Mikroorganizmy (mikroorganizmy) to organizmy jednokomórkowe o wielkości mniejszej niż 0,1 mm, których nie można zobaczyć gołym okiem. Należą do nich bakterie, mikroalgi, niektóre niższe grzyby nitkowate, drożdże i pierwotniaki (ryc. 1). Bada je mikrobiologia.
Ryż. 1. Obiekty mikrobiologiczne.
Na ryc. 2. Można zobaczyć niektórych przedstawicieli pierwotniaków jednokomórkowych. Czasami przedmiotem tej nauki są najbardziej prymitywne organizmy na Ziemi - wirusy, które nie mają struktury komórkowej i są kompleksami kwasów nukleinowych (materiału genetycznego) i białka. Częściej są one izolowane w zupełnie odrębnym kierunku studiów (wirusologia), ponieważ mikrobiologia jest raczej nastawiona na badanie mikroskopijnych organizmów jednokomórkowych.
Ryż. 2. Poszczególni przedstawiciele jednokomórkowych eukariontów (pierwotniaków).
Nauki algologiczne i mykologiczne, które badają odpowiednio glony i grzyby, to odrębne dyscypliny, które pokrywają się z mikrobiologią w badaniu mikroskopijnych obiektów żywych. Bakteriologia to prawdziwa dziedzina mikrobiologii. Nauka ta zajmuje się wyłącznie badaniem mikroorganizmów prokariotycznych (ryc. 3).
Ryż. 3. Schemat komórki prokariotycznej.
W przeciwieństwie do eukariontów, do których zaliczają się wszystkie organizmy wielokomórkowe, a także pierwotniaki, mikroskopijne algi i grzyby, prokarioty nie mają utworzonego jądra zawierającego materiał genetyczny i prawdziwych organelli (trwałych wyspecjalizowanych struktur komórki).
Do prokariotów zaliczają się bakterie prawdziwe i archeony, które według współczesnej klasyfikacji określane są jako domeny (superkrólestwa) Archaea i Eubacteria (ryc. 4).
Ryż. 4. Dziedziny współczesnej klasyfikacji biologicznej.
Cechy strukturalne bakterii
Bakterie są ważnym ogniwem obiegu substancji w przyrodzie, rozkładają pozostałości roślinne i zwierzęce, oczyszczają zbiorniki wodne zanieczyszczone materią organiczną, modyfikują związki nieorganiczne. Bez nich życie na ziemi nie mogłoby istnieć. Mikroorganizmy te są rozmieszczone wszędzie, w glebie, wodzie, powietrzu, organizmach zwierzęcych i roślinnych.
Bakterie różnią się następującymi cechami morfologicznymi:
Kształt komórki (okrągły, w kształcie pręta, nitkowaty, zawiły, spiralny, a także różne opcje przejściowe i konfiguracja w kształcie gwiazdy).
Obecność urządzeń do poruszania się (nieruchomych, biczowanych, z powodu wydzielania śluzu).
Artykulacja komórek między sobą (izolowane, połączone w postaci par, granulek, form rozgałęzionych).
Wśród struktur utworzonych przez bakterie okrągłe (cocci) znajdują się komórki, które po podziale łączą się w pary, a następnie rozpadają się na pojedyncze formacje (mikrokoki) lub pozostają cały czas razem (diplokoki). Kwadratowa struktura złożona z czterech komórek jest utworzona przez tetrakoki, łańcuch przez paciorkowce, ziarnistość 8-64 jednostek przez sarcina i skupiska przez gronkowce.
Bakterie pałeczkowate reprezentowane są przez różnorodne kształty ze względu na dużą zmienność długości (0,1-15 µm) i grubości (0,1-2 µm) komórki. Kształt tych ostatnich zależy także od zdolności bakterii do tworzenia zarodników – struktur o grubej otoczce, która pozwala mikroorganizmom przetrwać niesprzyjające warunki. Komórki posiadające tę zdolność nazywane są prątkami, a te pozbawione takich właściwości nazywane są po prostu bakteriami w kształcie pałeczek.
Szczególnymi modyfikacjami bakterii w kształcie pręcików są formy nitkowate (wydłużone), łańcuchy i struktury rozgałęzione. Ten ostatni jest tworzony przez promieniowce na pewnym etapie rozwoju. „Zakrzywione” pręty nazywane są bakteriami karbowanymi, spośród których izolowane są wibracje; spirilla posiadająca dwa zagięcia (15-20 µm); krętki przypominające faliste linie. Długości ich komórek wynoszą odpowiednio 1-3, 15-20 i 20-30 µm. Na ryc. Ryciny 5 i 6 przedstawiają główne formy morfologiczne bakterii, a także rodzaje ułożenia zarodników w komórce.
Ryż. 5. Podstawowe formy bakterii.
Ryż. 6. Bakterie według rodzaju umiejscowienia zarodników w komórce. 1, 4 – w środku; 2, 3, 5 – lokalizacja końcowa; 6 – z boku.
Główne struktury komórkowe bakterii: nukleoid (materiał genetyczny), rybosomy przeznaczone do syntezy białek, błona cytoplazmatyczna (część błony komórkowej), która u wielu przedstawicieli jest dodatkowo chroniona od góry ścianą komórkową, torebką i osłonką śluzową (ryc. 7).
Ryż. 7. Schemat komórki bakteryjnej.
Według klasyfikacji bakterii istnieje ponad 20 typów. Na przykład wyjątkowo termofilne (miłośnicy wysokich temperatur) Aquificae, beztlenowe bakterie w kształcie pałeczki Bacteroidetes. Jednak najbardziej dominującym typem, który obejmuje różnorodnych przedstawicieli, jest Actinobacteria. Obejmuje bifidobakterie, pałeczki kwasu mlekowego i promieniowce. Wyjątkowość tego ostatniego polega na zdolności do tworzenia grzybni na pewnym etapie rozwoju.
W języku potocznym nazywa się to grzybnią. Rzeczywiście, rozgałęziające się komórki promieniowców przypominają strzępki grzybów. Pomimo tej cechy promieniowce są klasyfikowane jako bakterie, ponieważ są prokariotami. Naturalnie ich komórki są mniej podobne w budowie do grzybów.
Promieniowce (ryc. 8) są bakteriami wolno rosnącymi i dlatego nie mają zdolności konkurowania o łatwo dostępne substraty. Są zdolne do rozkładu substancji, których inne mikroorganizmy nie mogą wykorzystać jako źródła węgla, w szczególności węglowodorów ropopochodnych. Dlatego promieniowce są intensywnie badane w dziedzinie biotechnologii.
Niektórzy przedstawiciele koncentrują się na obszarach pól naftowych i tworzą specjalny filtr bakteryjny, który zapobiega przedostawaniu się węglowodorów do atmosfery. Promieniowce są aktywnymi producentami praktycznie cennych związków: witamin, kwasów tłuszczowych, antybiotyków.
Przedmiotem mikrobiologii są wyłącznie grzyby pleśniowe (w szczególności rhizopus, śluz). Jak wszystkie grzyby, nie są w stanie samodzielnie syntetyzować substancji i wymagają pożywki.Grzybnia niższych przedstawicieli tego królestwa jest prymitywna, nie podzielona przegrodami. Szczególną niszę w badaniach mikrobiologicznych zajmują drożdże (ryc. 9), charakteryzujące się brakiem grzybni.
Ryż. 9. Formy kolonii kultur drożdży na pożywce.
Obecnie zgromadzono wiele wiedzy na temat ich dobroczynnych właściwości. Jednakże drożdże są nadal badane pod kątem zdolności do syntezy praktycznie cennych związków organicznych i są aktywnie wykorzystywane jako organizmy modelowe w eksperymentach genetycznych. Od czasów starożytnych drożdże były wykorzystywane w procesach fermentacji. Metabolizm różni się u różnych przedstawicieli. Dlatego niektóre drożdże są bardziej odpowiednie do określonego procesu niż inne.
Na przykład Saccharomyces beticus, który jest bardziej odporny na wysokie stężenia alkoholu, wykorzystuje się do tworzenia mocnych win (do 24%). Natomiast drożdże S. cerevisiae są w stanie wytworzyć niższe stężenia etanolu. Ze względu na obszar zastosowania drożdże dzielą się na: paszowe, piekarskie, browarnicze, spirytusowe i winne.
Mikroorganizmy chorobotwórcze lub chorobotwórcze można znaleźć wszędzie. Oprócz dobrze znanych wirusów: grypy, zapalenia wątroby, odry, HIV itp., niebezpiecznymi mikroorganizmami są riketsje, a także paciorkowce i gronkowce, które powodują zatrucie krwi. Wśród bakterii pałeczek występuje wiele patogenów. Na przykład błonica, gruźlica, dur brzuszny, wąglik (ryc. 10). Wśród pierwotniaków występuje wielu przedstawicieli mikroorganizmów niebezpiecznych dla człowieka, w szczególności plazmodium malarii, toksoplazma, leiszmania, lamblie, rzęsistki i chorobotwórcze ameby.
Ryż. 10.Zdjęcie bakterii Bacillus anthracis, która powoduje wąglika.
Wiele promieniowców nie jest niebezpiecznych dla ludzi i zwierząt. Jednak wśród prątków wywołujących gruźlicę i trąd znajduje się wielu przedstawicieli patogenów. Niektóre promieniowce inicjują chorobę taką jak promienica, której towarzyszy powstawanie ziarniniaków, a czasami wzrost temperatury ciała. Niektóre rodzaje grzybów pleśniowych są zdolne do wytwarzania substancji toksycznych dla człowieka – mikotoksyn. Na przykład niektórzy przedstawiciele rodzaju Aspergillus, Fusarium. Grzyby chorobotwórcze powodują grupę chorób zwanych grzybicami. Zatem kandydoza, czyli po prostu pleśniawka, jest wywoływana przez grzyby drożdżopodobne (ryc. 11). Są zawsze obecne w organizmie człowieka, jednak aktywują się dopiero wtedy, gdy układ odpornościowy jest osłabiony.
Ryż. 11. Grzyb Candida jest przyczyną pleśniawki.
Grzyby mogą powodować różnorodne zmiany skórne, w szczególności wszelkiego rodzaju porosty, z wyjątkiem półpaśca, który wywołuje wirus. Drożdże Malassezia, stali mieszkańcy ludzkiej skóry, mogą powodować łojotokowe zapalenie skóry, gdy spada aktywność układu odpornościowego. Nie spiesz się od razu, aby umyć ręce. Drożdże i bakterie oportunistyczne w dobrym zdrowiu pełnią ważną funkcję, zapobiegając rozwojowi mikroorganizmów chorobotwórczych.
Wirusy to najbardziej prymitywne organizmy na Ziemi. W stanie wolnym nie zachodzą w nich żadne procesy metaboliczne. Dopiero po wejściu do komórki gospodarza wirusy zaczynają się namnażać. We wszystkich organizmach żywych nośnikiem materiału genetycznego jest kwas dezoksyrybonukleinowy (DNA).Tylko wśród wirusów istnieją przedstawiciele posiadający sekwencję genetyczną, taką jak kwas rybonukleinowy (RNA).
Wirusów często nie klasyfikuje się jako organizmów prawdziwie żywych.
Oprócz pasożytów specjalizujących się w zwierzętach i ludziach, wśród nich są przedstawiciele fitopatogenni, to znaczy uszkadzający tylko komórki roślinne; Bakteriofagi to „zjadacze bakterii”. Wiadomo, że wirusy mogą rozwijać się nawet w martwych komórkach, w których pozostaje stosunkowo nienaruszona struktura, a materiał genetyczny obumarł. Wcześniej podczas epidemii palono ciała zmarłych na choroby bakteryjne i wirusowe.
Morfologia wirusów jest bardzo zróżnicowana (ryc. 12). Zazwyczaj ich średnice wahają się od 20-300 nm.
Ryż. 12. Różnorodność cząstek wirusowych.
Niektórzy przedstawiciele osiągają długość 1-1,5 mikrona. Budowa wirusa polega na otoczeniu materiału genetycznego specjalną ramką białkową (kapsydem), charakteryzującą się różnorodnymi kształtami (spiralny, ikozaedryczny, kulisty). Niektóre wirusy mają również otoczkę na górze utworzoną z błony komórkowej gospodarza (superkapsyd). Na przykład ludzki wirus niedoboru odporności (ryc. 13) jest czynnikiem wywołującym chorobę zwaną AIDS. Zawiera RNA jako materiał genetyczny i wpływa na pewien typ komórek układu odpornościowego (pomocnicze limfocyty T).
Ryż. 13. Struktura ludzkiego wirusa niedoboru odporności.
Cykl reprodukcyjny tych pasożytów rozpoczyna się od etapu przyłączenia się do komórki. Cel zawiera specjalne zakończenia molekularne (receptory), dzięki którym wirusy go rozpoznają. Następnie penetrowany jest materiał genetyczny pasożyta, często z innymi elementami jego struktury.Reprodukcja wirusa następuje w wyniku podwojenia (replikacji) genów i późniejszego tworzenia niezbędnych białek. Następnie wirusy są uwalniane z komórki w kopiach i ponownie tworzą swoją strukturę.
Może się wydawać, że istnieje duża przepaść pomiędzy wirusami i bakteriami. Okazało się jednak, że w przyrodzie istnieją formy przejściowe zwane riketsjami. Według współczesnej klasyfikacji mikroorganizmy te należą do typu Proteobacteria (proteobacteria). Rickettsiae są porównywalne pod względem wielkości do dużych wirusów i są pasożytami wewnątrzkomórkowymi. Podobnie jak wirusy, riketsje mogą rozmnażać się wyłącznie w komórkach gospodarza. Komórki tych bakterii są nieruchome. Rickettsie mają zwykle kształt pręcika, ale spotyka się także ziarniaki i włókna.
Choroby wywołujące riketsję u ludzi są często bardzo poważne. Pojawiają się objawy gorączki, którym towarzyszy uszkodzenie ośrodkowego układu nerwowego i układu sercowo-naczyniowego. Z reguły riketsje przenoszone są na ludzi poprzez ukąszenia kleszczy, pcheł lub wszy. W komórkach wektorów pasożyty występują w postaci uśpionej (nieaktywnej) i aktywują się dopiero po wejściu do żywiciela. Rickettsia może być również przenoszona przez zwierzęta stałocieplne (szczury, myszy, psy), którym nie powoduje żadnej szkody.
