09.10.2008 Mikrobiologia

Literatura:
H. Schlegel: Mikrobiologia ogólna
Salyers, D. Whitt: Mikrobiologia
W. Kunicki-Goldfinger: Życie bakterii
W. Kunicki-Goldfinger: Podstawy mikrobiologii i immunologii
Szember: Zarys mikrobiologii rolniczej
J. Postgate: Człowiek i drobnoustroje
F. Clark: Mikrobiologia i biochemia gleb

Mikrobiologia

mikros - mały
bios - życie
logos - słowo
nauka o „małym” życiu

Mikrobiologia - dział biologii zajmujący się najmniejszymi, niewidzialnymi gołym okiem organizmami - drobnoustrojami, zdolnymi do przeprowadzenia wszelkich procesów życiowych w jednej komórce, a do których należą: bakterie, wirusy (?), org. bakteriopodobne, sinice, śluzowce, niektóre glony, grzyby i pierwotniaki.

Rozwój mikrobiologii
Zjawiska skłaniające ludzkość do różnych przypuszczeń i hipotez:
- choroby zakaźne ludzi i zwierząt domowych
- procesy fermentacji
- psucie się żywności
- stale odradzająca się żyzność gleby

Historia mikrobiologii
- Starożytność i średniowiecze - istnienie uporządkowanego, zastanego świata
- Odrodzenie - pytania o przyczyny zjawisk
- Roger Bacon (1235, Anglia) - opisał okulary
- Fracastorio (1478-1553, Padwa) - pierwsza próba wyjaśnienia choroby zakaźnej
- Jan i Zachariasz Jensenowie (1590, Fryzja) - pierwowzór mikroskopu
- Robert Hook (1635-1703, Anglia) - pierwszy ujrzał i narysował kom. roślinne
- Antoni van Leeuwenhock (1632-1723, Holandia) - „ojciec mikroskopii” mikroskop powiększający 300 razy, pierwsze opisy i rysunki drobnoustrojów, nawet bakterii
- von Gleichen, Weigert, Koch (XVIII/XIX w) - barwienie bakterii
- Ernst Abbe i Carl Zeiss (~1870, Niemcy) - mikroskop z aparatem oświetlającym, pozwalający dostrzec obiekty o wielkości 0,2 µm (1µm=0,001mm)
- Siedentopf, Zsigmondy - mikroskop ultrafioletowy o zdolności rozdzielczej 0,1 µm
- Ruska (lata trzydzieste XX w., Niemcy) - mikroskop elektronowy, możliwość oglądania obiektów w nm (1nm=0,001µm)
- Zernike (1934) - mikroskop kontrastowo-fazowy

Ludwik Pasteur (1822-1895, Francja)
- wprowadził metody pasteryzacji (giną komórki wegetatywne) oraz sterylizacji (giną zarówno komórki wegetatywne jak i przetrwalniki) płynów podwyższoną temp. Wyjaławiania szkła i narzędzi w suszarce (180^oC), a pożywek w autoklawie.
- opracował metodę izolacji drobnoustrojów, uzyskując czyste kultury
- zbadał istotę fermentacji alkoholowej, mlekowej, octowej i masłowej
- obalił teorię samorództwa - żywy organizm może powstać tylko z żywego organizmu
- wykazał, że chorobę zakaźną wywołują pochodzące z zewnątrz drobnoustroje, a niedopuszczanie do wniknięcia zarazka zapobiega chorobie - podstawy mikrobiologii lekarskiej, weterynaryjnej i sanitarnej
- prace nad wąglikiem i wścieklizną - podstawy immunologii

Robert Koch (1843-1910, Niemcy)
- wprowadził pożywki zestalone żelatyną i agarem - izolacja dziesiątków drobnoustrojów
- prace nad chorobami zakaźnymi (tzw. postulaty Kocha)
1) drobnoustrój powinno się znajdować w organizmie we wszystkich przypadkach choroby
2) drobnoustrój powinno się wyosobnić i hodować poza organizmem przez wiele pokoleń (mikroorganizmu)
3) tak izolowany drobnoustrój, wprowadzony do innego organizmu, powinien wywołać tę samą chorobę
- wykrył zarazki gruźlicy i cholery

Twórcy zajmujący się mikrobiologią rolniczą
- Sergiusz Winogradski (1856-1953, Rosja) - twórca mikrobiologii i ekologii gleby, opisał zjawisko chemoautotrofii u bakterii nitryfikacyjnych, żelazowych i siarkowych, badał bakterie fotosyntetyzujące, wiązanie azotu cząsteczkowego, rozkład błonnika w glebie.
- Iwanowski i Beijerinck - pisali wirus mozaiki tytoniu
- Frosch i Löffler - odkryli wirus pryszczycy
- Fleming - odkrył pierwszy antybiotyk - penicylinę
- Michał Siedlecki - odkrył krętka powodującego kiłę
- Hirszfeld - wyizolował zarazek duru brzusznego
- Weigl - szczepionka przeciw tyfusowi plamistemu
- Leon Cienkowski - opis bakterii powodujących śluzowacenie roztworów cukru
- Adam Prażmowski - badania dotyczące systematyki, morfologii, oraz jądra bakterii, prace nad bakteriami brodawkowymi
- inni Polacy: Bujwid, Besredka, Danysz, Adametz, Bedian, Niklewski, Bassalik, Ziermięcka

Działy mikrobiologii
- Mikrobiologia ogólna - budowa, fizjologia, genetyka bakterii i wirusów
- Mikrobiologia lekarska i weterynaryjna - poznanie zarazków chorób zakaźnych ludzi i zwierząt
- Mikrobiologia sanitarna - bada drogi i sposoby rozprzestrzenienia się zarazków
- Mikrobiologia przemysłowa - drobnoustroje i procesy przez nie wywoływane, ważne dla mleczarstwa, przetwórstwa, fermentacji, produkcji antybiotyków, witamin, itp.
- Mikrobiologia środowiska:
1) Mikrobiologia rolnicza - rola drobnoustrojów w tworzeniu i konserwacji gleb, w procesach wzrostu i plonowania roślin
2) Mikrobiologia wód - procesy zachodzące w wodach, krążenie w nich pierwiastków, samooczyszczanie wód

Znaczenie drobnoustrojów
- wietrzenie skał (wietrzenie skały macierzystej) - drobnoustroje współtworzą glebę, przez wydzielanie związków o kwaśnym charakterze (np. kwas siarkowy) powodujących rozpuszczenie minerałów skałotwórczych.
- krążenie pierwiastków - drobnoustroje mineralizują martwą materię organiczna, a powstałe związki mineralne wykorzystują one same jak i rośliny
- synteza humusu - współtworzą glebę poprzez udział w tworzeniu próchnicy i humusu, wpływ na żyzność i strukturę gleby
- oczyszczanie rzek i zbiorników wodnych - latem następuje samooczyszczanie, pod wpływem wysokiej temp., następuje rozkład materii organicznej dostarczającej się do wód (zapobieganie eutrofizacji)
- odtruwanie gleb - rozkład szkodliwych związków pochodzenia produkcyjnego lub agrochemicznego

Wykorzystanie drobnoustrojów w przemyśle i gospodarce człowieka
- całe komórki i ich składniki - drożdże piekarskie, preparaty paszowe, preparaty regeneracyjne przewodu pokarmowego, szczepionki (drożdże dodawane do pasz polepszają smakowitość, dostarczają białka i witamin)
- produkty końcowe przemian katabolicznych - etanol, kwas mlekowy, masłowy, butanol, aceton
- fermentowane produkty spożywcze - jogurt, kefir, sery, piwo, wino
- produkty syntez podstawowych: małocząsteczkowe: aminokwasy, kwas cytrynowy, nukleotydy, witaminy; wielkocząsteczkowe: enzymy, lipidy, polisacharydy.
- produkty syntez peryferyjnych (produkty metabolizmu wtórnego, powstają obok produktów głównych) - antybiotyki, alkaloidy, dekstran, gibereliny
- produkty syntez i biotransformacji z udziałem egzogennych prekursorów - kwas akrylowy, testosteron
- produkty obce dla drobnoustrojów syntezowane przez szczepy ze zrekombinowanego DNA - insulina, interferony, hormony wzrostowe
- produkcja żywności - produkty mleczne, alkoholowe, octowe, wytwarzanie aminokwasów, witamin, kwasów organicznych
- rolnictwo - produkcja pasz, ochrona roślin (antybiotyki, biopestycydy), lecznictwo zwierząt (antybiotyki, szczepionki)
- ochrona środowiska - oczyszczanie ścieków, bioutylizacja odpadów
- ochrona zdrowia - wytwarzanie szczepionek i przeciwciał, mikrobiologiczna biosynteza antybiotyków, aminokwasów, witamin, enzymów; zastosowanie biotransformacji w produkcji leków.
- przemysł chemiczny - wytwarzanie alkoholi, kwasów organicznych, polimerów (dekstran, ksantan)
- biotechnologiczna obróbka surowców: roszenie roślin włókienniczych (len, konopie), wyprawianie skór
- rozpad ropy naftowej, gazu ziemnego, ligniny, celulozy, korozja metali, betonu, cementu, rozkład tkanin, drewna, papieru, farb, lakierów.
WWA - wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne; związek rakotwórczy

Podział organizmów żywych ze względu na bud. i sposób odżywiania:
- Rośliny
- Zwierzęta
- Protista:
1) niższe - bakterie, sinice, archeony, należą do Prokaryota
2) wyższe - glony, grzyby, pierwotniaki, ich komórki są podobne do komórek roślin i zwierząt, należą do Eukaryota

Podział drobnoustrojów ze względu na różnice cytologiczne i fizjologiczne
- Virales - wirusy
- Prokaryota - organizmy bakteriopodobne, bakterie, sinice
- Eukaryota - pierwotniaki, glony jednokomórkowe i kolonijne, grzyby z wyłączeniem kapeluszowych, śluzowce

Cechy	Prokaryota	Eukaryota	Virales
Organizm żywy	+	+	-
Aparat jądrowy	Nukleoid - naga, długa, podwójna, koliście zwinięta nić DNA	Jądro kom. - obłonione zawierające sok jąderkowy, chromosomalny i jąderko	DNA lub RNA
Rybosomy	Małe - (70S)	Duże - (80S)	-
Centra energetyczne	Mezosomy - wpuklenia błony cytoplazmatycznej	Mitochondria	-
Wakuole	Bardzo rzadko	+	-
Aparat Golgiego	-	+	-
Retikulum endoplazmatyczne	-	+	-
Oddychanie	Tlenowe, beztlenowe	Tlenowe	-
Ruch cytoplazmy	-	+	-
Ściana komórkowa	Z mureiną	+	-

---