Морфология и систематика микроорганизмов

МОРФОЛОГИЯ  И СИСТЕМАТИКА  МИКРООРГАНИЗМОВ

1. История развития микробиологии.

     Микробиология – это наука о мельчайших живых существах (микроорганизмах), которые столь малы, что их невозможно рассмотреть невооруженным глазом.

     Микробиология является частью общей биологии, она изучает форму, строение, систематику, физиологию, генетику и изменчивость микроорганизмов, их взаимоотношения с внешней средой, а также их роль в круговороте веществ в природе и патологии человека, животных и растений.

     Развитие  микробиологии как и других наук, находилось и находится в тесной зависимости от запросов практики, общего прогресса науки и техники, Исходя из практических потребностей общества, микробиология подразделяется на общую, сельскохозяйственную, промышленную, ветеринарную, медицинскую, космическую, санитарную.

     1 – Общая микробиология – изучает  распространенность микроорганизмов  на нашей планете. Населенность микробами почвы, водоемов, а также роль и значение микробов в круговороте веществ в природе.

     2 – Сельскохозяйственная микробиология – занимается исследованием роли микроорганизмов в процессе почвообразования, плодородия ее, в питании растений

     3 – Ветеринарная микробиология  – изучает возбудителей заразных  заболеваний животных и разрабатывает  методы профилактики, диагностики и лечения.

     4 – Медицинская микробиология  – изучает особенности существования  и развития микроорганизмов, вызывающих инфекционные заболевания человека

     5 – Космическая микробиология  – изучает влияние радиации  на организмы, а также –  возможность жизни в космическом пространстве и на других планетах.

     6 – Санитарная микробиология –  занимается изучением степени  микробного загрязнения воздуха,  почвы, воды и пищевых продуктов.

     7 – Промышленная и техническая  микробиология – изучает тех  микробов, ферментативную активность которых можно использовать для различных производственных процессов. Известно, что многие микроорганизмы с давних пор применяются в пищевой и легкой промышленности. С помощью дрожжей, например, спирт, вина, пиво, тесто для хлеба. Молочнокислые бактерии используются для изготовления сметаны, творога, простокваши. Микроорганизмы участвуют в  созревании сыров, в процессах квашения капусты, овощей. Производство уксуса, молочной, масляной, лимонной и других кислот, антибиотиков, витаминов, аминокислот, ферментов и белков основано на применении в этих процессах различных микроорганизмов.

     Наряду  с огромной положительной ролью  в природе и народном хозяйстве  микроорганизмы могут оказывать и отрицательное влияние, так, многие из них вызывают порчу и разрушение различных материалов и продуктов. Поэтому микробиология тесно связана с технологией производства и товароведением продовольственных и промышленных товаров. Как технологу, так и товароведу в их практической деятельности постоянно приходится пользоваться данными микробиологии. Остановимся на истории развития микробиологии как науки. Здесь можно выделить 2 периода:

     1 период – морфологический (описательный) связан с именем голландского  ученого Антония ван Левенгука.  Для своих наблюдений он использовал  изготовленные им самим простые линзы, давшие увеличение в 200-300 раз. Под этими линзами Левенгук рассматривал различные предметы: дождевую и колодезную воду, слюну, кровь, мочу, пищевые продукты и т.д. Он был необычно любознателен и исследовал чуть ли не все, на что можно было посмотреть в микроскоп. Легко можно было заполнить целую страницу, только перечисляя важнейшие открытия Левенгука, касающиеся микроструктуры высших растений и животных. Однако в основном он прославился тем, что открыл микробов – целый мир микроскопических «животных», или «animals», как называл их Левенгук. Это существенно расширило горизонты биологии. Левенгуком были впервые описаны представители всех основных групп одноклеточных организмов, известных нам сейчас,  - простейшие, водоросли, дрожжи и бактерии. Научная слава Левенгука шагнула по всему  свету. Выдающаяся заслуга голландского исследователя была признан Британским Королевским обществом, членом которого он был избран. Исследования и наблюдения Левенгука, накопленные за 50 лет, были обобщены и изданы на латинском языке отдельной книгой под названием «Тайны природы, открытые Антонием Левенгуком при помощи микроскопа». Вслед за  работами Левенгука появились исследования других ученых, но все же в течение долгого времени наука о микроорганизмах носила описательный характер.

     II – период физиологический связан с именами Луи Пастера, Роберта Коха и И.И. Мечникова. Развитию физиологического периода микробиологии способствовал бурный рост естествознания и технических наук.

     Луи Пастер (1822 – 1895 г.г.) замечательный французский ученый дал миру ряд исключительно важных открытий. В 1857 году он доказал, что спиртовое брожение на химический процесс, как утверждал Либих, а результат деятельности микроорганизмов – дрожжевых грибков.

     Пастер  установил, что причиной вызывающей порчу вина и пива являются микроорганизмы и рекомендовал для борьбы с ними подвергать вино и пиво нагреванию до 80 ⁰C. Этот метод уничтожения микробов называется пастеризацией.

     Исследования  Пастера о невозможности самозарождения послужили основой для разработки методов стерилизации и дезинфекции. Открытия Пастера имели большое значение для развития биологии, практики сельского хозяйства, промышленности. А его работы о возбудителях куриной холеры, сибирской язвы, бешенства положили начало предохранительных прививок.

     Значительным  вкладом в микробиологию явились  исследования  немецкого ученого  Роберта Коха (1843 – 1910 г.), разработавшего методы выделения и выращивания  чистых культур микроорганизмов  на плотных питательных средах. Кох выделил  возбудителей сибирской язвы, туберкулеза, холеры. Он ввел в микробиологическую практику метод микрофотографтрования, использование иммерсионного объектива и предложил изучать микроорганизмы в окрашенном состоянии.

     Среди русских ученых того времени выдающаяся роль в развитии микробиологии принадлежит И.И. Мечникову (1845 – 1916 г.). Он разработал фагоцитарную теорию иммунитета – невосприимчивости организма к заразным болезням (за что в 1908 году получил Нобелевскую премию). Мечникову принадлежат оригинальные исследования по экспериментальному сифилису и холере. Он положил начало ученью об антагонистических отношениях между различными группами микроорганизмов, что явилось теоретической основой для получения антибиотиков. И.И. Мечников организовал первую в России бактериологическую лабораторию, с его именем тесно связано развитие микробиологии в России.

     Огромное  значение  для развития микробиологии  оказали исследования Л.С. Ценкавского, Н.Ф. Гамалея, Д.И. Ивановского, С.Н. Виноградского, В.Л. Омелянского, В.Н. Тарасевича, Н.Г. Чистовича, А.С. Габричевского и др.

     В развитии технической микробиологии  в Советском Союзе большую  роль сыграли работы С.П. Костычева, Л.С. Иванова, А.И. Лебедева, изучавших вопросы спиртового брожения. В.Н. Шапошников и А.Я. Мантейфель изучили и внедрили в заводскую практику процесс получения молочной кислоты. В области пищевой микробиологии, непосредственно связанной с товароведением, необходимо отметить выдающуюся роль Я.Я. Никитинского, С.А. Королева и др.

     С тех пор прошло немало лет. Наука  пополнилась новыми достижениями. Этому  способствовали технический прогресс, совершенствование микроскопов, использование гистохимических  реакций, внедрение рентгеноструктурного анализа и других новейших методов исследования.

2. Основы систематики микроорганизмов.

     Для того чтобы разобраться во всем  многообразии мира микробов необходимо установление определенных таксономических категорий, характеризующихся той или иной степенью родства: классов, порядков, семейств, рядов, видов и т.п.

     По  классификации БЕРДЖИ все микроорганизмы относят к растительным организмам (Protophyta) состоящим из 4 – х классов.

     1. Schizophyceace – содержащих хлорофил.

     2. Shizomycetes – не содержащих хлорофил.

     3. Microtatobiotes – риккетсии и вирусы.

     4. Molliotes – миноплазмы. 

     По  этой системе все бактерии отнесены  к классу Shizomycetes. Классы  делятся на порядки, которые подразделяются на семейства, семейства на роды, а роды включают в себя виды.

     Что такое вид? Вид есть совокупность родственных организмов, имеющих общий корень происхождения, которые и на данном этапе эволюционного развития характеризуются определенными общими признаками, обладающих наследственно закрепленной способностью вызывать в среде естественного обитания качественно определенные специфические процессы. Для обозначения микробов в микробиологии используется двойное название, указывающее на род и вид  - бинарная номенклатура.

     Например: Streptococcus Lactis. 

     Классификация микробов в эволюционном плане. 

     

2. Морфология бактерий.

     Все микроорганизмы по морфологии подразделяются на 7 (семь) групп:

     1. Бактерии

     2. Грибы

     3. Спирохеты

     4. Простейшие

     5. Риккетсии

     6. Вирусы

     7. Микоплазмы 

     1. Бактерии представляют собой одноклеточные организмы растительного происхождения, лишенные хлорофила относятся к классу Sрizomycetes.

     Различают следующие формы бактерий:

     1. Шарообразные

     2. Палочковидные

     3. Извитые

     К шарообразным относятся кокки: моно, дипло, тетра, стрепто, стафило, сарцины ( зависит от зеленения).

     К палочковидным относятся бактерии и бациллы – последние образуют споры.

     К извитым относятся извитые –  вибрионы ¼ оборота спирали, а  если несколько завитков – спирилла, спирохеты.

     Размеры бактерий варьируют в широких  пределах и измеряются в микронах, т.е. в тысячных долях миллиметра.

     Строение  бактерий.

     Установлено, что бактериальная клетка построена  в основном по типу клетки животных и растений, она имеет оболочку, цитоплазму, ядерный аппарат и  цитоплазматические включения. У многих бактерий имеются органы движения   - жгутики.

     Оболочка  бактерий является плотным и эластичным образованием и состоит  из 3-х  слоев – 1) цитоплазматической мембраны, непосредственно прилегающей к цитоплазме; 2) клеточной стенки; 30 наружного слизистого слоя.

     В состав оболочки входят мукопретеза, липопротеазы и полисахариды. Слизистый слой у некоторых бактерий весьма развит, и в этих случаях он называется – капсулой.

     Капсула имеет для бактерий защитное значение, в частности она предохраняет их от поглощений и уничтожения лейкоцитами крови. К внутренней поверхности клеточной стенки прилегает цитоплазматическая мембрана, представляющая собой дифференцированную поверхность цитоплазмы. Толщина 50-80 А ⁰, состоит из липопротеидов. Цитоплазматическая  мембрана  является полупронецаемой структурой в следствии этого выполняет роль осмотического барьера между клеткой и окружающей средой. Предполагают, что в цитоплазматической мембране синтезируются  белки клеточной стенки.

     Цитоплазма  имеет сложный химический состав. Оно состоит из отдельных субмикроскопических  гранул РНК и белка-рибосом. В цитоплазме обнаруживаются включения в виде гранул гликогена, липидов. Наиболее сложным образованием цитоплазмы являются мезосомы.

     Мезосомы  участвуют в окислительно-восстановительных  процессах происходящих в клетке.

     Ядро  – у бактерий не оформлено, не обособлено от цитоплазмы и предсталяет собой хроматиновые тела, нуклеозы состоящие ДНК. Основная функция ядерного аппарата – участие в делении клетки, кроме этого, показано, что вся генетическая  информация клетки заключена в молекуле ДНК.

     Жгутики – многие микробы обладают подвижностью. Подвижность бактерий осуществляется за счет особых образований – жгутиков, тончайших эластических нитей.

     Субмикроскопическое строение жгутиков весьма сложна. Они  построены из особого белка флагелина  - способного с сокращению. По числу и расположению жгутиков бактерии делятся на: