Микроорганизмите (микробите) са едноклетъчни организми с размери по-малки от 0,1 мм, които не могат да се видят с просто око. Те включват бактерии, микроводорасли, някои нисши нишковидни гъби, дрожди и протозои (фиг. 1). Микробиологията ги изучава.
Ориз. 1. Микробиологични обекти.
На фиг. 2. Виждате някои представители на едноклетъчните протозои. Понякога обектите на тази наука включват най-примитивните организми на Земята - вируси, които нямат клетъчна структура и представляват комплекси от нуклеинови киселини (генетичен материал) и протеин. По-често те се изолират в напълно отделна област на изследване (вирусология), тъй като микробиологията е по-скоро насочена към изучаването на микроскопични едноклетъчни организми.
Ориз. 2. Отделни представители на едноклетъчните еукариоти (протозои).
Науките алгология и микология, които изучават съответно водорасли и гъби, са отделни дисциплини, които се припокриват с микробиологията при изучаването на микроскопични живи обекти. Бактериологията е истински клон на микробиологията. Тази наука се занимава изключително с изучаването на прокариотни микроорганизми (фиг. 3).
Ориз. 3. Схема на прокариотна клетка.
За разлика от еукариотите, които включват всички многоклетъчни организми, както и протозои, микроскопични водорасли и гъби, прокариотите нямат формирано ядро, съдържащо генетичен материал и реални органели (постоянни специализирани структури на клетката).
Прокариотите включват истински бактерии и археи, които според съвременната класификация се обозначават като домени (надцарства) Archaea и Eubacteria (фиг. 4).
Ориз. 4. Области на съвременната биологична класификация.
Структурни характеристики на бактериите
Бактериите са важно звено в кръговрата на веществата в природата, те разлагат растителни и животински остатъци, почистват замърсени с органични вещества водоеми и модифицират неорганични съединения. Без тях животът на земята не би могъл да съществува. Тези микроорганизми са разпространени навсякъде, в почвата, водата, въздуха, животинските и растителни организми.
Бактериите се различават по следните морфологични характеристики:
Клетъчна форма (кръгла, пръчковидна, нишковидна, извита, спирална, както и различни преходни опции и звездообразна конфигурация).
Наличието на устройства за движение (неподвижни, флагелирани, поради секрецията на слуз).
Артикулация на клетките една с друга (изолирани, свързани под формата на двойки, гранули, разклонени форми).
Сред структурите, образувани от кръгли бактерии (коки), има клетки, които са по двойки след разделяне и след това се разпадат на единични образувания (микрококи) или остават заедно през цялото време (диплококи). Квадратна структура от четири клетки се образува от тетракоки, верига от стрептококи, гранула от 8-64 единици от сарцина и клъстери от стафилококи.
Пръчковидните бактерии са представени от различни форми поради голямата променливост на дължината (0,1-15 µm) и дебелината (0,1-2 µm) на клетката. Формата на последния също зависи от способността на бактериите да образуват спори - структури с дебела обвивка, която позволява на микроорганизмите да оцелеят при неблагоприятни условия. Клетките с тази способност се наричат бацили, а тези без такива свойства се наричат просто пръчковидни бактерии.
Специални модификации на пръчковидни бактерии са нишковидни (удължени) форми, вериги и разклонени структури. Последният се образува от актиномицети на определен етап от развитието. „Извитите“ пръчки се наричат нагънати бактерии, сред които са изолирани вибриони; спирала с две извивки (15-20 µm); спирохети, които приличат на вълнообразни линии. Дължините на клетките им са съответно 1-3, 15-20 и 20-30 µm. На фиг. Фигури 5 и 6 показват основните морфологични форми на бактериите, както и видовете разположение на спорите в клетката.
Ориз. 5. Основни форми на бактериите.
Ориз. 6. Бактерии според вида на разположението на спорите в клетката. 1, 4 – в центъра; 2, 3, 5 – крайно местоположение; 6 – отстрани.
Основните клетъчни структури на бактериите: нуклеоид (генетичен материал), рибозоми, предназначени за синтез на протеини, цитоплазмена мембрана (част от клетъчната мембрана), която при много представители е допълнително защитена отгоре с клетъчна стена, капсула и лигавица (фиг. 7).
Ориз. 7. Схема на бактериална клетка.
Според класификацията на бактериите има повече от 20 вида. Например изключително термофилни (любители на висока температура) Aquificae, анаеробни пръчковидни бактерии Bacteroidetes. Но най-доминиращият тип, който включва различни представители, е Actinobacteria. Той включва бифидобактерии, лактобацили и актиномицети. Уникалността на последния се състои в способността да се образува мицел на определен етап от развитието.
На общ език това се нарича мицел. Наистина, разклонените клетки на актиномицетите приличат на гъбични хифи. Въпреки тази характеристика, актиномицетите се класифицират като бактерии, тъй като са прокариоти. Естествено, техните клетки са по-малко сходни по структура с гъбичките.
Актиномицетите (фиг. 8) са бавно растящи бактерии и следователно нямат способността да се конкурират за лесно достъпни субстрати. Те са способни да разграждат вещества, които други микроорганизми не могат да използват като източник на въглерод, по-специално петролни въглеводороди. Поради това актиномицетите се изучават интензивно в областта на биотехнологиите.
Някои представители се концентрират в райони на нефтени полета и създават специален бактериален филтър, който предотвратява проникването на въглеводороди в атмосферата. Актиномицетите са активни производители на практически ценни съединения: витамини, мастни киселини, антибиотици.
Обект на микробиологията са само долните плесенни гъби (по-специално rhizopus, mucor). Както всички гъби, те не са в състояние сами да синтезират вещества и се нуждаят от хранителна среда.Мицелът на по-ниските представители на това царство е примитивен, не е разделен на прегради. Особена ниша в микробиологичните изследвания заемат дрождите (фиг. 9), характеризиращи се с липсата на мицел.
Ориз. 9. Форми на колонии от дрождени култури върху хранителна среда.
В момента са събрани много знания за техните полезни свойства. Въпреки това дрождите продължават да се изследват заради способността им да синтезират практически ценни органични съединения и се използват активно като моделни организми в генетични експерименти. От древни времена дрождите се използват в процесите на ферментация. Метаболизмът е различен при различните представители. Следователно някои дрожди са по-подходящи за определен процес от други.
Например Saccharomyces beticus, който е по-устойчив на високи концентрации на алкохол, се използва за създаване на силни вина (до 24%). Докато дрождите S. cerevisiae могат да произвеждат по-ниски концентрации на етанол. Според областите на тяхното приложение дрождите се класифицират на фуражни, хлебни, пивоварни, спиртни и винени.
Болестотворни или патогенни микроорганизми се срещат навсякъде. Наред с добре познатите вируси: грип, хепатит, морбили, ХИВ и др., опасни микроорганизми са рикетсиите, както и стрептококите и стафилококите, които причиняват отравяне на кръвта. Сред пръчковидни бактерии има много патогени. Например дифтерия, туберкулоза, коремен тиф, антракс (фиг. 10). Сред протозоите се срещат много представители на опасни за хората микроорганизми, по-специално малариен плазмодий, токсоплазма, лейшмания, ламблия, трихомонада и патогенни амеби.
Ориз. 10.Снимка на бактерията Bacillus anthracis, която причинява антракс.
Много актиномицети не са опасни за хората и животните. Въпреки това, много патогенни представители се срещат сред микобактериите, които причиняват туберкулоза и проказа. Някои актиномицети инициират заболяване като актиномикоза, придружено от образуване на грануломи и понякога повишаване на телесната температура. Някои видове плесени са способни да произвеждат токсични за хората вещества - микотоксини. Например, някои представители на рода Aspergillus, Fusarium. Патогенните гъби причиняват група заболявания, наречени микози. По този начин кандидозата или, просто казано, млечницата се причинява от гъбички, подобни на дрожди (фиг. 11). Те винаги присъстват в човешкото тяло, но се активират само когато имунната система е отслабена.
Ориз. 11. Гъбичките Candida са причинител на млечница.
Гъбичките могат да причинят различни кожни лезии, по-специално всички видове лишеи, с изключение на херпес зостер, който се причинява от вирус. Дрождите Malassezia, постоянни обитатели на човешката кожа, могат да причинят себореен дерматит при отслабване на активността на имунната система. Не бързайте веднага да миете ръцете си. Дрождите и условно патогенните бактерии в добро здраве изпълняват важна функция, предотвратявайки развитието на патогенни микроорганизми.
Вирусите са най-примитивните организми на земята. В свободно състояние в тях не протичат метаболитни процеси. Само когато навлязат в клетка гостоприемник, вирусите започват да се размножават. Във всички живи организми носител на генетичен материал е дезоксирибонуклеиновата киселина (ДНК).Само сред вирусите има представители с генетична последователност като рибонуклеинова киселина (РНК).
Вирусите често не се класифицират като истински живи организми.
В допълнение към паразитите, които се специализират в животни и хора, сред тях има фитопатогенни представители, тоест те увреждат само растителните клетки; Бактериофагите са „ядци на бактерии“. Известно е, че вирусите могат да се развият дори в мъртви клетки, в които остава относително непокътната структура, а генетичният материал е умрял. Преди това, по време на епидемии, телата на починалите от бактериални и вирусни заболявания са изгаряни.
Морфологията на вирусите е много разнообразна (фиг. 12). Обикновено техните диаметрални размери варират от 20-300 nm.
Ориз. 12. Разнообразие от вирусни частици.
Някои представители достигат дължина 1-1,5 микрона. Структурата на вируса се състои от обграждане на генетичния материал със специална протеинова рамка (капсид), характеризираща се с разнообразие от форми (спирална, икосаедрична, сферична). Някои вируси също имат обвивка отгоре, образувана от мембраната на клетката гостоприемник (суперкапсид). Например вирусът на човешката имунна недостатъчност (фиг. 13) е известен като причинител на заболяване, наречено (СПИН). Той съдържа РНК като генетичен материал и засяга определен тип клетки на имунната система (помощни Т-лимфоцити).
Ориз. 13. Структура на човешкия имунодефицитен вирус.
Цикълът на възпроизвеждане на тези паразити започва с етапа на прикрепване към клетката. Мишената съдържа специални молекулярни краища (рецептори), чрез които вирусите я разпознават. След това се прониква в генетичния материал на паразита, често с някои други компоненти от неговата структура.Възпроизвеждането на вируса възниква поради удвояването (репликацията) на гените и последващото образуване на необходимите протеини. След това вирусите се освобождават от клетката в копия и отново образуват своята структура.
Може да изглежда, че има голяма разлика между вирусите и бактериите. Оказа се обаче, че в природата има преходни форми, наречени рикетсии. Според съвременната класификация тези микроорганизми принадлежат към вида Proteobacteria (протеобактерии). Рикетсиите са сравними по размер с големи вируси и са вътреклетъчни паразити. Подобно на вирусите, рикетсиите могат да се възпроизвеждат само в клетки гостоприемници. Клетките на тези бактерии са неподвижни. Обикновено рикетсиите имат пръчковидна форма, но се срещат и коки и нишки.
Болестите, които причиняват рикетсия при хората, често са много тежки. Появяват се симптоми на треска, придружени от увреждане на централната нервна и сърдечно-съдовата система. По правило рикетсиите се предават на хората чрез ухапване от кърлежи, бълхи или въшки. В клетките на векторите паразитите се съдържат в латентна (неактивна) форма и се активират само когато влязат в гостоприемника. Рикетсиите могат да се предават и чрез топлокръвни животни (плъхове, мишки, кучета), на които не причиняват никаква вреда.
