Microorganisme în serviciul omului - microorganisme și mediu - o introducere în microbiologie -

Microorganisme în serviciul omului

Necunoscând microbiologie vede importanța practică a microorganismelor, în primul rând prejudiciul cauza la oameni, animale și plante. Astfel de microorganisme patogene (patogene) și caracteristicile lor specifice sunt implicate în științe precum microbiologia medicală și veterinară, precum și fitopatologia. Deși microorganismele din alte sfere ale naturii și acționează industria uneori ca dăunători, rolul lor în mod esențial organisme benefice prevalează. Ei au câștigat de mult un loc solid în gospodărie, iar în industrie sunt absolut necesari. Acestea sunt utilizate în diferite sectoare ale prelucrării primare a produselor agricole la catalizarea cele mai dificile etape de sinteză chimică.







Producția microbiologică clasică. Pe exemplul berii și vinificației folosind drojdie, pâine copt și gătit de produse lactate folosind bacterii producătoare de acid lactic, precum și primirea de oțet comestibil, cu participarea bacterii producătoare de acid acetic devine evident că microorganismele aparțin cele mai vechi „plante“ cultivate. În Japonia și în Indonezia boabele de soia au fost mult timp prelucrate cu ajutorul ciupercilor filamentoase, drojdiilor și bacteriilor lactice. Cu excepția producției de etanol, microorganismele au început să fie utilizate în producția industrială de substanțe individuale abia în ultimii șaizeci de ani. Deja în timpul primului război mondial, glicerolul a fost produs cu ajutorul fermentației de drojdie controlată. Acidul lactic și citric în cantități mari necesare pentru industria alimentară sunt produse de o bacterie lactice și ciuperca Aspergillus niger, respectiv. deșeuri ieftine, bogat in carbohidrati prin fermentarea efectuată de bacili și Clostridia se pot obține acetonă, butanol, 2-propanol, butandiol și alte substanțe chimice importante.

Producția de antibiotice. Odată cu apariția antibioticelor, a apărut o nouă eră în medicină și în industria farmaceutică. Datorită descoperirii penicilinei și a altor produse metabolice ale ciupercilor, actinomicitelor și altor microorganisme, omenirea a dobândit o armă foarte eficientă pentru combaterea infecțiilor bacteriene. Căutarea de noi antibiotice continuă cu succes. Teoretic, modul de utilizare a antibioticelor pentru combaterea bolilor virale și a tumorilor de origine vială pare, de asemenea, promițător.

Noua producție microbiană. Formele clasice de fermentare sunt completate de noi aplicații ale microbilor în industria chimică. Din ciuperci primesc carotenoide și steroizi. Când sa dovedit că a glutamicum Corynebacterium cu un randament ridicat de săruri de zahăr și de amoniu sintetizeaza acid glutamic au fost obținute mutante și metode au fost dezvoltate, care pot fi utilizate pe scara larga pentru a produce mulți aminoacizi, nucleotide și reactivi pentru cercetare biochimice. Microorganismele sunt folosite de chimiști ca catalizatori pentru realizarea anumitor etape într-un lanț lung de reacții de sinteză; Procesele microbiologice, în ceea ce privește specificitatea lor chimică și randamentul produsului, sunt superioare reacțiilor chimice; enzimele utilizate în industrie - amilaza pentru hidrolizarea amidonului proteinaza pieilor de prelucrare, pectinază clarificarea sucurilor de fructe și altele - obținute din culturi de microorganisme.

Poziția monopolistică a microorganismelor. Trebuie remarcat faptul că anumite tipuri de materii prime disponibile în cantități deosebit de mari, cum ar fi petrol, gaz natural sau celuloză, pot fi utilizate de microorganisme și prelucrate în materiale celulare (biomasă) sau în produse intermediare eliberate de celule. Microorganismele sunt, prin urmare, indispensabile pentru "înnobilarea" acestor tipuri neobișnuite de materii prime pentru procesele biotehnologice; dezvoltarea acestor materii prime prin tehnologii biologice tocmai a început.

Realizări moderne ale ingineriei genetice. Studiul mecanismelor transferului de gene în bacterii și implicarea elementelor extrachromozomale în acest proces a deschis posibilitatea introducerii ADN străin în celulele bacteriene. Manipulările genetice fac posibilă introducerea în bacterie a unor segmente mari ale purtătorilor informațiilor genetice ale organismelor superioare, de exemplu oameni, și sinteza proteinelor corespunzătoare. Este destul de fezabil să se producă hormoni, antigeni, anticorpi și alte proteine ​​cu ajutorul bacteriilor. Se fac încercări de a transfera capacitatea de fixare a azotului la plante și de a trata bolile asociate cu defectele biochimice.







Aplicabilitatea directă a cunoștințelor științifice fundamentale. O încercare de a enumera în această secțiune toate tipurile de tehnologie și produse de microbiologie industrială, precum și alte domenii de aplicare a acesteia până acum doar intenționate, ne-ar duce prea departe. Legătura dintre cercetarea și practica fundamentală în microbiologie, ca și în toate științele naturii, este foarte îngustă: "Nu există științe aplicate. dar fiecare știință are multe aplicații practice "(L. Pasteur).

Semnul care se reflectă în denumirea de "microorganisme" este o cantitate mică de individ. Ea nu numai că a fost cauza separării acestor organisme, de la animale și plante: cu asemenea, caracteristici morfologice asociate semnificativ microbiană, activitatea și plasticitatea metabolismului lor și distribuția lor în natură, precum și manipularea în laborator.

Dimensiunea persoanei și relația dintre suprafață și volum. Diametrul majorității bacteriilor nu depășește o mieime de milimetru. Această valoare este de 1 micrometru (micron) sau de 10 - 3 mm. și a devenit "arshin" al unui microbiolog. Datele privind structura fină a celulei sunt date în nanometri: 1 nm = 10-3 μm = 10-6 mm. Dimensiunile micilor cianobacterii, drojdii și protozoare sunt în limita a 10 μm. În aceste microorganisme mici, raportul dintre suprafață și volum este foarte mare. Dacă un cub cu o lungime a feței de 1 cm (volumul 1 cm3) este împărțit în cuburi cu o lungime de fațet de 1 μm, obținem 10 12 cuburi cu un volum de 1 μm 3 fiecare. Suprafața totală a acestor cuburi este de 10.000 de ori mai mare decât suprafața cubului original. Volumul de 1 μm 3 este tipic pentru celula bacteriană medie.

Un raport mare de suprafață-volum conduce la o interacțiune intensă cu mediul extern; Aceasta implică un schimb foarte rapid de substanțe între mediul înconjurător și celula multor microorganisme.

Norma lui Rubner (1893) prevede că schimbul de energie al unui animal în repaus este proporțional nu cu masa, ci cu suprafața corpului său. Dacă această regulă, în conformitate cu semnificația ei, este extinsă la țesuturi separate și celule mici, atunci ar trebui să se aștepte ca nivelurile activității metabolice să difere de mai multe ordini de mărime. După cum se poate observa din tabel. 1.2, intensitatea metabolismului, măsurată prin consumul de O2. într-adevăr depinde de dimensiunea țesuturilor și a celulelor. În consecință, rata de creștere a microorganismelor este de asemenea ridicată. Pentru cei care se gândesc la problemele de a furniza alimente populației în creștere a Pământului, va fi interesant să aflăm că în corpul unui taur cântărind 500 kg în 24 de ore se formează aproximativ 0,5 kg de proteine; În același timp, 500 kg de drojdie poate sintetiza mai mult de 50.000 kg de proteine.

Plasticitatea metabolismului. La plantele și animalele superioare, modificările metabolice sunt relativ strict limitate de enzimele disponibile; în cursul dezvoltării individuale, compoziția enzimelor din ele, desigur, variază, dar cu schimbări în condițiile de mediu, astfel de schimbări sunt foarte ușoare. Microorganismele sunt caracterizate printr-o flexibilitate incomparabil mai mare. Pentru bacterii, o capacitate mare de adaptare este absolut esențială. Acest lucru este determinat de mărimea lor mică. În celula micrococului, există doar spațiu pentru câteva sute de mii de molecule de proteine. Prin urmare, enzimele care nu sunt necesare în acest moment nu pot fi păstrate în rezervă. Unele enzime care servesc la procesarea substanțelor nutritive sunt sintetizate numai atunci când substanța corespunzătoare apare lângă celulă. Astfel de enzime inductibile pot constitui până la 10% din proteina totală conținută în celulă. Astfel, mecanismele celulare de reglementare din microbi joacă un rol semnificativ mai mare și sunt mai pronunțate decât în ​​alte ființe vii.

Distribuția microorganismelor. Dimensiuni mici pentru mediul înconjurător. Multe plante și animale, acum larg răspândite din cauza omului, s-au întâlnit mai devreme doar pe continente separate. Dimpotrivă, bacteriile (inclusiv cianobacteriile) sunt omniprezente: pot fi găsite în regiuni arctice, în apă și în straturi înalte ale atmosferei. Compoziția lor în toate habitatele este în mare măsură similară cu compoziția speciilor din sol. Datorită greutății reduse, microorganismele se răspândesc ușor cu curenții de aer. În condiții naturale, habitatele, fără substraturi, necesită o infecție specială cu un microb. Această circumstanță este utilizată pentru a obține culturi acumulate. De regulă, un gram de sol de grădină este suficient pentru a găsi tipul de bacterii care poate crește datorită oricărei substanțe naturale. Microorganismele există peste tot; Mediul determină numai ce forme se vor multiplica în mod activ într-un anumit loc. Crearea in vitro condiții selective adecvate, este posibil dintr-o cantitate mică de pământ sau nămol, și în cazuri speciale și alte materiale pentru a obține cultura de economii și dintre ele și culturi pure ale majorității microorganismelor cunoscute.

Munca cantitativă și succesul cercetării genetice. Metodele prin care pot fi cultivate în microbii de laborator dezvoltate Brefeld O., R. Koch și școala sa în ultimul secol. Introducerea mediilor transparente nutritive, gelatină sau agar sigilate, lăsate să se izoleze celule individuale, pentru a viziona să crească în colonii și de a obține culturi pure. Dezvoltarea metodelor standard de sterilizare și preparare a mediilor nutritive a condus la dezvoltarea rapidă a microbiologiei medicale. Deși Koch a descris metode cantitative, avantajele lor în lucrul cu microorganismele au fost înțelese abia în ultimii 50 de ani. mici de timp de măsuri de microorganisme pot primi într-un singur tub sau pe o placă Petri, și populația de studiu format din 10 8 10 10 celule ale racordurilor, și, astfel, pentru a identifica evenimente rare, cum ar fi mutația sau transferul caracteristicilor dobândite, fără a fi nevoie de ajutoare complicate și de conținut spațiu mic. Succesul extraordinar al cercetărilor biochimice și genetice nu este realizat cel puțin datorită ușurinței manipulării bacteriilor.







Articole similare

Pagina anterioară

Pagina următoare

Trimiteți-le prietenilor: