Mikroorganismy (mikrobi) jsou jednobuněčné organismy o velikosti menší než 0,1 mm, které nejsou pouhým okem vidět. Patří sem bakterie, mikrořasy, některé nižší vláknité houby, kvasinky a prvoci (obr. 1). Mikrobiologie je studuje.
Rýže. 1. Mikrobiologické objekty.
Na Obr. 2. Můžete vidět některé zástupce jednobuněčných prvoků. Někdy objekty této vědy zahrnují nejprimitivnější organismy na Zemi - viry, které nemají buněčnou strukturu a jsou komplexy nukleových kyselin (genetického materiálu) a bílkovin. Častěji jsou izolovány do zcela samostatného studijního oboru (virologie), protože mikrobiologie je spíše zaměřena na studium mikroskopických jednobuněčných organismů.
Rýže. 2. Jednotliví zástupci jednobuněčných eukaryot (protozoa).
Nauky algologie a mykologie, které studují řasy, respektive houby, jsou samostatnými disciplínami, které se při studiu mikroskopických živých objektů překrývají s mikrobiologií. Bakteriologie je skutečným odvětvím mikrobiologie. Tato věda se zabývá výhradně studiem prokaryotických mikroorganismů (obr. 3).
Rýže. 3. Schéma prokaryotické buňky.
Na rozdíl od eukaryot, které zahrnují všechny mnohobuněčné organismy, stejně jako prvoky, mikroskopické řasy a houby, prokaryota nemají vytvořené jádro obsahující genetický materiál a skutečné organely (trvalé specializované struktury buňky).
Mezi prokaryota patří pravé bakterie a archaea, které jsou podle moderní klasifikace označovány jako domény (superříše) Archaea a Eubacteria (obr. 4).
Rýže. 4. Oblasti moderní biologické klasifikace.
Strukturní vlastnosti bakterií
Bakterie jsou důležitým článkem koloběhu látek v přírodě, rozkládají rostlinné a živočišné zbytky, čistí vody kontaminované organickou hmotou a modifikují anorganické sloučeniny. Bez nich by život na Zemi nemohl existovat. Tyto mikroorganismy jsou distribuovány všude, v půdě, vodě, vzduchu, živočišných a rostlinných organismech.
Bakterie se liší v následujících morfologických rysech:
Tvar buňky (kulatý, tyčovitý, vláknitý, stočený, spirálový, stejně jako různé přechodové možnosti a konfigurace ve tvaru hvězdy).
Přítomnost zařízení pro pohyb (nehybné, bičované, kvůli sekreci hlenu).
Vzájemné skloubení buněk (izolované, spojené ve formě párů, granulí, větvících se forem).
Mezi strukturami tvořenými kulatými bakteriemi (koky) jsou buňky, které jsou po rozdělení v párech a poté se rozpadnou na jednotlivé útvary (mikrokoky) nebo zůstávají stále pohromadě (diplokoky). Kvadratickou strukturu čtyř buněk tvoří tetrakoky, řetězec streptokoky, granule 8-64 jednotek sarcina a shluky stafylokoky.
Tyčinkovité bakterie jsou reprezentovány různými tvary díky velké variabilitě délky (0,1-15 µm) a tloušťky (0,1-2 µm) buňky. Tvar posledně jmenovaného závisí také na schopnosti bakterií tvořit spory - struktury s tlustým obalem, který umožňuje mikroorganismům přežít nepříznivé podmínky. Buňky s touto schopností se nazývají bacily a ty, které takové vlastnosti nemají, se jednoduše nazývají tyčinkovité bakterie.
Speciálními modifikacemi tyčinkovitých bakterií jsou vláknité (protáhlé) formy, řetězce a větvené struktury. Ten je v určité fázi vývoje tvořen aktinomycetami. „Zakřivené“ tyčinky se nazývají zvlněné bakterie, mezi nimiž jsou izolována vibria; spirilla se dvěma ohyby (15-20 um); spirochety, které připomínají vlnovky. Jejich délky buněk jsou 1-3, 15-20 a 20-30 um. Na Obr. Obrázky 5 a 6 ukazují hlavní morfologické formy bakterií a také typy uspořádání spor v buňce.
Rýže. 5. Základní formy bakterií.
Rýže. 6. Bakterie podle typu umístění spor v buňce. 1, 4 – uprostřed; 2, 3, 5 – koncové umístění; 6 – ze strany.
Hlavní buněčné struktury bakterií: nukleoid (genetický materiál), ribozomy určené k syntéze proteinů, cytoplazmatická membrána (část buněčné membrány), která je u mnoha zástupců navíc shora chráněna buněčnou stěnou, pouzdrem a slizničním obalem (obr. 7).
Rýže. 7. Schéma bakteriální buňky.
Podle klasifikace bakterií existuje více než 20 typů. Například extrémně termofilní (milovníci vysokých teplot) Aquificae, anaerobní tyčinkovité bakterie Bacteroidetes. Nejdominantnějším kmenem, který zahrnuje různé zástupce, je však Actinobacteria. Zahrnuje bifidobakterie, laktobacily a aktinomycety. Jedinečnost posledně jmenovaného spočívá ve schopnosti tvořit mycelium v určité fázi vývoje.
V běžné řeči se tomu říká mycelium. Větvící se buňky aktinomycet skutečně připomínají houbové hyfy. Navzdory této vlastnosti jsou aktinomycety klasifikovány jako bakterie, protože jsou prokaryota. Jejich buňky jsou přirozeně strukturou méně podobné houbám.
Aktinomycety (obr. 8) jsou pomalu rostoucí bakterie, a proto nemají schopnost soutěžit o snadno dostupné substráty. Jsou schopny rozkládat látky, které jiné mikroorganismy nemohou využít jako zdroj uhlíku, zejména ropné uhlovodíky. Aktinomycety jsou proto intenzivně studovány v oblasti biotechnologií.
Někteří zástupci se koncentrují v oblastech ropných polí a vytvářejí speciální bakteriální filtr, který zabraňuje pronikání uhlovodíků do atmosféry. Aktinomycety jsou aktivními producenty prakticky cenných sloučenin: vitamínů, mastných kyselin, antibiotik.
Předmětem mikrobiologie jsou pouze houby nižších plísní (zejména rhizopus, mucor). Jako všechny houby nejsou schopny samy syntetizovat látky a vyžadují živné médium.Mycelium nižších představitelů tohoto království je primitivní, nerozdělené přepážkami. Zvláštní niku v mikrobiologickém výzkumu zaujímají kvasinky (obr. 9), vyznačující se absencí mycelia.
Rýže. 9. Formy kolonií kvasinkových kultur na živném médiu.
V současné době bylo shromážděno mnoho poznatků o jejich prospěšných vlastnostech. Kvasinky jsou však nadále studovány pro svou schopnost syntetizovat prakticky cenné organické sloučeniny a jsou aktivně využívány jako modelové organismy v genetických experimentech. Od starověku se kvasnice používaly při fermentačních procesech. Metabolismus se u různých zástupců liší. Proto jsou některé kvasinky pro určitý proces vhodnější než jiné.
Například Saccharomyces beticus, který je odolnější vůči vysokým koncentracím alkoholu, se používá k vytvoření silných vín (až 24 %). Zatímco kvasinky S. cerevisiae jsou schopny produkovat nižší koncentrace ethanolu. Podle oblastí použití se kvasinky dělí na krmiva, pekaře, pivovary, lihoviny a vína.
Všude se vyskytují choroboplodné nebo patogenní mikroorganismy. Spolu se známými viry: chřipka, hepatitida, spalničky, HIV atd. jsou nebezpečnými mikroorganismy rickettsie, dále streptokoky a stafylokoky, které způsobují otravu krve. Mezi tyčinkovitými bakteriemi je mnoho patogenů. Například záškrt, tuberkulóza, břišní tyfus, antrax (obr. 10). Mezi prvoky se vyskytuje řada zástupců pro člověka nebezpečných mikroorganismů, zejména malarické plasmodium, toxoplasma, leishmania, lamblia, trichomonas a patogenní améby.
Rýže. 10.Fotografie bakterie Bacillus anthracis, která způsobuje antrax.
Mnohé aktinomycety nejsou nebezpečné pro lidi a zvířata. Mezi mykobakteriemi, které způsobují tuberkulózu a lepru, se však nachází mnoho patogenních zástupců. Některé aktinomycety iniciují onemocnění, jako je aktinomykóza, doprovázené tvorbou granulomů a někdy i zvýšením tělesné teploty. Některé druhy plísní jsou schopny produkovat látky toxické pro člověka – mykotoxiny. Například někteří zástupci rodu Aspergillus, Fusarium. Patogenní houby způsobují skupinu onemocnění zvanou mykózy. Kandidózu nebo jednoduše řečeno soor způsobují kvasinky podobné houbám (obr. 11). V lidském těle jsou vždy přítomny, ale aktivují se pouze při oslabení imunitního systému.
Rýže. 11. Candida houba je původcem drozdů.
Plísně mohou způsobit různé kožní léze, zejména všechny druhy lišejníků, kromě herpes zoster, který je způsoben virem. Kvasinky Malassezia, stálí obyvatelé lidské kůže, mohou způsobit seboroickou dermatitidu při poklesu aktivity imunitního systému. Nespěchejte si hned umýt ruce. Kvasinky a oportunní bakterie v dobrém zdravotním stavu plní důležitou funkci, brání rozvoji patogenních mikroorganismů.
Viry jsou nejprimitivnější organismy na Zemi. Ve volném stavu v nich neprobíhají žádné metabolické procesy. Teprve když vstoupí do hostitelské buňky, začnou se viry množit. Ve všech živých organismech je nositelem genetického materiálu kyselina deoxyribonukleová (DNA).Pouze mezi viry jsou zástupci s genetickou sekvencí jako je ribonukleová kyselina (RNA).
Viry často nejsou klasifikovány jako skutečně živé organismy.
Kromě parazitů, kteří se specializují na zvířata a lidi, jsou mezi nimi fytopatogenní zástupci, to znamená, že poškozují pouze rostlinné buňky; Bakteriofágové jsou „požírači bakterií“. Je známo, že viry se mohou vyvinout i v mrtvých buňkách, ve kterých zůstává relativně neporušená struktura a genetický materiál odumřel. Dříve, během epidemií, byla spálena těla těch, kteří zemřeli na bakteriální i virová onemocnění.
Morfologie virů je velmi různorodá (obr. 12). Typicky se jejich průměrná velikost pohybuje od 20 do 300 nm.
Rýže. 12. Diverzita virových částic.
Někteří zástupci dosahují délky 1-1,5 mikronu. Struktura viru spočívá v obklopení genetického materiálu speciálním proteinovým rámcem (kapsidou), který se vyznačuje různými tvary (helikální, dvacetistěnný, sférický). Některé viry mají navrchu obal vytvořený z membrány hostitelské buňky (superkapsida). Například virus lidské imunodeficience (obr. 13) je známý jako původce onemocnění zvaného (AIDS). Obsahuje RNA jako genetický materiál a ovlivňuje určitý typ buněk imunitního systému (pomocné T-lymfocyty).
Rýže. 13. Struktura viru lidské imunodeficience.
Reprodukční cyklus těchto parazitů začíná fází připojení k buňce. Cíl obsahuje speciální molekulární konce (receptory), podle kterých jej viry rozpoznávají. Dále je penetrován genetický materiál parazita, často s některými dalšími složkami jeho struktury.K reprodukci viru dochází díky zdvojení (replikaci) genů a následné tvorbě potřebných proteinů. Poté se viry uvolňují z buňky v kopiích a znovu tvoří jejich strukturu.
Může se zdát, že mezi viry a bakteriemi je velká propast. Ukázalo se však, že v přírodě existují přechodné formy zvané rickettsie. Podle moderní klasifikace patří tyto mikroorganismy do kmene Proteobacteria (proteobakterie). Rickettsie jsou velikostí srovnatelné s velkými viry a jsou intracelulárními parazity. Stejně jako viry se rickettsie mohou množit pouze v hostitelských buňkách. Buňky těchto bakterií jsou nepohyblivé. Rickettsie mají obvykle tvar tyčinky, ale nacházejí se i koky a vlákna.
Nemoci, které způsobují rickettsie u lidí, jsou často velmi závažné. Objevují se příznaky horečky doprovázené poškozením centrálního nervového a kardiovaskulárního systému. Rickettsie se zpravidla přenášejí na člověka kousnutím klíšťat, blech nebo vší. V buňkách vektorů jsou paraziti obsaženi ve spící (neaktivní) formě a aktivují se až při vstupu do hostitele. Rickettsie se mohou přenášet i prostřednictvím teplokrevných zvířat (krys, myší, psů), kterým nezpůsobují žádnou újmu.
