Лекции по микробиологии

Микробиология (mikrobiologia) – наука о мельчайших, невидных

невооруженным глазом организмах, названных микробами или микроорганизмами.

Стало быть, она изучает  закономерности их жизни, развития, а  так же те изменения,

которые она вызывает в организме человека, животных, растений и в неживой

природе.

Микробиология как наука  находится в тесной зависимости  от способов

производства, запросов практики. В этой связи микробиология дифференцировалась

на общую, сельскохозяйственную, техническую (промышленную), медицинскую,

санитарную и ветеринарную. А в настоящее время образовалась морская и

космическая микробиология.

В свою очередь медицинская  подразделяется на бактериологию, вирусологию,

иммунологию-механизм защиты организма от патогенных и непатогенных агентов,

протозоологию - одноклеточные  организмы.

Промышленная микробиология- это наука о важнейших микробиологических

процессах и их практическом применении для получения ценных продуктов

жизнедеятельности микроорганизмов, их биомассе - важнейший белковый продукт.

Необходимо отметить, что  за долго до открытия микроорганизмов  человечеству

были известны некоторые  процессы, вызываемые их жизнедеятельностью:

брожение виноградного сока, молока, теста и т. д. На заре развития цивилизации 

человек изготовлял виноградное  вино, кумыс, кислое молоко. В древнейшие

времена врачи и естествоиспытатели стремились выяснить причины инфекционных

болезней. Ощутимым толчком  к развитию микробиологии явилась  работа

Голландского ученого  А. Левенгука(1632-1723),он изготовил микроскоп, в котором 

увидел, при увеличении в160-300 раз” живых маленьких зверьков”  animaccula viva.

Однако, в основном, только с именем французского ученого, химика и 

микробиолога Л. Пастера (1822-1895) связанны важнейшие открытия в области 

микробиологии.

“Природу заразных болезней поймет тот, кто объяснит природу  брожения

заявил Л. Пастер ”. это  он доказал ферментативную природу  спиртового ,

молочнокислого и маслянокислого брожения.

Огромное значение имеют  работы Л. Пастера о болезнях вина, пива,

шелковичных червей и мерах борьбы с ними. Л. Пастер впервые в мировой практике

положил начало применению предохранительных  прививок. Он получил вакцины 

против куриной холеры, сибирской язвы и бешенства. Л. Пастер доказал, что 

самопроизвольного зарождения живых существ не происходит…Василиади Г.К. Лекции по курсу “Общая микробиология” 2

В этот период английский ученый- хирург ввел в хирургию антисептики

(дезинфицирующие вещества).

Роберт Кох – имя без которого наше повествование было бы неполным. Он

открыл возбудителя туберкулеза. Но получив туберкулин Р.Кох долгое время

ошибался, считая, что получил  вакцину.

Не малую лепту в  развитие микробиологии внес наши отечественные  ученые:

Мечников, Виноградский и  др. классические исследования Мечникова  стали 

основой создания учения о  фагоцитозе - это новый этап в  развитии медицины. Он

открыл и изучил процесс  внутриклеточного пищеварения. Учение о фагоцитозе

стало основой для понимания  сущности воспаления.

Мечниковым и Пастером было положено начало учения об антагонизме 

микробов- получение антибиотиков.

Важной стала ветеринарная микробиология, ибо есть антропозоонозные

заболевания, но есть и антрополозные.

Сельскохозяйственная микробиология  – использование микроорганизмов  в

разложении и минерализации органических веществ.

Техническая микробиология - в настоящее время превратилась в мощную

производительную силу (продукты биологического синтеза). Применение

микроорганизмов в металлургии. Микробы способны растворять металлы, т. е.

переводить их в раствор. Извлекают металл из бедных руд.

Микробы санитары (редуценты). Они очищают землю, разлогая трупы

животных, остатки растений.

Мир микроорганизмов сложен и разнообразен, они очень широко

распространены в природе. Они вездесущи. Микробы вторгаются в жизнь человека-

то как друзья, то как враги. В огромном количестве встречаются в пище, в воде,

которую мы пьем, и в воздухе, которым мы дышим. Большинство микроорганизмов

в отличии от макроорганизмов одноклеточные. Но в систематическом виде

отношении микроорганизмы не представляют собой единой группы.

Микроорганизмы подразделяются на эукариот и прокариот. К первым

относятся многие водоросли, грибы простейшие. По строению клеток они не

отличаются принципиально  от макроорганизмов, включая высшие растения и

животных, которые так  же яв-ся эукариотами. Для эукариот характерно наличие в

клетках ядра, окружного мембранной и содержащего набор хромосом, в которых

находится ДНК, несущая основную генетическую информацию.

Кроме того клетки эукариот имеют развитый эндоплазматический ретикулум,

митохондрии (фотосинтезирующие  формы и хлоропласты), а также  другие

органеллы, рибосомы.

Прокариоты , или бактерии. Организация их клеток более проста чем, у

эукариот. ядро прокариот  называемая часто нуклеидом , не окружено мембраной и

представлена одной молекулой  ДНК кольцевого характера.

Эндоплазматический ретикул, митохондрии и другие обособленные органеллы

, свойственные эукариотам  у прокариот отсутствует, а  их функции выполняет 

клеточная мембрана. Таким  образом, клетки прокариот не имеет  оформленного

ядра. Иными словами генетический материал (ДНК) прокариот находится  прямо в

цитоплазме и не окружен ядерной мембраной. В то же время у эукариот имеется

настоящее ядро, т.е. у них  генетический материал окружен двойной  мембраной и 

образует вполне определенную клеточную структуру

Общая микробиология: изучает  морфологию, физиологию, экологию,

систематику, генетику микроорганизмов; участие микроорганизмов в

круговороте веществ в природе.

Водная микробиология: изучает  роль микробов в круговороте веществ

в природе, разрабатывает  микробиологические способы очистки

промышленных и сточных  вод.

Почвенная микробиология: изучает  видовой состав различных групп

микроорганизмов, населяющих почву, их численность и зависимость  от

внешних условий, биохимическую  деятельность почвенных

микроорганизмов, их роль в  эволюции и плодородии почвы, а также

взаимодействие друг с  другом и с высшими растениями.

Медицинская и ветеринарная микробиология: изучает патогенные и

условно-патогенные микроорганизмы, их роль в развитии инфекционной

патологии. Границы современной  медицинской микробиологии значительно

расширились. Из нее выделились вирусология, иммунология, санитарная

микробиология.

Сельскохозяйственная микробиология: изучает роль микроорганизмов

в почвообразовании и плодородии почвы. Изучает патогенные для растений

микроорганизмы, способызащитырастений от болезней и вредителей.

Космическая микробиология: изучает влияние на микроорганизмы

космических условий, наличие  микробов на других планетах и в  метеоритах,

способы предупреждения заноса земных микроорганизмов на другие

планеты и заноса микробов из космоса на Землю. Важным вопросом является

решение проблемы круговорота  веществ в космических кораблях, для

обеспечения жизнедеятельности  человека в длительных космических

полетах.

Геологическая микробиология: исследует роль микробов в круговороте

элементов земной коры, в  образовании полезных ископаемых, горных пород,

разрабатывает микробиологические способыполучения металлов из руд.

Промышленная микробиология (биотехнология) превратилась в

мощную производительную силу. Задачей этой важной области  является

разработка и промышленное получение микробным синтезом различных

соединений, микробных удобрений, БАВ (антибиотиков, ферментов,

витаминов, гормонов, вакцин).

Генетика микроорганизмов  – одно из наиболее прогрессирующих

направлений современной  микробиологии. Предметом этой науки  является

молекулярная структура  генов прокариотов, закономерности

функционирования и репликации генов, процессы мутагенеза,

конструирование методом  генной инженерии новых штаммов  с заданными

способностями биосинтеза веществ.

Микроорганизмы по форме  делятся на группы: сферические,

цилиндрические, спиральные, необычной формыи нитчатые (слайд 2.5).

Сферические бактерии, или  кокки, имеют округлую форму. В

зависимости от расположения клеток после их деления подразделяются на

группы (слайд 2.6).

Микрококки – делятся  в одной плоскости, и после  деления клетки

располагаются одиночно. Диплококки – делятся в одной плоскости, и после

деления их клетки располагаются  попарно. Стрептококки – делятся  в одной

плоскости, после деления  между клетками сохраняется связь, и они

располагаются в виде цепочек. Тетракокки – делятся в двух взаимно

перпендикулярных плоскостях, и после деления образуют тетрады. Сарцины

–делятся в трех взаимно  перпендикулярных плоскостях и после  деления располагаются в виде пакетов из 8, 16, 32, 64 клеток. Стафилококки – делятся

в нескольких плоскостях, после  деления клетки располагаются в  виде

виноградной грозди.

Кокки не всегда бывают правильной круглой формы, они могут быть

ланцетовидными, удлиненными, чечевицеобразными, бобовидными и  др.

Цилиндрическая форма  характерна для большинства бактерий.

Палочковидные формы бактерий различаются по длине, по поперечному

диаметру, по форме концов клеток и характеру их расположения.

Спиральной формы бактерии различаются количеством и характером

завитков, длиной и толщиной клеток. Их подразделяют на негнущиеся

(вибрионы, спириллы) и изгибающиеся (спирохеты) формы. 

Необычные формы бактерий морфологически разнообразны.

Тороидальные – замкнутые или незамкнутые кольца. Звездообразные клетки

напоминают шестиугольную  звезду. Тубероидальные клетки – это

палочковидные бактерии со сферическими вздутиями. Форма плоских

квадратных пластинок  и коробочковидных плоских клеток геометрически

разнообразной формы характерна архебактериям. Встречаются

червеобразные клетки с заостренными тонкими концами и др.

Нитчатые формы бактерий – это палочковидные клетки, которые

соединяются в длинные  цепочки, объединяемые слизью, чехлами,

плазмодесмами (мостиками) или общей оболочкой. Нити трихомных

бактерий могут быть свободноплавающими или прикрепленными к

субстрату.

Большинство бактерий одноклеточны, но имеются формы, состоящие

из многих клеток. Примером истинно многоклеточных прокариотов  с

функциональной дифференциацией  являются азотфиксирующие

цианобактерии, у которых фиксация азота осуществляется гетероцистами –

специализированными неделящимися клетками. Как правило, трихомные

бактерии, стафилококки и  др. образуют скопления клеток, не имеющих

функциональной дифференциации – многоклеточные комплексы.

Все перечисленные формы  бактерий характеризуются постоянством

формы клетки. Однако имеются  полиморфные бактерии. К ним относятся

бактерии, которые лишены клеточной стенки; бактерии, у которых  в цикле

развития наблюдается  смена форм клеток кокк-палочка-кокк; это могут быть

и слабоветвящиеся формы. У ряда бактерий клетки могут образовывать

различной формывыросты – простеки.

Размеры микробов определяются в микрометрах. Диаметр шаровидных 0,7-1,2

мкм. Длина палочковидных 1-10 мкм, ширина 0,5-1 мкм. Вирусы определяются в

нанометрах. Нитчатые формы достигают в длину нескольких десятков

микрометров. В одной капле  воды может вместиться, несколько  миллионов 

микробов.

Морфологическая дифференцировка  вегетативных клеток связана с

повышением выживаемости бактерий. Способность к формированию

специализированных клеток, отличающихся от вегетативных клеток

бактерий, запрограммирована в генетическом аппарате. Формирование таких

структур происходит в  процессе развития бактериальной клетки или под

действием внешних факторов (слайд 2.7).

Большинство таких структур относится к категории покоящихся форм,

назначение которых – обеспечить переживание вида в течение длительного

времени в неблагоприятных  условиях. После попадания в подходящие

условия покоящиеся формы прорастают, давая начало вегетативным клеткам.

Другие морфологически дифференцированные клетки служат для

размножения. К ним относятся, например, гормогонии и баеоциты

цианобактерий. Наконец, третьи (гетероцисты цианобактерий, бактероиды

клубеньковых бактерий) связаны с фиксацией молекулярного азота

атмосферы .

Влияние внешней среды на развитие микроорганизмов и распространение  их в природе 
 
Жизнедеятельность микробов находится в зависимости от окружающей среды. Создавая те или иные условия в среде, где развиваются микробы, можно способствовать развитию полезных и подавлять жизнедеятельность вредных микроорганизмов. Пищевые продукты могут хорошо сохраняться только при создании неблагоприятных условий для развития в них вредных микробов. 
 
Основными факторами, влияющими на жизнедеятельность микробов, являются: температура, влажность, действие света, характер питательной среды. 
 
Температура. Все микробы имеют максимальную, оптимальную и минимальную температуру своего развития. Оптимальная температура для большинства микроорганизмов 25—35°С. Поэтому пищевые продукты в этих условиях быстро портятся. 
 
Минимальный температурный предел у разных микробов различен. Понижение температуры замедляет или прекращает развитие микробов, но не убивает их. Поэтому при охлаждении (6°С) и замораживании (от -6 до -20°С) пищевые продукты хорошо сохраняются, но при оттаивании и обработке их микробы вновь начинают свою деятельность. 
 
Максимальная температура (45—50°С) также приостанавливает развитие микробов. Дальнейшее повышение температуры ведет к гибели вегетативных клеток, а затем и спор. На губительном действии высоких температур на микробы основаны пастеризация (60—90°С) и стерилизация (100— 120°С) пищевых продуктов. 
 
В зависимости от температуры развития микробы делят на психро-филъные (холодоустойчивые), у которых оптимум развития 15°С (плесневые грибы); мезофилъные (развивающиеся при средней температуре), у которых оптимум 25—37° С (болезнетворные бактерии, дрожжи);термофильные (теплолюбивые), у которых оптимум 50° С (молочно-кислые бактерии). 
 
Влажность. Повышенная влажность увеличивает количество растворимых питательных веществ, следовательно, способствует питанию и развитию микробов. Поэтому пищевые продукты, содержащие большое количество влаги (молоко, мясо, рыба, овощи, плоды), быстро портятся. 
 
Нижний предел влажности среды для развития бактерий 20 %, а плесневых грибов — 15 %. Поэтому надежным способом сохранения продуктов от порчи является их сушка до влажности ниже указанного предела. 
 
Среда с повышенной концентрацией веществ. Как уже было сказано, микробы живут в среде с небольшой концентрацией растворимых веществ. При повышении концентрации соли (до 10—20 %) и сахара (до 60—70 %) многие микробы полностью прекращают свое развитие (гнилостные, молочно-кислые) в результате обезвоживания микробных клеток. Действие высокой концентрации соли на микробы используют при посоле рыбы, мяса, а сахара — при приготовлении варенья, джема, повидла. 
 
Реакция среды. Большинство микробов развивается в нейтральной (рН = 7) или слабощелочной среде (рН = 8), а плесени и дрожжи — в слабокислой среде (рН = 3-6). Изменяя реакцию среды, можно влиять на ход развития микроорганизмов. На этом основаны способы консервирования овощей, плодов путем квашения (с помощью образующейся молочной кислоты) и маринования (с помощью добавляемой уксусной кислоты), в процессе которых подавляется жизнедеятельность гнилостных микробов. 
 
Свет. Прямой солнечный луч губит микробы, в том числе и болезнетворные. Губительны ультрафиолетовые лучи солнца и специальных ламп БУВ, используемых для дезинфекции воды, воздуха, помещений. 
 
Химические вещества. Многие химические соединения губительно действуют на микробы и используются для их уничтожения. Они называются антисептиками или дезинфицирующими веществами. Так, хлорную известь в общественном питании применяют для дезинфекции рук, посуды и оборудования (0,2 %), сорбиновую кислоту—для сохранения соков. Наличие бензойной кислоты в клюкве, бруснике предохраняет их от порчи. 
 
Биологические факторы. Микробы в процессе жизнедеятельности могут влиять друг на друга, способствуя развитию или угнетению. Последнее свойство микробов используется человеком в борьбе с болезнетворными микробами. Многие бактерии, плесневые грибы выделяют в окружающую среду вещества — антибиотики, губительно действующие на развитие других микробов. Пенициллин, стрептомицин, грамицидин, биомицин — антибиотики, широко применяемые в медицине. 
 
Другими веществами, близкими к антибиотикам по характеру действия на микробы, являются фитонциды. Эти вещества, выделяемые многими растениями (луком, чесноком, хреном, цитрусовыми и др.), убивают болезнетворные микробы дизентерии, гнилостную палочку и др. 
 
^ 3.1. Распространение микробов в природе 
 
Микробы широко распространены в природе: в почве, воде, воздухе, которые являются очагами деятельности разнообразной микрофлоры. 
 
^ Микрофлора почвы. Самой благоприятной средой для развития микробов является почва, в 1 г которой находится до нескольких миллиардов микробов. Развитию микробов в почве способствуют имеющиеся в ней питательные вещества (органические, минеральные), постоянная влажность и температура, отсутствие солнечного света, губительно действующего на микробы. Больше всего микробов содержится на глубине от 1 до 30 см. В песчаной почве их меньше, чем в черноземной. Некоторые микробы очищают почву от остатков животного и растительного происхождения путем минерализации сложных органических веществ. Однако почва может быть загрязнена и болезнетворными микробами, попавшими туда с трупами животных, отбросами, которые вызывают различные заболевания человека. 
 
Болезнетворные микробы, как правило, постоянно в почве не обитают, но попадая в нее могут некоторое время сохраняться. Так в почве могут находиться возбудители дизентерии, брюшного тифа, холеры, которые выживают в ней до 30—40 дней, а споры сибирской язвы, столбняка, ботулинуса, газовой гангрены сохраняются в ней годами. 
 
Корни растений своими выделениями, микробы-антагонисты, частые перепады влажности и температуры почвы оказывают губительное действие на микробы. 
 
Почва является основным резервуаром, из которого микробы попадают в воду и воздух. 
 
^ Микрофлора воды. Для некоторых микроорганизмов вода является естественной средой обитания, особенно, в открытых водоемах — в реках, озерах, прудах, меньше в артезианской воде. Загрязненность воды может составлять до миллиона микробов в 1 мл. 
 
Со сточными водами, выделениями больных людей и животных в воду могут попадать болезнетворные микробы: холерный вибрион, возбудители брюшного тифа, дизентерии, бациллы сибирской язвы и др. Они сохраняются в воде длительное время. Так холерный вибрион выживает в воде до нескольких месяцев, возбудитель туберкулеза до 5 месяцев, сальмонеллы до 3 месяцев. 
 
Вода, загрязненная болезнетворными микробами, может явиться причиной массовых заболеваний людей. Особенно опасно фекальное загрязнение воды, в которых обнаруживаются возбудители желудочно-кишечных инфекций. Вода в природе может загрязняться промышленными стоками, содержащими различные химически активные вещества: аммиак, сероводород, соли азотной кислоты, хлориды, соли фосфорной кислоты. 
 
Такую воду следует подвергать тщательной очистке — отстаивать, фильтровать, озонировать, обрабатывать ультрафиолетовыми лучами и т.д. на специальных очистительных станциях. При умеренном загрязнении водоемов чистота воды может через некоторое время восстанавливаться в результате естественного процесса самоочищения (оседание частиц, окисление загрязняющих частиц, утилизацией химических загрязнений микробами, участие бактериофагов, личинок насекомых, мальков рыб и т.д.).Таким образом восстанавливается естественное состояние водоемов. 
 
^ Микрофлора воздуха. Воздух— неблагоприятная среда для жизни микроорганизмов и чистота его зависит от степени запыленности и загрязнения выбросами промышленных предприятий. Воздух чище зимой, чем летом; над океанами и морями чище, чем над сушей; над лесными массивами чище, чем над распаханной землей; в сельской местности чище, чем в городе. Больше обсеменены микробами нижние слои воздуха (1 м³ воздуха содержит десятки тысяч микроорганизмов). Много микробов может быть в воздухе производственных помещений. В воздухе могут находиться болезнетворные микробы туберкулеза, дифтерии, гриппа и др. заболеваний. 
 
Оздоровление воздуха природной среды, производственных помещений является важной повседневной задачей. 
 
Очистить воздух в помещениях можно вентиляцией, систематической влажной уборкой, бактерицидными лампами, дезинфицирующими средствами и другими способами. 
 
^ Микрофлора тела человека. На коже человека и во внутренних органах постоянно обитают микробы. В результате общения с природой и с людьми у человека происходит «обменивание» микрофлорой. В организм человека микробы поступают с пищей, водой, из воздуха. 
 
Несмотря на большое многообразие окружающей микрофлоры, у каждого человека имеет место индивидуальная специфичность ее. 
 
Очень многообразна микрофлора полости рта. Температура, влажность, щелочная реакция слюны, остатки пищи — все это благоприятствует развитию различных микроорганизмов. Во рту много микрококков, стрептококков, стафилококков, вибрионов, спирохет, палочек, дрожжей и др. У больных людей, бактерионосителей обнаруживаются туберкулезная палочка, дифтерийная палочка, менингококки и др. Обильно обсеменены микробами зубной налет, зубы, пораженные кариесом, миндалины. 
 
Ежедневная чистка зубов на ночь и утром, полоскание рта после приема пищи, здоровые зубы — все это убережет человека от многих заболеваний. 
 
Органы дыхания постоянной микрофлоры не имеют и полностью зависят от содержания микробов во вдыхаемом воздухе. 
 
Микрофлора желудочно-кишечного тракта обильна и многообразна. Ежедневно человек выделяет из кишечника сотни миллиардов микроорганизмов. В кишечнике постоянно обитают кишечная палочка, некоторые кокки, протеи и многие другие сапрофиты. У больных и бактерионосителей обнаруживают дизентерийную и брюшнотифозную палочки, сальмонеллы и др. Поэтому все работники общественного питания систематически подвергаются обследованию на бактерионосительство. 
 
Руки человека загрязняются микробами из окружающей среды (воздух, предметы) и со всех других частей тела. На руках обнаруживаются различные микробы опасные для здоровья человека, вызывающие дизентерию, брюшной тиф, гепатит, сальмонеллез и др. Наличие на руках кишечной палочки свидетельствует о низкой санитарной культуре человека, не соблюдающего санитарные правила личной гигиены (не моет руки перед едой, перед приготовлением пищи, после туалета), о неудовлетворительных санитарно-гигиенических условиях труда и быта. 
 
Поддержание нормального состояния здоровья, чистота рук, всего тела, ротовой полости необходимы для всех людей, особенно работников общественного питания.