stringtranslate.com

Микробиология

Чашка с агаром , покрытая микроорганизмами

Микробиология (от древнегреческого μῑκρος ( mīkros )  «маленький», βίος ( bios )  « жизнь » и -λογία ( -logía )  «изучение») — это научное исследование микроорганизмов , в том числе одноклеточных (одноклеточных), многоклеточные (состоящие из сложных клеток) или бесклеточные (не имеющие клеток). [1] [2] Микробиология охватывает множество субдисциплин, включая вирусологию , бактериологию , протистологию , микологию , иммунологию и паразитологию .

Эукариотические микроорганизмы обладают мембраносвязанными органеллами и включают грибы и протисты , тогда как прокариотические организмы, все из которых являются микроорганизмами, традиционно классифицируются как лишенные мембраносвязанных органелл и включают бактерии и археи . [3] [4] Микробиологи традиционно полагались на культуру, окрашивание и микроскопию для выделения и идентификации микроорганизмов. Однако менее 1% микроорганизмов, присутствующих в обычной среде, можно культивировать изолированно с использованием современных средств. [5] С появлением биотехнологии микробиологи в настоящее время полагаются на инструменты молекулярной биологии , такие как идентификация на основе последовательности ДНК, например, последовательность гена 16S рРНК , используемая для идентификации бактерий.

Вирусы по-разному классифицировали как организмы [6] , поскольку их считали либо очень простыми микроорганизмами, либо очень сложными молекулами. Прионы , никогда не считавшиеся микроорганизмами, исследовались вирусологами, однако, поскольку клинические эффекты, связанные с ними, первоначально предполагались из-за хронических вирусных инфекций, вирусологи предприняли поиск, обнаружив «инфекционные белки».

Существование микроорганизмов было предсказано за много столетий до того, как они были впервые обнаружены, например, джайнами в Индии и Марком Теренцием Варроном в Древнем Риме. Первое зарегистрированное наблюдение под микроскопом плодовых тел плесени было сделано Робертом Гуком в 1666 году, но священник-иезуит Афанасий Кирхер, вероятно, был первым, кто увидел микробы, о которых он упомянул, наблюдая за молоком и гнилостным материалом в 1658 году. Считается, что Антони ван Левенгук отец микробиологии , наблюдавший и экспериментировавший с микроскопическими организмами в 1670-х годах, используя простые микроскопы своей конструкции. Научная микробиология получила развитие в 19 веке благодаря работам Луи Пастера и медицинской микробиологии Роберта Коха .

История

Авиценна постулировал существование микроорганизмов.

Гипотеза о существовании микроорганизмов возникла за много столетий до их фактического открытия. Существование невидимой микробиологической жизни было постулировано джайнизмом , основанным на учении Махавиры , еще в 6 веке до нашей эры (599–527 до н.э.). [7] : 24  Пол Дандас отмечает, что Махавира утверждал существование невидимых микробиологических существ, живущих в земле, воде, воздухе и огне. [7] : 88  В джайнских писаниях описываются нигоды , субмикроскопические существа, живущие большими скоплениями и имеющие очень короткую жизнь, которые, как говорят, пронизывают каждую часть вселенной, даже в тканях растений и плоти животных. [8] Римлянин Марк Теренций Варрон ссылался на микробов , когда предостерегал против размещения усадьбы вблизи болот, «потому что там рождаются мельчайшие существа, которых нельзя увидеть глазами, которые плавают в воздухе и проникают в тело через рот и нос и тем самым вызвать серьезные заболевания». [9]

Персидские ученые выдвинули гипотезу о существовании микроорганизмов, такие как Авиценна в своей книге «Канон медицины» , Ибн Зухр (также известный как Авензоар), открывший чесоточных клещей, и Ар-Рази , который дал самое раннее известное описание оспы в своей книге «Добродетельная жизнь». (аль-Хави). [10] Даосский ученый десятого века Баошэнцзин описывает «бесчисленные микроорганические черви», напоминающие семена овощей, что побудило голландского китаеведа Кристофера Шиппера заявить, что «китайцам того времени было известно о существовании вредных бактерий». [11]

В 1546 году Джироламо Фракасторо предположил, что эпидемические заболевания вызываются передаваемыми семеподобными сущностями, которые могут передавать инфекцию прямым или косвенным контактом или путем передачи через транспортное средство. [12]

Антони ван Левенгук (1632–1723)
Статуя Роберта Коха , одного из основоположников микробиологии, [13] в Берлине.
Мартинуса Бейеринка часто считают основателем вирусологии .

В 1676 году Антони ван Левенгук , проживший большую часть своей жизни в Делфте , Нидерланды, наблюдал бактерии и другие микроорганизмы с помощью однолинзового микроскопа собственной конструкции . [14] [2] Его считают отцом микробиологии , поскольку он использовал простые однолинзовые микроскопы собственной конструкции. [14] Хотя Ван Левенгука часто называют первым, кто наблюдал микробы, Роберт Гук сделал свое первое зарегистрированное микроскопическое наблюдение плодовых тел плесени в 1665 году. [15] Однако было высказано предположение, что священник-иезуит по имени Афанасий Кирхер был первым, кто наблюдал микроорганизмы. [16]

Кирхер был одним из первых, кто разработал волшебные фонарики для проекций, поэтому он был хорошо знаком со свойствами линз. [16] В 1646 году он написал «О чудесной структуре вещей в природе, исследованной с помощью микроскопа», заявив, что «кто поверит, что уксус и молоко изобилуют бесчисленным множеством червей». Он также отметил, что гнилой материал полон бесчисленных ползучих животных. Он опубликовал свою книгу «Scrutinium Pestis» («Исследование чумы») в 1658 году, правильно заявив, что болезнь была вызвана микробами, хотя то, что он увидел, скорее всего, было эритроцитами или лейкоцитами, а не самим возбудителем чумы. [16]

Рождение бактериологии

Инновационная лабораторная посуда и экспериментальные методы, разработанные Луи Пастером и другими биологами, внесли свой вклад в развитие молодой области бактериологии в конце 19 века.

Область бактериологии (позже раздел микробиологии) была основана в 19 веке Фердинандом Коном , ботаником, чьи исследования водорослей и фотосинтезирующих бактерий привели его к описанию нескольких бактерий, включая Bacillus и Beggiatoa . Кон также был первым, кто сформулировал схему таксономической классификации бактерий и открыл эндоспоры . [17] Луи Пастер и Роберт Кох были современниками Кона и часто считаются отцами современной микробиологии [16] и медицинской микробиологии соответственно. [18] Пастер наиболее известен своей серией экспериментов, призванных опровергнуть широко распространенную в то время теорию спонтанного зарождения , тем самым укрепив идентичность микробиологии как биологической науки. [19] Один из его учеников, Адриен Сертес, считается основоположником морской микробиологии. [20] Пастер также разработал методы консервации пищевых продуктов ( пастеризацию ) и вакцины против ряда заболеваний, таких как сибирская язва , птичья холера и бешенство . [2] Кох наиболее известен своим вкладом в микробную теорию болезней , доказав, что конкретные заболевания вызываются конкретными патогенными микроорганизмами. Он разработал ряд критериев, которые стали известны как постулаты Коха . Кох был одним из первых ученых , сосредоточившихся на выделении бактерий в чистой культуре , что привело к описанию нескольких новых бактерий, включая Mycobacterium Tuberculosis , возбудителя туберкулеза . [2]

Хотя Пастера и Коха часто считают основателями микробиологии, их работы не отражают точно истинное разнообразие микробного мира из-за их исключительного внимания к микроорганизмам, имеющим прямое медицинское значение. Лишь в конце XIX века и в работах Мартинуса Бейеринка и Сергея Виноградского была раскрыта истинная широта микробиологии. [2] Бейеринк внес два важных вклада в микробиологию: открытие вирусов и развитие методов обогащения культур . [21] Хотя его работа над вирусом табачной мозаики заложила основные принципы вирусологии, именно его разработка накопительного культивирования оказала самое непосредственное влияние на микробиологию, позволив культивировать широкий спектр микробов с совершенно различной физиологией. Виноградский первым развил представление о хемолитотрофии и тем самым выявил существенную роль микроорганизмов в геохимических процессах. [22] Он был ответственным за первое выделение и описание как нитрифицирующих , так и азотфиксирующих бактерий . [2] Франко-канадский микробиолог Феликс д'Эрель совместно открыл бактериофаги в 1917 году и был одним из первых прикладных микробиологов. [23]

Джозеф Листер был первым, кто применил феноловое дезинфицирующее средство для открытых ран пациентов. [24]

Ветви

Университетская лаборатория пищевой микробиологии

Отрасли микробиологии можно разделить на прикладные науки или разделить по таксономии, как в случае с бактериологией , микологией , протозоологией , вирусологией , психологией и микробной экологией . Существует значительное совпадение между отдельными разделами микробиологии друг с другом и с другими дисциплинами, и некоторые аспекты этих разделов могут выходить за рамки традиционных рамок микробиологии [25] [26] Чистая исследовательская отрасль микробиологии называется клеточной микробиологией .

Приложения

Хотя некоторые люди боятся микробов из- за связи некоторых микробов с различными заболеваниями человека, многие микробы также ответственны за многочисленные полезные процессы, такие как промышленное брожение (например, производство алкоголя , уксуса и молочных продуктов ), производство антибиотиков и действуют как молекулярные средства для переноса ДНК в сложные организмы, такие как растения и животные. Ученые также использовали свои знания о микробах для производства биотехнологически важных ферментов, таких как Taq-полимераза , [27] репортерных генов для использования в других генетических системах и новых методов молекулярной биологии, таких как двухгибридная система дрожжей . [28]

Бактерии могут быть использованы для промышленного производства аминокислот . Corynebacterium Glutamicum — один из наиболее важных видов бактерий, ежегодно производящий более двух миллионов тонн аминокислот, в основном L-глутамата и L-лизина. [29] Поскольку некоторые бактерии обладают способностью синтезировать антибиотики, их используют в медицинских целях, например, Streptomyces для производства аминогликозидных антибиотиков . [30]

Бродильные резервуары с дрожжами , используемые для варки пива

Различные биополимеры , такие как полисахариды , полиэфиры и полиамиды , производятся микроорганизмами. Микроорганизмы используются для биотехнологического производства биополимеров с индивидуальными свойствами, подходящих для дорогостоящих медицинских применений, таких как тканевая инженерия и доставка лекарств. Микроорганизмы используются, например, для биосинтеза ксантана , альгината , целлюлозы , цианофицина , поли(гамма-глутаминовой кислоты), левана , гиалуроновой кислоты , органических кислот, полисахаридов олигосахаридов и полигидроксиалканоатов. [31]

Микроорганизмы полезны для микробного биоразложения или биоремедиации бытовых, сельскохозяйственных и промышленных отходов и подземного загрязнения почв, отложений и морской среды. Способность каждого микроорганизма разлагать токсичные отходы зависит от природы каждого загрязнителя . Поскольку на объектах обычно присутствует несколько типов загрязнителей, наиболее эффективным подходом к микробному биоразложению является использование смеси видов и штаммов бактерий и грибов, каждый из которых специфичен для биоразложения одного или нескольких типов загрязнителей. [32]

Симбиотические микробные сообщества приносят пользу здоровью людей и животных, включая улучшение пищеварения, выработку полезных витаминов и аминокислот и подавление патогенных микробов. Некоторую пользу можно получить, употребляя ферментированные продукты, пробиотики (бактерии, потенциально полезные для пищеварительной системы) или пребиотики (вещества, потребляемые для стимулирования роста пробиотических микроорганизмов). [33] [34] Способы влияния микробиома на здоровье человека и животных, а также методы воздействия на микробиом являются активными областями исследований. [35]

Исследования показали, что микроорганизмы могут быть полезны при лечении рака . Различные штаммы непатогенных клостридий могут проникать и размножаться в солидных опухолях . Клостридиальные векторы можно безопасно вводить, и их потенциал по доставке терапевтических белков был продемонстрирован на различных доклинических моделях. [36]

Некоторые бактерии используются для изучения фундаментальных механизмов. Примером модельных бактерий, используемых для изучения подвижности [37] или продукции и развития полисахаридов, является Myxococcus xanthus . [38]

Смотрите также

Профессиональные организации
Журналы

Рекомендации

  1. ^ «Микробиология». Природа . Природное портфолио ( Springer Nature ) . Проверено 01 февраля 2020 г.
  2. ^ abcdef Мэдиган М., Мартинко Дж., ред. (2006). Брок Биология микроорганизмов (13-е изд.). Образование Пирсона . п. 1096. ИСБН 978-0-321-73551-5.
  3. ^ Уитмен ВБ (2015). Уитмен В.Б., Рейни Ф., Кемпфер П., Трухильо М., Чун Дж., Девос П., Хедлунд Б., Дедыш С. (ред.). Руководство Берджи по систематике архей и бактерий . Джон Уайли и сыновья. CiteSeerX 10.1.1.737.4970 . дои : 10.1002/9781118960608. ISBN  9781118960608.
  4. ^ Pace NR (май 2006 г.). "Время перемен". Природа . 441 (7091): 289. Бибкод : 2006Natur.441..289P. дои : 10.1038/441289a . PMID  16710401. S2CID  4431143.
  5. ^ Аманн Р.И., Людвиг В., Шляйфер К.Х. (март 1995 г.). «Филогенетическая идентификация и обнаружение in situ отдельных микробных клеток без культивирования». Микробиологические обзоры . 59 (1): 143–169. дои : 10.1128/мр.59.1.143-169.1995. ПМК 239358 . ПМИД  7535888. 
  6. ^ Райс Г (27 марта 2007 г.). «Живы ли вирусы?» . Проверено 23 июля 2007 г.
  7. ^ аб Дандас П. (2002). Хиннелс Дж. (ред.). Джайн . Лондон: Рутледж. ISBN 978-0-415-26606-2.
  8. ^ Джайни П. (1998). Джайнский путь очищения . Нью-Дели: Мотилал Банарсидасс. п. 109. ИСБН 978-81-208-1578-0.
  9. ^ Варрон MT (1800). Три книги М. Теренция Варрона о земледелии . Том. 1. Чаринг-Кросс, Лондон: Издательство Университета. п. xii.
  10. ^ "فى الحضارة الإسلامية - ديوان العرب" [Микробиология в исламе]. Diwanalarab.com (на арабском языке) . Проверено 14 апреля 2017 г.
  11. ^ Хуан, Ши-Шань Сьюзен (2011). «Даосские образы тела и космоса, Часть 2: Телесные черви и внутренняя алхимия». Журнал даосских исследований . 4 (1): 32–62. дои : 10.1353/дао.2011.0001. ISSN  1941-5524.
  12. ^ Фракасторо G (1930) [1546]. De Contagione et Contagiosis Morbis [ О заражении и инфекционных болезнях ] (на латыни). Перевод Райта У.К. Нью-Йорк: ГП Патнэм.
  13. ^ https://www.rki.de/EN/Content/Institute/History/Robert_Koch_en.html.
  14. ^ ab Lane N (апрель 2015 г.). «Невидимый мир: размышления о Левенгуке (1677) «О зверушках»». Философские труды Лондонского королевского общества. Серия Б, Биологические науки . 370 (1666): 20140344. doi :10.1098/rstb.2014.0344. ПМК 4360124 . ПМИД  25750239. 
  15. ^ Гест Х (2005). «Замечательное видение Роберта Гука (1635–1703): первого наблюдателя мира микробов». Перспективы биологии и медицины . 48 (2): 266–272. дои : 10.1353/pbm.2005.0053. PMID  15834198. S2CID  23998841.
  16. ^ abcd Уэйнрайт М (2003). Альтернативный взгляд на раннюю историю микробиологии . Достижения прикладной микробиологии. Том. 52. С. 333–55. doi : 10.1016/S0065-2164(03)01013-X. ISBN 978-0-12-002654-8. ПМИД  12964250.
  17. ^ Дрюс Дж. (1999). «Фердинанд Кон, один из основоположников микробиологии». Новости АСМ . 65 (8): 547.
  18. ^ Райан К.Дж., Рэй К.Г., ред. (2004). Медицинская микробиология Шерриса (4-е изд.). МакГроу Хилл. ISBN 978-0-8385-8529-0.
  19. ^ Борденейв G (май 2003 г.). «Луи Пастер (1822-1895)». Микробы и инфекции . 5 (6): 553–560. дои : 10.1016/S1286-4579(03)00075-3. ПМИД  12758285.
  20. ^ Адлер А, Дюкер Э (март 2018 г.). «Когда пастеровская наука вышла в море: рождение морской микробиологии». Журнал истории биологии . 51 (1): 107–133. дои : 10.1007/s10739-017-9477-8. PMID  28382585. S2CID  22211340.
  21. ^ Джонсон Дж (2001) [1998]. «Мартинус Виллем Бейеринк». АПСнет . Американское фитопатологическое общество. Архивировано из оригинала 20 июня 2010 г. Проверено 2 мая 2010 г.Получено из Интернет-архива 12 января 2014 г.
  22. ^ Паустиан Т., Робертс Г. (2009). «Бейеринк и Виноградский открывают область экологической микробиологии». Сквозь микроскоп: взгляд на все маленькое (3-е изд.). Учебные консорциумы. § 1–14.
  23. ^ Keen EC (декабрь 2012 г.). «Феликс д'Эрель и наше микробное будущее». Будущая микробиология . 7 (12): 1337–1339. дои : 10.2217/fmb.12.115. ПМИД  23231482.
  24. ^ Листер Б.Дж. (август 2010 г.). «Классика: Об антисептическом принципе в хирургической практике. 1867». Клиническая ортопедия и связанные с ней исследования . 468 (8): 2012–2016. дои : 10.1007/s11999-010-1320-x. ПМЦ 2895849 . ПМИД  20361283. 
  25. ^ «Отрасли микробиологии». Общая микронаука . 13 января 2017 г. Проверено 10 декабря 2017 г.
  26. ^ Мэдиган М.Т., Мартинко Дж.М., Бендер К.С., Бакли Д.Х., Шталь Д.А. (2015). Брок Биология микроорганизмов (14-е изд.). Пирсон. ISBN 978-0321897398.
  27. ^ Гельфанд Д.Х. (1989). «Taq ДНК-полимераза». В Эрлихе Х.А. (ред.). ПЦР-технология . Пэлгрейв Макмиллан, Великобритания. стр. 17–22. дои : 10.1007/978-1-349-20235-5_2. ISBN 978-1-349-20235-5. S2CID  100860897. {{cite book}}: |work=игнорируется ( помощь )
  28. ↑ Утц, Питер (декабрь 2012 г.). «Редакционная статья «Дрожжевая двугибридная система»». Методы . 58 (4): 315–316. дои : 10.1016/j.ymeth.2013.01.001. ISSN  1095-9130. ПМИД  23317557.
  29. ^ Бурковский А, изд. (2008). Коринебактерии: геномика и молекулярная биология. Кайстер Академик Пресс. ISBN 978-1-904455-30-1. Проверено 25 марта 2016 г.
  30. ^ Фурми Д., Рехт М.И., Бланшар СК, Пуглиси Дж.Д. (ноябрь 1996 г.). «Структура А-сайта 16S рибосомальной РНК Escherichia coli в комплексе с аминогликозидным антибиотиком». Наука . 274 (5291): 1367–1371. Бибкод : 1996Sci...274.1367F. дои : 10.1126/science.274.5291.1367. PMID  8910275. S2CID  21602792.
  31. ^ Рем Б.Х., изд. (2008). Микробное производство биополимеров и полимерных предшественников: применение и перспективы. Кайстер Академик Пресс. ISBN 978-1-904455-36-3. Проверено 25 марта 2016 г.
  32. ^ Диас Э, изд. (2008). Микробная биодеградация: геномика и молекулярная биология (1-е изд.). Кайстер Академик Пресс. ISBN 978-1-904455-17-2. Проверено 25 марта 2016 г.
  33. ^ Macfarlane GT, Каммингс Дж. Х. (апрель 1999 г.). «Пробиотики и пребиотики: может ли регулирование деятельности кишечных бактерий принести пользу здоровью?». БМЖ . 318 (7189): 999–1003. дои : 10.1136/bmj.318.7189.999. ПМЦ 1115424 . ПМИД  10195977. 
  34. ^ Таннок GW, изд. (2005). Пробиотики и пребиотики: научные аспекты. Кайстер Академик Пресс. ISBN 978-1-904455-01-1. Проверено 25 марта 2016 г.
  35. ^ Веннер М (30 ноября 2007 г.). «Люди несут больше бактериальных клеток, чем человеческие». Научный американец . Проверено 14 апреля 2017 г.
  36. ^ Менгеша А., Дюбуа Л., Паесманс К., Воутерс Б., Ламбин П., Тейс Дж. (2009). «Клостридии в противоопухолевой терапии». В Брюггеманне Х., Готшальке Г. (ред.). Клостридии: молекулярная биология в постгеномную эпоху . Кайстер Академик Пресс. ISBN 978-1-904455-38-7.
  37. ^ Зусман Д.Р., Скотт А.Е., Ян З., Кирби-младший (ноябрь 2007 г.). «Хемосенсорные пути, подвижность и развитие Myxococcus xanthus». Обзоры природы. Микробиология . 5 (11): 862–872. doi : 10.1038/nrmicro1770. PMID  17922045. S2CID  2340386.
  38. ^ Ислам С.Т., Вергара Альварес I, Саиди Ф., Джузеппи А., Виноградов Е., Шарма Г. и др. (июнь 2020 г.). «Модуляция бактериальной многоклеточности посредством пространственно-специфической секреции полисахаридов». ПЛОС Биология . 18 (6): e3000728. дои : 10.1371/journal.pbio.3000728 . ПМК 7310880 . ПМИД  32516311. 

дальнейшее чтение

Внешние ссылки

В Wikisource есть оригинальные работы по теме: Микробиология.
В Викиверситете вы можете узнать больше и рассказать другим о микробиологии на кафедре микробиологии.