Mikroorganizmy (mikróby) sú jednobunkové organizmy menšie ako 0,1 mm, ktoré nie je možné vidieť voľným okom. Patria sem baktérie, mikroriasy, niektoré nižšie vláknité huby, kvasinky a prvoky (obr. 1). Študuje ich mikrobiológia.
Ryža. 1. Mikrobiologické objekty.
Na obr. 2. Môžete vidieť niektorých zástupcov jednobunkových prvokov. Niekedy objekty tejto vedy zahŕňajú najprimitívnejšie organizmy na Zemi - vírusy, ktoré nemajú bunkovú štruktúru a sú komplexmi nukleových kyselín (genetický materiál) a bielkovín. Častejšie sú izolované do úplne samostatného študijného odboru (virológia), keďže mikrobiológia je skôr zameraná na štúdium mikroskopických jednobunkových organizmov.
Vedy algológia a mykológia, ktoré študujú riasy a huby, sú samostatnými disciplínami, ktoré sa prekrývajú s mikrobiológiou pri štúdiu mikroskopických živých objektov. Bakteriológia je skutočným odvetvím mikrobiológie. Táto veda sa zaoberá výlučne štúdiom prokaryotických mikroorganizmov (obr. 3).
Ryža. 3. Schéma prokaryotickej bunky.
Na rozdiel od eukaryotov, ktoré zahŕňajú všetky mnohobunkové organizmy, ako aj prvoky, mikroskopické riasy a huby, prokaryoty nemajú vytvorené jadro obsahujúce genetický materiál a skutočné organely (trvalé špecializované štruktúry bunky).
Medzi prokaryoty patria skutočné baktérie a archaea, ktoré sa podľa modernej klasifikácie označujú ako domény (superkráľovstvá) Archaea a Eubaktérie (obr. 4).
Ryža. 4. Oblasti modernej biologickej klasifikácie.
Štrukturálne vlastnosti baktérií
Baktérie sú dôležitým článkom kolobehu látok v prírode, rozkladajú rastlinné a živočíšne zvyšky, čistia vodné plochy kontaminované organickými látkami, modifikujú anorganické zlúčeniny. Bez nich by život na Zemi nemohol existovať. Tieto mikroorganizmy sú rozšírené všade, v pôde, vode, vzduchu, živočíšnych a rastlinných organizmoch.
Baktérie sa líšia v nasledujúcich morfologických znakoch:
Tvar bunky (okrúhly, tyčovitý, vláknitý, stočený, špirálový, ako aj rôzne prechodové možnosti a konfigurácia v tvare hviezdy).
Prítomnosť zariadení na pohyb (nehybné, bičíkovité, kvôli sekrécii hlienu).
Artikulácia buniek medzi sebou (izolované, spojené vo forme párov, granúl, rozvetvených foriem).
Medzi štruktúrami tvorenými okrúhlymi baktériami (koky) sú bunky, ktoré sú po rozdelení v pároch a potom sa rozpadajú na jednotlivé útvary (mikrokoky) alebo zostávajú stále spolu (diplokoky). Kvadratickú štruktúru štyroch buniek tvoria tetrakoky, reťazec streptokoky, granulu 8-64 jednotiek sarcina a zhluky stafylokoky.
Tyčinkové baktérie sú reprezentované rôznymi tvarmi v dôsledku veľkej variability dĺžky (0,1-15 µm) a hrúbky (0,1-2 µm) bunky. Ich tvar závisí aj od schopnosti baktérií vytvárať spóry – štruktúry s hrubou škrupinou, ktorá umožňuje mikroorganizmom prežiť nepriaznivé podmienky. Bunky s touto schopnosťou sa nazývajú bacily a tie, ktoré takéto vlastnosti nemajú, sa nazývajú jednoducho tyčinkovité baktérie.
Špeciálnymi modifikáciami tyčinkovitých baktérií sú vláknité (predĺžené) formy, reťazce a vetviace sa štruktúry. Ten je tvorený aktinomycetami v určitom štádiu vývoja. „Zakrivené“ tyčinky sa nazývajú zvlnené baktérie, medzi ktorými sú izolované vibriá; spirilla s dvoma ohybmi (15-20 µm); spirochéty, ktoré pripomínajú vlnovky. Ich bunkové dĺžky sú 1-3, 15-20 a 20-30 µm. Na obr. Obrázky 5 a 6 ukazujú hlavné morfologické formy baktérií, ako aj typy usporiadania spór v bunke.
Ryža. 5. Základné formy baktérií.
Ryža. 6. Baktérie podľa typu umiestnenia spór v bunke. 1, 4 – v strede; 2, 3, 5 – koncové umiestnenie; 6 – zo strany.
Hlavné bunkové štruktúry baktérií: nukleoid (genetický materiál), ribozómy určené na syntézu proteínov, cytoplazmatická membrána (časť bunkovej membrány), ktorá je u mnohých predstaviteľov navyše chránená zhora bunkovou stenou, kapsulou a sliznicou (obr. 7).
Ryža. 7. Schéma bakteriálnej bunky.
Podľa klasifikácie baktérií existuje viac ako 20 typov. Napríklad extrémne teplomilné (milovníci vysokých teplôt) Aquificae, anaeróbne tyčinkovité baktérie Bacteroidetes. Najdominantnejším kmeňom, ktorý zahŕňa rôznych zástupcov, sú však Actinobacteria. Zahŕňa bifidobaktérie, laktobacily a aktinomycéty. Jedinečnosť posledného spočíva v schopnosti vytvárať mycélium v určitom štádiu vývoja.
V bežnej reči sa to nazýva mycélium. Rozvetvené bunky aktinomycét skutočne pripomínajú hubové hýfy. Napriek tejto vlastnosti sú aktinomycéty klasifikované ako baktérie, pretože sú to prokaryoty. Prirodzene, ich bunky sú štruktúrou menej podobné hubám.
Aktinomycéty (obr. 8) sú pomaly rastúce baktérie, a preto nemajú schopnosť súťažiť o ľahko dostupné substráty. Sú schopné rozkladať látky, ktoré iné mikroorganizmy nemôžu využiť ako zdroj uhlíka, najmä ropné uhľovodíky. Preto sa aktinomycéty intenzívne študujú v oblasti biotechnológie.
Niektorí zástupcovia sa sústreďujú v oblastiach ropných polí a vytvárajú špeciálny bakteriálny filter, ktorý zabraňuje prenikaniu uhľovodíkov do atmosféry. Aktinomycety sú aktívnymi výrobcami prakticky cenných zlúčenín: vitamínov, mastných kyselín, antibiotík.
Predmetom mikrobiológie sú len nižšie plesňové huby (najmä rhizopus, mucor). Ako všetky huby, nie sú schopné syntetizovať látky samy a vyžadujú živné médium.Mycélium nižších predstaviteľov tohto kráľovstva je primitívne, nie rozdelené priečkami. Osobitnú niku v mikrobiologickom výskume zaujímajú kvasinky (obr. 9), vyznačujúce sa absenciou mycélia.
Ryža. 9. Formy kolónií kultúr kvasiniek na živnom médiu.
V súčasnosti sa zhromaždilo veľa poznatkov o ich prospešných vlastnostiach. Kvasinky sa však naďalej skúmajú pre svoju schopnosť syntetizovať prakticky cenné organické zlúčeniny a aktívne sa využívajú ako modelové organizmy v genetických experimentoch. Od staroveku sa kvasnice používajú pri fermentačných procesoch. Metabolizmus sa u rôznych predstaviteľov líši. Preto sú niektoré kvasinky pre konkrétny proces vhodnejšie ako iné.
Napríklad Saccharomyces beticus, ktorý je odolnejší voči vysokej koncentrácii alkoholu, sa používa na vytvorenie silných vín (až 24%). Zatiaľ čo kvasinky S. cerevisiae sú schopné produkovať nižšie koncentrácie etanolu. Podľa oblastí použitia sa kvasinky delia na kŕmne, pekárske, pivovarnícke, liehoviny a vína.
Všade sa nachádzajú choroboplodné alebo patogénne mikroorganizmy. Spolu so známymi vírusmi: chrípka, hepatitída, osýpky, HIV atď., Nebezpečnými mikroorganizmami sú rickettsia, ale aj streptokoky a stafylokoky, ktoré spôsobujú otravu krvi. Medzi tyčinkovitými baktériami je veľa patogénov. Napríklad záškrt, tuberkulóza, brušný týfus, antrax (obr. 10). Medzi prvokmi sa vyskytuje mnoho zástupcov mikroorganizmov nebezpečných pre človeka, najmä malarické plazmodium, toxoplazma, leishmania, lamblia, trichomonas a patogénne améby.
Ryža. 10.Fotografia baktérie Bacillus anthracis, ktorá spôsobuje antrax.
Mnohé aktinomycéty nie sú nebezpečné pre ľudí a zvieratá. Medzi mykobaktériami, ktoré spôsobujú tuberkulózu a lepru, sa však nachádza mnoho patogénnych zástupcov. Niektoré aktinomycéty iniciujú ochorenie, ako je aktinomykóza, sprevádzané tvorbou granulómov a niekedy zvýšením telesnej teploty. Niektoré druhy plesní sú schopné produkovať látky toxické pre človeka – mykotoxíny. Napríklad niektorí zástupcovia rodu Aspergillus, Fusarium. Patogénne huby spôsobujú skupinu ochorení nazývaných mykózy. Kandidózu alebo zjednodušene povedané soor spôsobujú kvasinkovité huby (obr. 11). V ľudskom tele sú vždy prítomné, no aktivujú sa až pri oslabení imunitného systému.
Ryža. 11. Huba Candida je pôvodcom drozdov.
Plesne môžu spôsobiť rôzne kožné lézie, najmä všetky druhy lišajníkov, okrem herpes zoster, ktorý je spôsobený vírusom. Kvasinky Malassezia, stáli obyvatelia ľudskej kože, môžu spôsobiť seboroickú dermatitídu pri poklese aktivity imunitného systému. Neponáhľajte sa okamžite umyť si ruky. Kvasinky a oportúnne baktérie v dobrom zdravotnom stave plnia dôležitú funkciu, bránia rozvoju patogénnych mikroorganizmov.
Vírusy sú najprimitívnejšie organizmy na Zemi. Vo voľnom stave v nich neprebiehajú žiadne metabolické procesy. Až keď vstúpia do hostiteľskej bunky, vírusy sa začnú množiť. Vo všetkých živých organizmoch je nositeľom genetického materiálu kyselina deoxyribonukleová (DNA).Len medzi vírusmi sú zástupcovia s genetickou sekvenciou, ako je kyselina ribonukleová (RNA).
Vírusy často nie sú klasifikované ako skutočne živé organizmy.
Okrem parazitov, ktorí sa špecializujú na zvieratá a ľudí, sú medzi nimi aj fytopatogénni zástupcovia, to znamená, že poškodzujú iba rastlinné bunky; Bakteriofágy sú „požierači baktérií“. Je známe, že vírusy sa môžu vyvinúť aj v mŕtvych bunkách, v ktorých zostáva relatívne neporušená štruktúra a genetický materiál zomrel. Predtým, počas epidémií, boli spálené telá tých, ktorí zomreli na bakteriálne aj vírusové ochorenia.
Morfológia vírusov je veľmi rôznorodá (obr. 12). Typicky sa ich priemerná veľkosť pohybuje od 20 do 300 nm.
Ryža. 12. Diverzita vírusových častíc.
Niektorí zástupcovia dosahujú dĺžku 1-1,5 mikrónu. Štruktúra vírusu pozostáva z obklopenia genetického materiálu špeciálnym proteínovým rámcom (kapsidou), ktorý sa vyznačuje rôznymi tvarmi (helikálny, ikosaedrický, sférický). Niektoré vírusy majú navrchu aj obal vytvorený z membrány hostiteľskej bunky (superkapsida). Napríklad vírus ľudskej imunodeficiencie (obr. 13) je známy ako pôvodca ochorenia nazývaného (AIDS). Obsahuje RNA ako genetický materiál a ovplyvňuje určitý typ buniek imunitného systému (pomocné T-lymfocyty).
Ryža. 13. Štruktúra vírusu ľudskej imunodeficiencie.
Reprodukčný cyklus týchto parazitov začína štádiom pripojenia k bunke. Cieľ obsahuje špeciálne molekulové konce (receptory), podľa ktorých ho vírusy rozpoznávajú. Ďalej je preniknutý genetický materiál parazita, často s niektorými ďalšími zložkami jeho štruktúry.K reprodukcii vírusu dochádza v dôsledku zdvojenia (replikácie) génov a následnej tvorby potrebných proteínov. Potom sa vírusy uvoľňujú z bunky v kópiách a znovu vytvárajú svoju štruktúru.
Môže sa zdať, že medzi vírusmi a baktériami je veľká priepasť. Ukázalo sa však, že v prírode existujú prechodné formy nazývané rickettsia. Podľa modernej klasifikácie patria tieto mikroorganizmy do kmeňa Proteobacteria (proteobaktérie). Rickettsie sú veľkosťou porovnateľné s veľkými vírusmi a sú to vnútrobunkové parazity. Rovnako ako vírusy, aj rickettsie sa môžu rozmnožovať iba v hostiteľských bunkách. Bunky týchto baktérií sú nepohyblivé. Rickettsie sú zvyčajne v tvare tyčinky, ale nachádzajú sa aj koky a vlákna.
Choroby, ktoré spôsobujú rickettziu u ľudí, sú často veľmi závažné. Objavujú sa príznaky horúčky sprevádzané poškodením centrálneho nervového a kardiovaskulárneho systému. Rickettsie sa spravidla prenášajú na človeka uhryznutím kliešťom, blchami alebo vší. V bunkách vektorov sú parazity obsiahnuté v spiacej (neaktívnej) forme a aktivujú sa až po vstupe do hostiteľa. Rickettsia sa môže prenášať aj cez teplokrvné živočíchy (potkany, myši, psy), ktorým nespôsobujú žiadnu škodu.
