяльності бактерій і грибів. 2). Багато мікроорганізмів використовують процес амоніфікація - розкладання амінокислот з виділенням іонів амонію (NH 2). 2-), а нитрит до нитрата ( NO 4-). Амоній може окислити до нітрату (NO 2 -), а нітрит до нітрату (NO 4 -). Окислення амонію в нітрити та нітрати називають нітрифікації. Цей процес йде з виділенням енергії. Де нітрифікація - перетворення нітратів у газоподібний азот або оксид азоту - призводить до зменшення азоту в грунті. Процес зворотний де нітрифікації, називається фіксацією азоту. З усіх живих організмів тільки бактерії кількох родів здатні до фіксації атмосферного азоту. Найбільш відомі з них - це симбіотичні бактерії, які утворюють бульби на коренях бобових і деяких інших рослин.
б) Хвороби людини.
Деякі хвороби людини передаються повітряно - крапельним шляхом. Такі як: бактеріальна пневмонія, коклюш, дифтерит. В даний час дифтерит зустрічається досить рідко, оскільки більшість дітей вакцинують проти нього. Збудник туберкульозу залишається ще причиною смерті багатьох людей, незважаючи на удосконалення методів діагностики лікування. Чума - гостре інфекційне захворювання людини і тварин. Викликається бактеріальної - чумний паличкою. Холера викликає гострі кишково-шлункові розлади і зневоднення організму. Збудник - бактерія холерний вібріон. Переноситься через воду, їжу.
Цілий ряд інших хвороб бактеріального походження передається через воду і їжу. Прикладом можуть служити черевний тиф, паратиф, дизентерія. Бруцельоз небезпечний як для тварин, так і для людини, яка заражається через молоко від інфікованої корови. У 1976 році була вперше виявлена "хвороба легіонерів", яка передається через питну воду. Від цієї таємничої хвороби легенів загинуло 34 члени Американського легіону на конференції у Філадельфії. Виявляється, що дана хвороба викликається невеликий палочковидной бактерією з джгутиками. Ці бактерії з теплої води потрапляють в організм людини і швидко розмножуються в моноцитах, білих клітинах крові, відіграє чималу роль в імунітеті. Встановлено, що "хвороба легіонерів" охопила в США близько 50 тис. чоловік, причому 15 - 20% з летальним результатом. Бактерії викликають гниття продуктів харчування та інших органічних матеріалів, і деякі надзвичайно небезпечні для людини.
в) Хвороби рослин.
Майже всі рослини схильні бактеріального зараження. Більшість патогенів рослин відносяться до бацили (паличкоподібні формах), багато хто з них паразитують в рослині - господаря. Симптоми захворювань, викликані патогенними бактеріям, різноманітні, більшість випадків - це плями на стеблах, листках, квітках і плодах. Багато що завдають економічних збитків захворювань рослин, такі як опік, яблунь та груші призводить до загибелі молодих дерев протягом одного сезону. Бактеріальна м'яка гниль вражає м'ясисті запасаючі частини овочів, такі як бульби (картопля), цибулини, а також соковиті плоди - томати, баклажани та багато інших. ін Бактеріальні вила провідних тканин вражають тільки трав'янисті рослини. Галл пагонів, Галл цукрового очерету, волосяний або патлатий корінь, кільцева гниль картоплі, плямистість плодів, рак цитрусових, опік горіхів, парша картоплі. Всі ці захворювання рослин викликані мікроорганізмами.
Мікроорганізми - це живі істоти, що мають свою будову і функції. Це істоти, що живуть не в певній точці Земної кулі, а по всій планеті. Їх можна віднести: декого до корисним, а деяких до шкідників, які призводять до масової загибелі людини, тварин і рослин.
З давніх часів людина використовувала мікроорганізми для заготівлі в прок фруктів і овочів, отримання кисломолочних продуктів, в хлібопеченні, виноробстві, пивоварінні. Зараз область значення застосування мікроорганізмів у науковій промисловості, в такій як селекція. Як правило, природні штампи мікроорганізмів володіють незначною "дозою" корисного для людини ознаки, тому після виділення мікроорганізмів з потрібним властивістю, виникає завдання посилити цю властивість. В даний час такі завдання можна вирішити за допомогою традиційних методів селекції або нових методів генетичної і клітинної інженерії.
Генетична інженерія - конструювання функціонально активних хімічних структур (рекомбінантних ДНК), з наступним введенням їх в клітку прокаріотних або еукаріотних організму.
Клітинна інженерія - конструювання клітин з основним геном, шляхом штучного об'єднання цілих клітин. Селекція мікроорганізмів і робота з їх генетичним матеріалом значно полегшує завдяки цілому ряду властивостей цих організмів. Вони швидко ростуть і розмножуються. Відомо кілька етапів селекції.
1 етап - виділення або вибір мікроорганізму, здатного виробляти необхідний продукт. Вибір одного з багатьох різних організмів, здатних виробляти один і той самий продукт, визначається багатьма факторами, наприклад: продуктивністю, технологічністю організму, його вивченістю і ін
2 етап - посилення здатності відібраного організму до синтезу необхідного продукту.
Найбільш ефективний спосіб отримання високопродуктивних штампів - мутагенез. З деякою часткою умовності можна вважати, що бактеріальна хромосома складається з структурних і регулярних генів. У синтезі будь-якого, навіть самого простого речовини задіяно безліч генів і ферментів. Для синтезу необхідно, щоб в клітку надійшов вихідний матеріал - субстракт. Поступив в клітку субстракт повинен піддадуться перетворенням у процесі походження за метаболістіческім шляхах, в результаті чого утворюється попередник відповідного продукту. У цьому процесі також задіяно безліч структурних та регулярних генів і ферментів. Таким чином, мутація, що відбулася в тому чи іншому гені, може відбитися на освіті потрібного продукту. У місці з тим, не всяка мутація може призвести до сверхсинтезу цікавить селекціонера речовини. Мутантні організми можуть бути отримані і без будь-якого зовнішнього впливу, в результаті спонтанних мутацій. Проте вірогідність їх виникнення невелика. Для збільшення кількості мутантних організмів використовують індукований мутагенез. Клітини обробляють різними мутагенами: іонізуючим випромінюванням або, частіше, УФ - світлом; хімічними мутагенами у вигляді розчинів алкилирующих агентів або у вигляді газів. Після певного часу контакту мутагену з організмом, мутаген видаляють, а клітини висівають на соответствующею середу. У селекційній роботі зазвичай використовують такі дози мутагенів, після впливу яких виживає від 0,1 до 50-80% клітин. Серед колоній утворених клітинами, що зазнали дії мутагенів, проводиться відбір мутантів з бажаними властивостями. Відомі два основні шляхи відбору мутантних штампів. Перший - це перевірка результатів "випадкових" мутацій з кількісною оцінкою шуканого ознаки, наприклад, синтезу амінокислоти, вітаміну і ін Цей прийом використовується в тому випадку, якщо селекціонер не має відомостей, його регуляції і т.д. При цьому з вирослих колоній відбирається поспіль необхідне їх кількість і всі вони тотально перевіряються на здатність до синтезу шуканого речовини.
Найбільш активні з відібраних продуцентів знову проводять мутагенному впливу. Другий - це відбір мутантів, стійких до структурних аналогів метаболітів - амінокислот, пуринів, піримідинів. Згідно з цим методом, клітини, відібрані мутагеном, просівають в чашки Петрі на мінімальну середу, містить структурний аналог метаболіту, наприклад, амінокислоти. Цей аналог надходить у клітину і імітує (для регуляторних систем клітини) надлишок цього метаболіту в середовищі, викликаючи тим самим придушення синтезу цієї амінокислоти. Клітини при цьому рости, не можуть тому структурний аналог амінокислоти не вбудовується в поліпептидний ланцюг і синтез білків припиняється. Однак через деякий час з'являються мутанти, які подолали тим чи іншим шляхом дію аналога і здатних до подальшого розвитку. Якщо при цьому в результаті мутації порушувалася регуляція синтезу амінокислоти тобто синтез не пригнічується навіть за наявності надлишку її в середовищі, то такі мутанти стають сверхпродуцентов цієї речовини. У цьому випадку всі здатні до росту і розвитку клітини можуть виявитися сверхпродуцентов. Буває, що в результаті мутації порушується не регуляція синтезу речовини, а транспорт його аналога з середовища в клітину. У цьому випадку синтез амінокислоти не пригнічується, клітина росте нормально, але сверхпродуцентов вона не є. На основі використання мутагенезу вдалося, наприклад, підвищити продуктивність штампів, синтезуючої пініцілін в 300-35 разів, а продуктивність штампів, що утворюють амінокислоту лізин в 300-400 разів Так само є ще один метод селекції мікроорганізмів. Це один з методів клітинної інженерії - метод генетичних рекомбінантів. Він грунтується на злиття протопластів клітин.
Після отримання високопродуктивного штампу будь-якого продукту постають проблеми зберігання цього штампу та підтримки його високої продуктивності. Існують кілька методів тривалого зберігання культур продуцентів. Один з найбільш простих, але не найефектніших методів є регулярний пересівання штампу на свіжу середу. При такому методі може відбуватися зниження продуктивності штампа через спонтанного метагенеза і поступового відбору не самих високо продуктивних клітин, а самих пристосованих до даних умов культивування.
В останні роки успішно застосовується спосіб збереження культур шляхом їх глибокого і різкого заморожування, наприклад, в рідкому азоті, а в деяких випадках і в сухому льоді (у твердому стані).
Мікроорганізми і продукти їх життєдіяльність в даний час широко використовується в промисловості, сільському господарстві, медицині.
Мікробна біомаса використовується як корм худобі. Мікробна біомаса деяких культур використовується у вигляді різноманітних заквасок, які застосовуються в харчовій промисловості. Так приготування хліба, пива, вин, спирту, оцту, кисломолочних продуктів сирів і багатьох продуктів. Інший важливий напрям-це використання продуктів життєдіяльності мікроорганізмів. Продукти життєдіяльності по природі цих речовин і по значущості для продуцента можна розділити на три групи.
1. група - це великі молекули з молекулярною масою. Сюди відносяться різноманітні ферменти (ліпази і т.д.) і полісахариди. Використання їх надзвичайно широка - від харчової та текстильної промисловості до нафтовидобувної.
2. група - це первинні метаноболіти, до яких відноситься речовини, необхідні для росту і розвитку самої клітини: амінокислоти, органічні кислоти, вітаміни та інші.
3. група - вторинні метаноболіти. До них відноситься: антибіотики, токсини, алкалоїди, фактори росту та ін Важливий напрямок біотехнології - використанні мікроорганізмів як біотехнічних агентів для перетворення або трансформації деяких речовин, очищення вод, грунтів та повітря від забруднювачів. Також у видобутку нафти мікроорганізми відіграють важливу роль. Традиційним способом з нафтового пласта витягується не більше 50% нафти. Продукти життєдіяльності бактерій, накопичуючи в пласті, сприяють витіснення нафти і більше повного виходу її на поверхню.
Величезна роль мікроорганізмів у створенні підтримці і збереженні грунтової родючості. Вони беруть до участі в освіті грунтового перегною - гумусу. Застосовуються у підвищенні врожайності сільськогосподарських культур.
В останні роки почалось розвиватися ще одне принципово новий напрям біотехнології - біс клітинна біотехнологія.
Селекція мікроорганізмів заснована на тому, що мікроорганізми приносять величезну користь у промисловості, в сільському господарстві, у тваринному і рослинному світі.
Існування вірусів було вперше встановлено при вивченні мозаїчної хвороби тютюну. До 1930-х років віруси розглядалися як найдрібніші бактерії. У 1933 році ця точка зору була спростована. Уендел Стенлі, який працював у Рокфеллерівському інституті, отримав екстракт вірусу тютюнової мозаїки та інфікованих рослин і очистив його. Очищений вірус осаджувався у вигляді кристалів. Кристалізація - це один з головних тестів на наявність хімічно чистої сполуки, що не містить домішки: таким чином, стало ясно, що хімічної точки зору вірус набагато простіше живого організму.
Імперія до клітинних складається з єдиного царства - віруси. Це дрібні організми, їх розміри від 12 до 500 мкм. Лише самі великі віруси (віспа) можна побачити при дуже великому збільшенні (у 1800 - 7200 разів) оптичного мікроскопа. Розміри дрібних вірусів рівні великим молекул білка. Віруси - паразити клітин тварин, рослин, бактерій. Віруси бактерій називаються - бактеріофагами.
Найважливіші особливості Вони можуть існувати лише як внутрішньоклітинні паразити і не можуть розмножуватися поза клітинами тих організмів, в яких паразитують.
Містять лише один з типів нуклеїнових кислот ДНК або РНК.
Віруси в перші були відкриті в 1892 р. видатним російським біологом Д.І. Івановим, який став засновником вірусології.
Зараз відомо близько 200 форм тварин вірусів, 170 рослинних вірусів і 50 бактеріальних вірусів. Ніхто не знає, скільки існує вірусів, майже завжди можна виділити нові віруси.
Чималу роль віруси грають в еволюції організмів. Віруси - потужний мутагенний чинник. Після вірусних захворювань у людини і тварин різко зростає кількість пошкоджених хромосом. Таким чином, віруси є постачальниками нових мутацій для природного відбору. Геном вірусу може включатися в геном господаря, і віруси можуть переносити генетичну інформацію. За допомогою електронного мікроскопа вивчена структура вірусів. Вірус тютюнової мозаїки, наприклад має паличкоподібну форму; його довжина становить 300нм і діаметр 15Нм. До складу вірусу входить єдина молекула РНК в 6000 нуклеотидів. Виводячи основні групи вірусів такі як РНК - що містяться віруси, ДНК - що містяться віруси, віроіди і багато інших. Одно-ланцюгові РНК - що містяться віруси поділяються на віруси позитивним (плюс Стек гілок) і негативним (мінус Стек гілок) геномами. У першому випадку РНК функціонує як матрична, у другому випадку на ній утворюється компліментарна ланцюг, яка служить для синтезу мРНК вірусу. Позитивні діляться на оболонкой і безоболонкові. Наприклад, вірус тютюнової мозаїки має оболонку, а вірус поліаміліта і ящура не має оболонку. До позитивних вірусів відносяться арбовіруси вони переносять жовту лихоманку.
Негативні віруси викликають сказ, кір, свинка, хвороба Ньюкасла домашніх птахів.
ДНК містяться віруси викликають паппіломи і герпес. Зараження герпесом призводить до появи виразкових і гнійних пухирців. Також герпес викликає захворювання статевих органів, вітряну віспу, лишай і деякі види раку. Гепатит "Б" викликає, що містяться частково двох цепочно ДНК, а гепатит "А" викликає РНК - містяться вірусів. Вероіди - це найдрібніші з відомих збудників хвороби; вони набагато менше вірусних генів і позбавлені білкової оболонки. Відомі вероіди рослин, вони складаються з однониткових молекули РНК, яка автономно реплікується в заряджених клітинах. Один з віроіди став причиною загибелі мільйонів кокосових пальм на Філіппінах.
Віруси також вражають бактерії, які називаються бактеріофагами або фагами. Один з поширених фагів - Т4. Він має складну структуру, ніж у вірусів. Довжина його 100нм, а сам фаг складається з п'яти "частин": чохла відростка, здатного до скорочення, базальної пластинки і ниток відростка. Довга молекула ДНК укладена у вигляді спіралі головки фага.
Віруси розмножуються, використовуючи генетичний апарат клітини. Розмноження вірусу відбувається у три етапи: вірусні нуклеїнові кислоти "змушують" клітину синтезувати нові віруси ферменти; синтезуються в необхідній кількості вірус специфічні нуклеїнових кислот і білків; відбувається збірка вірусних частин.
Основна властивість вірусів - інфекція!
У сучасному світі людство шукає такий препарат, який міг би змусити зникнути СНІДу.
Синдром набутого імунного дефіциту (СНІД) вперше виявлений в 1981 році в Каліфорнії (США). Вірус імунної дефіциту людини (ВІЛ) передається через кров і вражає імунну систему людини, який стає беззахисним проти інших хвороб. Людина, заражений СНІДом, може не боліти протягом п'яти років. Ліків проти СНІДу немає. І ще не вдалося врятувати жодної людини. У 1993 році кількість заражених СНІДом досягло 15 мільйонів чоловік. Перше грудня оголошено днем всесвітньої боротьби з о СНІДом. Єдина порятунок від СНІДу - особиста профілактика тобто:
Користування одноразовими шприцами.
Особиста гігієна.
Користуватися презервативами.
Віспа - вірусна інфекційна хвороба, яка зникла в 20 столітті в колишньому СРСР, віспа не відзначалася з 1937 року. Останній випадок був зареєстрований восени 1977 року в Ефіопії. У 1980 році "ВООЗ" (всесвітня організація охорони здоров'я) офіційно оголосила про повну ліквідацію віспи на Землі.
І нарешті грип, який утворює цілі епідемії призводять до летального результату. Взимку 1968/69 року в США було зареєстровано 50 млн. випадків кон кінського грипу, при цьому 70000 осіб загинуло. Колосальна епідемія грипу 1918/19 р. охопила всю земну кулю, проходила у вигляді трьох хвиль і забрала 20 млн. чоловік.
Більше тисячі відомих захворювань рослин викликаються вірусами, пов'язані приблизно до 100 різних типів. Вірусні хвороби рослин, як правило, поширюються з допомогою безхребетних - комах. Сисні комахи, такі як тля і цикадки переносять вірус разом з соком. Віруси рослин містять РНК, за винятком каулімовіруси і гемінівіруси. У більшості випадків капсид вірусів рослин складається з одного типу білка.
Віруси викликають рак у багатьох груп тварин. Крім ретро вірусів існує група ДНК - що містяться. Герпесвірусів (вірус Епгітейна-Барр), що викликає два типи раку у людини.
Віруси - це паразити. Вражаючі всі живі організми включаючи бактерії. Вони створюють велику загрозу для людини. Виявляють невиліковні хвороби.