Современные достижения микробиологии

Размещено на http://allbest.ru

Шенталинский филиал государственного бюджетного

Профессионального образовательного учреждения

Тольяттинский медицинский колледж

Специальность Сестринское дело

Реферат

по основам микробиологии и иммунологии

Современные достижения микробиологии

Студента(ки) группы 2134

Хамадиева Эндже Наилевна

Преподаватель

Мингазова Татьяна Владимировна

2022

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Микробиология, как современная наука

2. Современные направления микробиологии

3. Современные открытия в микробиологии

Заключение

Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

Микробиология - это наука, изучающая строение, систематику, физиологию, генетику и экологию организмов, имеющих малые размеры и невидимых невооруженным глазом. Эти организмы получили название микроорганизмов или микробов.

Микроорганизмы представляют собой, по определению, невидимые человеческому глазу без увеличения существа, которые вездесущи и проводят в природе колоссальную работу, заключающуюся прежде всего в минерализации отмершего биологического материала (микробный цикл углерода и связанный с ним цикл кислорода). Без микробов было бы невозможно существование глобальных циклов азота и серы. Микроорганизмы, несмотря на их малые размеры и массу, составляют в целом биомассу, больше, чем вся остальная биомасса на Земле (растения и животные вместе взятые).

Объектами микробиологии являются прокариотические организмы -- бактерии и археи, а также эукариоты -- простейшие, микроскопические водоросли, низшие грибы. Микроорганизмы населяют все экологические ниши и живут там, где развиваются животные и растения, а также во многих других ареалах, в которых не могут развиваться другие живые организмы -- при высоких (до 113 °С) и низких (до -36 °С) температурах, высоких (до 1400 атмосфер) давлениях, при полном отсутствии кислорода, в условиях высокой солености (в насыщенных растворах NaСl), при высокой кислотности (рН 0-1) и щелочности (рН до 11). Микроорганизмы - прокариоты могут развиваться в скальных породах на глубине до 6 км, на вершинах высоких гор (6 - 7 км), в безводных пустынях, на поверхности зданий, сооружений и памятников. Споры микробов чрезвычайно устойчивы, они могут выдерживать условия космического пространства и выживать в течение 20 - 30 млн лет (например, в кишечнике пчелы, замурованной в кусочке янтаря).

На протяжении длительного времени человек жил в окружении невидимых существ, использовал продукты их жизнедеятельности (например, при выпечке хлеба из кислого теста, приготовлении вина и уксуса), страдал, когда эти существа являлись причиной болезней или портили запасы пищи, но не подозревал об их присутствии. Не подозревал потому, что не видел, а не видел потому, что размеры этих микросуществ лежали не много ниже того предела видимости, на который способен человеческий глаз.

Известно, что человек с нормальным зрением на оптимальном расстоянии (25-30 см) может различить в виде точки размером 0,07-0,08 мм. Меньше объекта человек заметить не может. Это определяется особенностями строения его органа зрения.

Попытки преодолеть созданный природный барьер и расширить возможности человеческого глаза были сделаны давно. Так, при археологических раскопках в Древнем Вавилоне находили двояковыпуклые линзы - самые простые оптические приборы. Линзы были изготовлены из отшлифованного горного хрусталя. Можно считать, что с изобретением этих линз человек сделал первый шаг на пути в микромир.

Дальнейший прогресс в развитии оптической техники относится к 16-17 вв. и связан с развитием астрономии. В начале 17 в. голландские шлифовальщики стекла сконструировали первые подзорные трубы. Оказалось, что если линзы расположить иначе, не так, как в телескопе, то можно получить увеличение очень мелких предметов. Микроскоп подобного типа был создан в 1610 г. Г. Галилеем (1564-1642). Изобретение микроскопа открыло новые возможности для изучения живой природы.

Одним из первых микроскоп, состоящий из двух двояковыпуклых линз, дававших увеличение примерно в 30 раз, сконструировал и использовал для изучения строения растений английский физик и изобретатель Р. Гук.

Микробиология прошла длительный путь развития, исчисляющийся многими тысячелетиями. Уже в V -- VI тысячелетии до н. э. человек пользовался плодами деятельности микроорганизмов, не зная об их существовании. Виноделие, хлебопечение, сыроделие, выделка кож -- не что иное, как процессы, происходящие с участием микроорганизмов. Тогда же, в древности, ученые и мыслители предполагали, что многие болезни вызываются какими-то посторонними невидимыми причинами, имеющими живую природу. Следовательно, микробиология зародилась задолго до нашей эры. В своем развитии она прошла несколько этапов, не столько связанных хронологически, сколько обусловленных основными достижениями и открытиями - эвристический, морфологический, физиологический, иммунологический. Сейчас же наступил новый этап в развитии микробиологии - молекулярно-генетический.

микробиология организмы оптическая техника

1. МИКРОБИОЛОГИЯ, КАК СОВРЕМЕННАЯ НАУКА

Место микробиологии в системе современных биологических наук определяется спецификой ее объектов: во-первых, микробиология -- это наука об определенном классе объектов, и в этом смысле она аналогична таким дисциплинам, как ботаника и зоология; во- вторых, микробиология изучает на своих объектах общие фундаментальные законы развития всего живого и таким образом относится к физиолого-биохимической ветви биологических дисциплин. И наконец, микробиология -- это наука, исследующая объекты и явления на стыке одно- и многоклеточности.

Роль микробиологии определяется значением микроорганизмов в природных процессах и в человеческой деятельности:

- микроорганизмы участвуют в глобальном круговороте элементов, причем ряд стадий был бы невозможен без них, например фиксация молекулярного азота, денитрификация или минерализация сложных органических веществ;

- на деятельности микроорганизмов основан целый ряд необходимых человеку производств (хлебопечение, пивоварение, виноделие, получение молочнокислых продуктов, производство различных индивидуальных химических веществ, антибиотиков, гормонов, ферментов и т.д.);

- микроорганизмы используются для очистки окружающей среды от различных природных и антропогенных загрязнений;

- многие микроорганизмы являются возбудителями заболеваний человека, животных, растений, а также вызывают порчу продуктов питания и различных промышленных материалов;

- микроорганизмы могут служить инструментами и модельными системами для других дисциплин, например генной инженерии.

2. СОВРЕМЕННЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ МИКРОБИОЛОГИИ

Исходя из выполняемых задач, микробиология подразделяется на общую, частную (отдельных групп микроорганизмов) и медицинскую.

Общая микробиология занимается изучением неболезнетворных (непатогенных) микроорганизмов, их распространением, систематикой, метаболизмом, экологией и т.д. Поэтому в общей микробиологии выделяют следующие отрасли:

- промышленная микробиология (часть общей науки биотехнологии) -- исследует микроорганизмы и процессы, приводящие к образованию полезных веществ или продуктов. В этой области знаний, объединяющей фундаментальную науку (получение новых генно-инженерных штаммов высокой производительности) и технологию (крупномасштабное выращивание микроорганизмов), можно отдельно выделить производства антибиотиков для медицины и ветеринарии, ферментов, спиртов, органических и аминокислот, витаминов и гормонов -- все эти производства основаны на применении микроорганизмов. Частью промышленной микробиологии можно считать: пищевую микробиологию, связанную с производством молочнокислых, алкогольных, заквашенных продуктов и хлеба;

- сельскохозяйственная микробиология имеет дело с проблемами, связанными с повышением плодородия почвы и урожайности растений. В последнее время активно развивается отрасль этой науки -- получение трансгенных растений;

- экология микроорганизмов, бурно развиваясь в последнее время, вобрала в себя многие проблемы, которые раньше решали водная микробиология и геологическая микробиология;

- космическая микробиология решает задачи поиска жизни на других планетах, проблемы возможного загрязнения космоса земными микробами (спорами), развития микроорганизмов на космических кораблях и привнесения «космических пришельцев-микробов» на Землю;

Частная микробиология изучает отдельные группы микроорганизмов, опираясь на их систематику.

Медицинская микробиология подобна частной, но имеет дело с патогенными микроорганизмами, вызывающими болезни человека:

- санитарная микробиология является частью медицинской микробиологии, объекты исследования которой -- эпидемиология и санитарный контроль окружающей среды (вода, воздух, почва) и пищевых продуктов;

- ветеринарная микробиология изучает проблемы эпидемиологии и здоровья сельскохозяйственных и диких животных.

Некоторые исследователи считают разделом микробиологии и вирусологию, однако в нашей стране традиционно проблемы разнообразия вирусов и изучения вирусных инфекций рассматривает наука вирусология.

Мир микроорганизмов во всем его разнообразии еще далеко не познан. Данные, полученные с помощью методов молекулярной биологии (амплификация, разделение и сиквенс генов, кодирующих 168 рРНК) в изучении распространения микроорганизмов, позволяют утверждать, что человек способен культивировать лишь менее 1 % всех микроорганизмов, живущих на Земле. Если скорость идентификации новых видов будет оставаться на современном уровне, то для описания и классификации всех животных понадобится 30 лет, всех растений -- 50 лет, а всех микроорганизмов -- 10 тыс. лет! В связи с этим перед микробиологами стоит задача ускорения выделения, идентификации и классификации новых, еще не открытых микроорганизмов, для скорейшего завершения познания биологического разнообразия микробов на Земле.

3. СОВРЕМЕННЫЕ ОТКРЫТИЯ В МИКРОБИОЛОГИИ

Несколько лет назад ученые при попытке установить уровень радиоактивного загрязнения в глубине свалки ядерных отходов Саванна-Ривер открыли новый вид микроорганизмов, которые способы жить и размножаться в условиях повышенного радиоактивного загрязнения. Обнаружение этих микроорганизмов стало огромным прорывом в области микробиологии. Микроорганизмы-экстремофилы, как их назвали ученые, способны переносить огромные температуры и высокие дозы радиации. Учитывая их уникальные свойства, ученые планируют использовать микроорганизмы для очистки огромных хранилищ ядерных и химических отходов. Бактерии, которые были обнаружены в Саванна-Ривере, имеют круглые очертания, за что их стали называть радиотолерантными микробами Kineococcus.

Интересное открытие сделали исследователи Американского микробиологического общества. Микробиологи утверждают, что достаточно известная бактерия Desulfitobacterium hafniense семейства Desulfitobacterium способна очищать сточные воды от нечистот и при этом вырабатывать электричество. Такая бактерия функционирует круглосуточно семь дней в неделю. Desulfitobacterium - это одноклеточные микроорганизмы размером от 0,5 до 3 мкм. У них только одна цитоплазматическая мембрана. Их повсеместная распространенность и метаболический потенциал играет огромную роль в природе. Так как они обеспечивают круговорот веществ в природе и поддерживают равновесие в биосфере. Микроорганизм Desulfitobacterium можно встретить на дне мирового океана, в горячих источниках, в воде, в земной коре и много, где еще. Они выполняют роль продуцента.

Бактерии Lactococcus lactis используются при производстве кисломолочной продукции. Удаление из генома бактерии генов, ответственных за метаболизм глюкозы, привело к появлению нового штамма, который не вызывает скисания молока, а, напротив, делает его слаще.

На настоящий момент главной проблемой внедрения этих бактерий в производство молочной продукции заключается в отношении потребителей к генетически модифицированным организмам, а также в официальных ограничениях на их использование. Однако разработчики считают, что бактериям, скорее всего, удаться преодолеть бюрократические барьеры, т.к. при их создании использовалась только собственная ДНК бактерии.

Бактерии и микроорганизмы, которые обитают на морских побережьях, способны колонизировать фрагменты полиэтилена. Они образуют на полиэтилене «биопленку», которая ускоряет разложение ядовитых химических элементов и пластика. Это открытие было официально представлено на конференции английского общества микробиологии. За последние десятилетия загрязнение вод Мирового океана полиэтиленом и пластиковым мусором достигло угрожающих масштабов и представляет собой весомую проблему морской экосистеме. Последние исследования показали, что в обычных условиях в водах мирового океана разлагаются легкая и тяжелая разновидность промышленного пластика. Процесс разложения сопровождается выделением токсичных веществ.

Учеными производились опыты по выращиванию колоний бактерий на фрагментах пластика. Результаты опытов показали, что некоторые виды микроорганизмов и бактерий могут образовывать на поверхности пластика «биопленку», полностью покрывая его. «Биопленка», образовывающаяся на поверхности пластика, может разлагать не только пластик, но и содержащиеся в нем токсические отходы. Группа исследователей надеется в дальнейшем выяснить механизм взаимодействия микроорганизмов и полиэтилена. Это поможет выяснить проблему влияния полиэтилена и пластика на экосистему Мирового океана, а также возможность устранения этой проблемы.

Американские ученые провели первую в мире успешную операцию по пересадке целого генома от одного вида бактерий к другому. В результате микробы приобрели все свойства того вида, чей геном был им пересажен. Успех этого эксперимента -- важный шаг на пути к созданию искусственных живых организмов.

Ученые из Института Крейга Вентера в течение последних 10 лет уверенно идут к великой цели -- созданию искусственных микроорганизмов с заданными свойствами. Практическое значение этих работ может оказаться огромным. Генеральная идея состоит в том, чтобы установить минимальный набор генов, необходимый для жизнеобеспечения бактерии, добавить туда гены, кодирующие полезные функции (например, синтез водорода), искусственно синтезировать спроектированный геном и внедрить его в живую бактерию, собственный геном которой должен быть каким-то образом удален.

Изучая геномы микоплазм, Крейг Вентер и его коллеги уже очень близко подошли к пониманию того, что должен представлять собой «минимальный геном» будущих искусственных микробов.

Синтез искусственных фрагментов генома уже налажен, синтез целого бактериального генома -- дело недалекого будущего. Однако до сих пор никому не удавалось пересадить целый геном в живую бактериальную клетку. Отдельные фрагменты геномов пересаживают давно, и в этом ученым большую помощь оказывают имеющиеся у бактерий естественные механизмы для обмена генетическим материалом. Такой обмен в мире бактерий осуществляется тремя основными путями:

- конъюгация: две бактерии соединяются при помощи специальных белковых трубочек -- пилей, и бактерия-донор передает бактерии-реципиенту часть своего генома;

- вирусная трансдукция: вирусы, переходя из одной клетки в другую, могут прихватывать с собой куски бактериального генома;

- естественная трансформация: иногда бактерия просто «всасывает» фрагменты ДНК из окружающей среды и, при определенных условиях, встраивает их в свой геном.

Однако во всех этих случаях речь идет о передаче лишь сравнительно небольших кусочков генома.

Спустя недолгое время среди клеток Mycoplasma capricolum появились бактерии с признаками Mycoplasma mycoides. По всем признакам это были самые настоящие M. mycoides. Ни генов, ни белков, характерных для исходного вида Mycoplasma capricolum, у них обнаружить не удалось. Всё это свидетельствует о том, что пересадка генома полностью удалась. Авторы не знают точно, как это произошло, но предполагают, что бактерии «проглатывали» чужую молекулу ДНК, и в первый момент в них, вероятно, содержались оба генома вместе. Когда такая клетка делилась, одна из дочерних клеток получала геном Mycoplasma capricolum, а другая -- геном Mycoplasma mycoides. Последующая обработка антибиотиком уничтожила клетки первого типа.

Израильские ученые обнаружили у микроорганизмов (кишечной палочки Escherichia coli и дрожжей Saccharomyces cerevisae) способность к опережающему реагированию, напоминающую классические Павловские условные рефлексы. Если в естественной среде обитания микробов один стимул часто предшествует другому, то микробы могут научиться реагировать на первый стимул как на сигнал, предупреждающий о скором появлении второго стимула. В отличие от собак Павлова, микробы приобретают свои «рефлексы» не путем обучения, а за счет мутаций и отбора в длинной череде поколений.

Как и в случае с собаками Павлова, необходимым условием для развития опережающего реагирования у микробов является известная степень предсказуемости среды. Если стимул А всегда или очень часто предшествует стимулу Б, и при этом природа стимула Б такова, что к нему лучше начинать готовиться заранее, то организм может научиться воспринимать стимул А как «предупреждение» о скором появлении стимула Б. В такой ситуации естественный отбор может поддержать мутации, которые позволят организму начать подготовку к стимулу Б в ответ на «предупреждающий» стимул А.

В экспериментах с кишечной палочкой авторы использовали в качестве стимула А присутствие в среде сахара лактозы, а в качестве стимула Б -- присутствие другого сахара, мальтозы. Дело в том, что в ходе своего путешествия по пищеварительному тракту кишечная палочка сначала попадает в среду, где много лактозы, а затем оказывается в среде, где много мальтозы. Поэтому теоретически бактерия могла в ходе эволюции научиться воспринимать лактозу как сигнал, предвещающий скорое появление мальтозы.

Эксперименты полностью подтвердили это предположение. Оказалось, что в присутствии лактозы у бактерий активируются не только гены, необходимые для усвоения лактозы, но и гены, требующиеся для переваривания мальтозы. В присутствии мальтозы активируются только «мальтозные» гены. В среде, где нет ни одного из двух сахаров, обе группы генов остаются неактивными.

Таким образом, кишечная палочка в ходе эволюции действительно научилась воспринимать лактозу не только как пищу, но и как сигнал, предвещающий скорое появление мальтозы.

Ученые Мичиганского университета выявили способность отдельных бактерий вырабатывать 24-каратное золото за счет противостояния токсичной среде.

В действительности, данный вид бактерий в 25 раз устойчивее, чем сообщалось ранее, используя комбинацию биотехнологии, искусства и алхимии, превращает хлорид золота в 24-каратное золото. Инсталляция представляет собой портативную лабораторию, состоящую из металлических элементов, покрытых 24-каратным золотом и наполненного бактериями стеклянного биореактора, способного производить золото прямо на глазах у зрителей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Если фауна и флора нашей планеты хорошо изучены зоологами и ботаниками, микробиологам до сих пор известна только небольшая часть невидимого живого мира. Общепринятыми лабораторными методами, по мнению многих ученых, можно обнаружить не более 10-20% микробного населения планеты.

Перед микробиологами стоит большая задача разработки микробиологических методов синтеза многих пищевых и физиологически активных веществ. Если со времен Пастера, основателя микробиологии, развивалась главным образом микробиология бродильной промышленности (виноделия, спиртовой, молочнокислой, уксуснокислой и др.), то в настоящее время начинает развиваться промышленность микробиологического синтеза. Ряд продуктов, получавшихся путем брожения с помощью микробов, теперь стал производиться чисто химическим путем из дешевого непищевого сырья (этилового спирта, бутилового спирта, ацетона и др.). Под воздействием микробов из более простых молекул даже непищевого сырья образуются вещества очень сложного состава.

Микроорганизмы являются наиболее простыми формами жизни. Поэтому они представляют собой весьма удобные модели для изучения многих проблем общей биологии, выяснения сущности явления жизни, овладения и управления жизненными процессами, в частности обменом веществ и наследственностью организмов. В настоящее время биологические науки не могут развиваться без изучения генетики, в частности генетики микроорганизмов. Успехи современной генетики в значительной степени зависят от того, насколько широко в генетических исследованиях используются микроорганизмы.

Основными задачами управления жизнедеятельностью микробов в микробиологии являются: закономерное получение культур микробов с определенными, заранее заданными свойствами; максимальное увеличение продуктивности полезных микробов; полное обезвреживание и уничтожение возбудителей инфекционных заболеваний человека, животных и растений и других микробов, приносящих вред.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Микробиология А.А.Воробьев, А.С.Пашков М.: Медицина 2003 г.

2. Зильбер Л.А., Левкович Е.Н., Шубладзе А.К., Чумаков М.П. Архив биол. наук, 1938 г.

3. Жданова В.М., Гайдамович С.Я. Общая и частная микробиология Изд. Медицина, М., 1982 г.

4. Красникова Л.В.: Микробиология. - СПб.: Троицкий мост, 2012

5. Ивчатов А.Л.: Химия воды и микробиология. - М.: ИНФРА-М, 2011

6. Ставцева В.В.: Основы медицинских знаний. - Белгород: НИУ БелГУ, 2011

7. Воробьев А.А.: Медицинская и санитарная микробиология. - М.: Академия, 2010

8. Сомова Л.М.: Ультраструктура патогенных бактерий в разных экологических условиях. - Владивосток: Медицина ДВ, 2009

9. Воробьёв А.А.: Медицинская и санитарная микробиология. - М.: Академия, 2008

10. http://micro.moy.su

11. http://www.mikrobiki.ru

12.http://metallicheckiy-portal.ru

Размещено на Allbest.ru