מיקרואורגניזמים (מיקרובים) הם אורגניזמים חד-תאיים שגודלם קטן מ-0.1 מ"מ שלא ניתן לראותם בעין בלתי מזוינת. אלה כוללים חיידקים, מיקרו-אצות, כמה פטריות חוטיות תחתונות, שמרים ופרוטוזואה (איור 1). מיקרוביולוגיה חוקרת אותם.
אורז. 1. חפצי מיקרוביולוגיה.
באיור. 2. אתה יכול לראות כמה נציגים של פרוטוזואה חד-תאית. לפעמים מושאי המדע הזה כוללים את האורגניזמים הפרימיטיביים ביותר על פני כדור הארץ - וירוסים שאין להם מבנה תאי והם קומפלקסים של חומצות גרעין (חומר גנטי) וחלבון. לעתים קרובות יותר הם מבודדים לתחום מחקר נפרד לחלוטין (Virology), שכן מיקרוביולוגיה מכוונת דווקא לחקר אורגניזמים חד-תאיים מיקרוסקופיים.
אורז. 2. נציגים בודדים של אוקריוטים חד-תאיים (פרוטוזואה).
מדעי האלגולוגיה והמיקולוגיה, החוקרים אצות ופטריות, בהתאמה, הם דיסציפלינות נפרדות החופפות למיקרוביולוגיה בחקר עצמים חיים מיקרוסקופיים. בקטריולוגיה היא ענף אמיתי של המיקרוביולוגיה. מדע זה עוסק אך ורק בחקר מיקרואורגניזמים פרוקריוטיים (איור 3).
אורז. 3. סכימה של תא פרוקריוטי.
בניגוד לאאוקריוטים, הכוללים את כל האורגניזמים הרב-תאיים, כמו גם פרוטוזואה, אצות מיקרוסקופיות ופטריות, לפרוקריוטים אין גרעין נוצר המכיל חומר גנטי ואברונים אמיתיים (מבנים מיוחדים קבועים של התא).
פרוקריוטים כוללים חיידקים אמיתיים וארכיאה, אשר על פי הסיווג המודרני מוגדרים כתחומים (סופרקינגדומים) Archaea ו- Eubacteria (איור 4).
אורז. 4. תחומים של סיווג ביולוגי מודרני.
תכונות מבניות של חיידקים
חיידקים הם חוליה חשובה במעגל החומרים בטבע הם מפרקים שאריות של צמחים ובעלי חיים, גופים נקיים של מים מזוהמים בחומרים אורגניים ומשנים תרכובות לא אורגניות. בלעדיהם, החיים עלי אדמות לא יכלו להתקיים. מיקרואורגניזמים אלה מופצים בכל מקום, באדמה, מים, אוויר, אורגניזמים של בעלי חיים וצמחים.
חיידקים נבדלים זה מזה בתכונות המורפולוגיות הבאות:
צורת תא (עגולה, בצורת מוט, חוט, מפותל, ספירלה, וכן אפשרויות מעבר שונות ותצורה בצורת כוכב).
נוכחות של מכשירי תנועה (אי תנועה, דגלים, עקב הפרשת ריר).
ארטיקולציה של תאים זה עם זה (מבודדים, מקושרים בצורה של זוגות, גרגירים, צורות מסתעפות).
בין המבנים שנוצרו על ידי חיידקים עגולים (קוקי), ישנם תאים שנמצאים בזוגות לאחר החלוקה ואז מתפרקים לתצורות בודדות (מיקרוקוקים) או נשארים ביחד כל הזמן (דיפלוקוקים). מבנה ריבועי של ארבעה תאים נוצר על ידי טטרקוקים, שרשרת על ידי סטרפטוקוקים, גרגירה של 8-64 יחידות על ידי sarcina, וצבירים על ידי סטפילוקוקוס.
חיידקים בצורת מוט מיוצגים על ידי מגוון צורות בשל השונות הגדולה באורך (0.1-15 מיקרומטר) ובעובי (0.1-2 מיקרומטר) של התא. צורתם של האחרונים תלויה גם ביכולתם של חיידקים ליצור נבגים - מבנים בעלי קליפה עבה המאפשרת למיקרואורגניזמים לשרוד בתנאים לא נוחים. תאים בעלי יכולת זו נקראים bacilli, ואלה ללא תכונות כאלה נקראים פשוט חיידקים בצורת מוט.
שינויים מיוחדים של חיידקים בצורת מוט הם צורות חוטיות (מוארכות), שרשראות ומבנים מסועפים. האחרון נוצר על ידי actinomycetes בשלב מסוים של התפתחות. מוטות "מעוקלים" נקראים חיידקים מכווצים, ביניהם מבודדים ויבריוס; ספירילה בעלת שני עיקולים (15-20 מיקרומטר); ספירושטים הדומים לקווים גליים. אורכי התא שלהם הם 1-3, 15-20 ו-20-30 מיקרומטר, בהתאמה. באיור. איורים 5 ו-6 מציגים את הצורות המורפולוגיות העיקריות של חיידקים, כמו גם את סוגי סידור הנבגים בתא.
אורז. 5. צורות בסיסיות של חיידקים.
אורז. 6. חיידקים לפי סוג מיקום הנבגים בתא. 1, 4 - במרכז; 2, 3, 5 - מיקום קצה; 6 - מהצד.
המבנים התאיים העיקריים של חיידקים: נוקלאואיד (חומר גנטי), ריבוזומים המיועדים לסינתזת חלבונים, קרום ציטופלזמי (חלק מממברנת התא), שאצל נציגים רבים מוגן בנוסף מלמעלה על ידי דופן תא, קפסולה ונדן רירי (איור. 7).
אורז. 7. סכימה של תא חיידקי.
על פי סיווג החיידקים, ישנם יותר מ-20 סוגים. לדוגמה, תרמופיליים במיוחד (אוהבי טמפרטורה גבוהה) Aquificae, חיידקים בצורת מוט אנאירובי Bacteroidetes. עם זאת, הפילום הדומיננטי ביותר, הכולל נציגים מגוונים, הוא Actinobacteria. זה כולל ביפידובקטריות, לקטובצילים ואקטינומיציטים. ייחודו של האחרון טמון ביכולת ליצור תפטיר בשלב מסוים של התפתחות.
בשפה המקובלת זה נקרא תפטיר. ואכן, התאים המסועפים של האקטינומיציטים דומים להיפאות פטרייתיות. למרות תכונה זו, actinomycetes מסווגים כחיידקים, שכן הם פרוקריוטים. באופן טבעי, התאים שלהם פחות דומים במבנה לפטריות.
Actinomycetes (איור 8) הם חיידקים הגדלים לאט, ולכן אין להם את היכולת להתחרות על מצעים זמינים. הם מסוגלים לפרק חומרים שמיקרואורגניזמים אחרים אינם יכולים להשתמש בהם כמקור פחמן, במיוחד פחמימנים נפט. לכן, actinomycetes נחקרים באופן אינטנסיבי בתחום הביוטכנולוגיה.
חלק מהנציגים מתרכזים באזורים של שדות נפט, ויוצרים מסנן חיידקים מיוחד המונע חדירת פחמימנים לאטמוספירה. Actinomycetes הם יצרנים פעילים של תרכובות בעלות ערך כמעט: ויטמינים, חומצות שומן, אנטיביוטיקה.
מושא המיקרוביולוגיה הוא רק פטריות עובש נמוך יותר (קנה שורש, מוקור, בפרט). כמו כל הפטריות, הן אינן מסוגלות לסנתז חומרים בעצמן ודורשות מדיום מזין.התפטיר של הנציגים הנמוכים של ממלכה זו הוא פרימיטיבי, לא מחולק על ידי מחיצות. נישה מיוחדת במחקר מיקרוביולוגי תפוסה על ידי שמרים (איור 9), המאופיינת בהיעדר תפטיר.
אורז. 9. צורות של מושבות של תרביות שמרים על מצע מזין.
נכון לעכשיו, ידע רב נאסף על התכונות המועילות שלהם. עם זאת, שמרים ממשיכים להיחקר על יכולתם לסנתז תרכובות אורגניות בעלות ערך מעשי ומשמשים באופן פעיל כאורגניזמים מודל בניסויים גנטיים. מאז ימי קדם, נעשה שימוש בשמרים בתהליכי תסיסה. מטבוליזם שונה בין נציגים שונים. לכן, חלק מהשמרים מתאימים יותר לתהליך מסוים מאחרים.
לדוגמה, Saccharomyces beticus, שעמיד יותר לריכוזי אלכוהול גבוהים, משמש ליצירת יינות חזקים (עד 24%). אמנם, השמרים S. cerevisiae מסוגלים לייצר ריכוזים נמוכים יותר של אתנול. על פי תחומי היישום שלהם, השמרים מסווגים למזון, אופים, מבשלים, משקאות חריפים ויינות.
מיקרואורגניזמים גורמים למחלות או פתוגניים נמצאים בכל מקום. לצד וירוסים ידועים: שפעת, הפטיטיס, חצבת, HIV וכו', מיקרואורגניזמים מסוכנים הם ריקטסיה, כמו גם סטרפטוקוקוס וסטפילוקוקוס, הגורמים להרעלת דם. בין חיידקים בצורת מוט ישנם פתוגנים רבים. לדוגמה, דיפתריה, שחפת, קדחת טיפוס, אנתרקס (איור 10). נציגים רבים של מיקרואורגניזמים מסוכנים לבני אדם נמצאים בין פרוטוזואה, בפרט פלסמודיום מלריה, טוקסופלזמה, לישמניה, למבליה, טריכומונאות ואמבות פתוגניות.
אורז. 10.צילום של החיידק Bacillus anthracis, הגורם לאנתרקס.
אקטינומיציטים רבים אינם מסוכנים לבני אדם ולבעלי חיים. עם זאת, נציגים פתוגניים רבים נמצאים בין מיקובקטריות הגורמות לשחפת ולצרעת. חלק מהאקטינומיציטים יוזמים מחלה כמו אקטינומיקוזיס, המלווה ביצירת גרנולומות ולעיתים בעלייה בטמפרטורת הגוף. סוגים מסוימים של פטריות עובש מסוגלים לייצר חומרים רעילים לבני אדם - מיקוטוקסינים. לדוגמה, כמה נציגים של הסוג Aspergillus, Fusarium. פטריות פתוגניות גורמות לקבוצת מחלות הנקראות מיקוזה. לפיכך, קנדידה או, במילים פשוטות, קיכלי נגרמת על ידי פטריות דמויות שמרים (איור 11). הם נמצאים תמיד בגוף האדם, אך מופעלים רק כאשר המערכת החיסונית נחלשת.
אורז. 11. פטריית קנדידה היא הגורם הסיבתי של קיכלי.
פטריות עלולות לגרום למגוון נגעים בעור, בפרט לכל מיני חזזיות, למעט הרפס זוסטר, הנגרם על ידי וירוס. שמרי Malassezia, תושבים קבועים של עור אנושי, עלולים לגרום לסבוריאה דרמטיטיס כאשר פעילות מערכת החיסון יורדת. אל תמהר מיד לשטוף ידיים. שמרים וחיידקים אופורטוניסטים במצב בריאותי תקין ממלאים תפקיד חשוב, ומונעים התפתחות של מיקרואורגניזמים פתוגניים.
וירוסים הם האורגניזמים הפרימיטיביים ביותר על פני כדור הארץ. במצב חופשי לא מתרחשים בהם תהליכים מטבוליים. רק כשהם נכנסים לתא מארח, וירוסים מתחילים להתרבות. בכל היצורים החיים, הנשא של החומר הגנטי הוא חומצה דאוקסיריבונוקלאית (DNA).רק בין הנגיפים יש נציגים עם רצף גנטי כמו חומצה ריבונוקלאית (RNA).
וירוסים לרוב אינם מסווגים כאורגניזמים חיים באמת.
בנוסף לטפילים המתמחים בבעלי חיים ובני אדם, ביניהם יש נציגים פיטופתוגניים, כלומר הם פוגעים בתאי צמחים בלבד; בקטריופאג'ים הם "אוכלי חיידקים". ידוע כי וירוסים יכולים להתפתח אפילו בתאים מתים, בהם נשאר מבנה שלם יחסית, והחומר הגנטי מת. בעבר, במהלך מגיפות, גופותיהם של אלו שמתו ממחלות חיידקיות ונגיפיות נשרפו.
המורפולוגיה של וירוסים מגוונת מאוד (איור 12). בדרך כלל, הגדלים הקוטרליים שלהם נעים בין 20-300 ננומטר.
אורז. 12. גיוון של חלקיקים ויראליים.
חלק מהנציגים מגיעים לאורך של 1-1.5 מיקרון. מבנה הנגיף מורכב מהקפת החומר הגנטי עם מסגרת חלבונית מיוחדת (קפסיד), המאופיינת במגוון צורות (סלילי, איקוסהדרלית, כדורית). לחלק מהנגיפים יש גם מעטפת בחלק העליון שנוצרה מקרום התא המארח (סופרקפסיד). לדוגמה, נגיף הכשל החיסוני האנושי (איור 13) ידוע כגורם הגורם למחלה הנקראת (איידס). הוא מכיל RNA כחומר גנטי ומשפיע על סוג מסוים של תאי מערכת החיסון (עזרי לימפוציטים T).
אורז. 13. מבנה נגיף הכשל החיסוני האנושי.
מחזור הרבייה של טפילים אלו מתחיל בשלב ההתקשרות לתא. המטרה מכילה קצוות מולקולריים מיוחדים (רצפטורים) שלפיהם וירוסים מזהים אותו. לאחר מכן, החומר הגנטי של הטפיל חודר, לעתים קרובות עם כמה מרכיבים אחרים של המבנה שלו.רבייה של הנגיף מתרחשת עקב הכפלה (שכפול) של גנים והיווצרות לאחר מכן של החלבונים הדרושים. לאחר מכן, הנגיפים משתחררים מהתא בעותקים ויוצרים שוב את המבנה שלהם.
אולי נראה שיש פער גדול בין וירוסים לחיידקים. עם זאת, התברר שבטבע יש צורות מעבר הנקראות ריקטסיה. על פי הסיווג המודרני, מיקרואורגניזמים אלה שייכים לפילום Proteobacteria (proteobacteria). Rickettsiae דומים בגודלם לנגיפים גדולים והם טפילים תוך תאיים. כמו וירוסים, ריקטסיה יכולה להתרבות רק בתאי מארח. התאים של חיידקים אלה אינם ניידים. ריקטסי הם בדרך כלל בצורת מוט, אך נמצאים גם קוקוסים וחוטים.
מחלות הגורמות לריקציה בבני אדם הן לרוב קשות מאוד. מופיעים תסמינים של חום, המלווים בפגיעה במערכת העצבים המרכזית והלב וכלי הדם. ככלל, ריקטסיה מועברת לבני אדם באמצעות עקיצת קרציות, פרעושים או כינים. בתאים של וקטורים, טפילים כלולים בצורה רדומה (לא פעילה) ומופעלים רק כאשר הם נכנסים למארח. ריקטסיה יכולה להיות מועברת גם דרך בעלי חיים בעלי דם חם (חולדות, עכברים, כלבים), שהם אינם גורמים נזק.
