Drobnoustroje - budowa
Drobnoustroje, zwane też mikroorganizmami, do których zalicza się bakterie, glony i grzyby to organizmy o niewielkich rozmiarach, widoczne pod mikroskopem. Do drobnoustrojów należą również wirusy, choć nie są one tak naprawdę organizmami żywymi. Obecnie mikroorganizmy należą do różnych królestw systematycznych świata żywego: bakterie, protisty i grzyby. Do protistów należą glony oraz pierwotniaki - jednokomórkowe, nie posiadające budowy tkankowej. Wirusy lokalizowane są na pograniczu świata żywego i nieożywionego. Klasyfikacja drobnoustrojów opiera się na ich budowie morfologicznej, wewnątrzkomórkowej, fizjologii, strukturach antygenowych oraz właściwości chorobotwórczych (w przypadku bakterii i wirusów).
BAKTERIE
Bakterie to najprymitywniejsze, jednokomórkowe organizmy żywe. Są prokariontami, co oznacza, że nie posiadają jądra komórkowego. Bakterie są rozpowszechnione na całym świecie, występują we wszystkich możliwych środowiskach, nawet tych najbardziej ekstremalnych. Żyją samodzielnie w wodzie i w glebie oraz na powierzchni i wewnątrz innych organizmów jako pasożyty lub symbionty. Ich występowanie zależy od temperatury, zasolenia i innych czynników środowiskowych. W glebie bakterie są saprofitami - rozkładają martwą materię organiczną. Jako symbionty współżyją z innymi organizmami, dostarczając im pewnych substancji w zamian za pokarm i miejsce do bytowania. Bakterie obecne są również w powietrzu, choć na stałe tam nie żyją. Drogą powietrzną przenoszone są do różnych dogodnych dla siebie środowisk. Zdolności przetrwania niekorzystnych warunków środowiskowych bakterie zawdzięczają możliwości wytwarzania przetrwalników - są to formy, w których cytoplazma jest silnie odwodniona, a czynności życiowe spowolnione. Przetrwalniki otoczone są grubymi, wielowarstwowymi osłonkami. W sprzyjających warunkach przechodzą w formę wegetatywną.
Komórki bakteryjne mogą mieć różne kształty. Mogą też występować pojedynczo lub w grupach. Pojedyncze formy kuliste to ziarenkowce, walcowate to pałeczki lub laseczki. Kształty komórek mogą być spiralne, np. śrubowce, krętki, przecinkowce. Bakterie kuliste często tworzą grupy komórek i w zależności od kształtu tego zgrupowania mamy do czynienia z paciorkowcami, gronkowcami lub pakietowcami.
Jak już wspomniano, bakterie są organizmami prokariotycznymi. Nie posiadają jądra komórkowego, a materiał genetyczny występuje w postaci koliście zwiniętej podwójnej nici DNA, zawieszonej w cytoplazmie - obszar ten to nukleoid (obszar jądrowy). Błona komórkowa bakterii pełni funkcje oddzielającą komórkę od środowiska, transportuje substancje oraz odbiera bodźce. Cytoplazma jest gęsta i zawiera rybosomy, na których zachodzi synteza białek. U bakterii oddychających tlenowo występują uwypuklenia błony komórkowej, zwane mezosomami, natomiast u bakterii fotosyntetyzujących obecne są ciałka chromatoforowe, zawierające odpowiedni barwnik. Z zewnątrz ochronę komórki stanowi ściana komórkowa, na której u wielu bakterii występuje dodatkowo otoczka śluzowa. Na powierzchni komórki mogą występować rzęski lub wici, będące organellami ruchu.
Źródłem energii oraz substratów do syntezy własnych białek jest pokarm. Bakterie zdobywają pokarm w sposób samożywny (fotosynteza lub chemosynteza) albo w sposób cudzożywny, pobierając niezbędne substancje ze środowiska. Oddychanie zachodzi z udziałem tlenu lub beztlenowo.
Aby uwidocznić pod mikroskopem kształty komórek bakteryjnych, stosuje się barwienie. Zwykle używa się barwników o charakterze zasadowym, w których grupa barwna (chromatoforowa) ma ładunek dodatni. W cytoplazmie bakterii znajdują się duże ilości fosforanów, które ją zakwaszają i zwiększają powinowactwo do barwników zasadowych, kationowych. Barwienie bakterii przeważnie wiąże się ze śmiercią komórek, ponieważ stosowane barwniki działają zabójczo. Najczęściej stosowane są: błękit metylowy, fiolet krystaliczny, fiolet goryczki, fuksyna, zieleń malachitowa, safranina.
Istnieją metody pozwalające na wybarwienie określonych struktur komórkowych, np. otoczek, rzęsek, endospor czy ciał zapasowych (wolutyny, glikogenu i tłuszczu).
Najczęściej stosowaną metoda wybarwiania bakterii jest metoda Grama. Pozwala ona na określenie struktury ściany komórkowej, co ma znaczenie w klasyfikacji bakterii oraz określeniu jej właściwości chorobotwórczych i wrażliwości na różne substancje, np. na antybiotyki. Pierwszym etapem barwienia metodą Grama jest potraktowanie komórek fioletem krystalicznym. Barwnik ten zawiera jod, który tworzy barwne kompleksy z substancjami znajdującymi się w ścianie komórkowej bakterii. Tak wybarwione komórki mają kolor ciemnofioletowy. Kolejnym etapem jest przemycie komórek alkoholem. W zależności od budowy ściany komórkowej, alkohol wypłucze barwny kompleks lub go utrwali. To jest podstawą do klasyfikacji bakterii na Gram-ujemne oraz Gram-dodatnie. Bakterie Gram-ujemne odbarwiają się pod wpływem alkoholu, tracąc fioletowy kolor. Bakterie Gram-dodatnie mają zwarta ścianę komórkową i barwny kompleks utrzymuje się. Na koniec preparat barwi się fuksyna, która powoduje zabarwienie komórek Gram-ujemnych na różowo, a na Gram-dodatnie nie działa, ponieważ ściana z fioletowym barwnikiem nie przepuszcza już innej substancji. Barwienie metodą Grama nie zawsze daje jednoznaczne rezultaty. W przypadku hodowli bakterii utrzymywanych dość długo lub hodowanych na nieodpowiednim podłożu bakterie Gram-dodatnie stają się wątpliwe lub wręcz Gram-ujemne. Przyczyną utraty Gram-dodatniości może być uszkodzenie ściany komórkowej lub jej zamierzone usunięcie.
GRZYBY
Komórki grzybów nie tworzą tkanek, ale strzępki - nitkowate struktury, tworzące plechowatą grzybnię. Grzybnia rozgałęzia się i wydłuża na szczytach strzępek, tworząc rozległe, podziemne struktury. Przez ściany grzybni pobierane są z podłoża substancje pokarmowe oraz woda. Na obrzeżach grzybnia może tworzyć zwarte nadziemne owocniki. W owocnikach powstają zarodniki. Budowa wewnętrzna grzybni może być różna i jest to jedna z cech, na podstawie których klasyfikuje się grzyby.
Lęgniowce to grupa grzybów żyjących w wodzie. Strzępki ich grzybni mają postać workowatą, a w nich znajdują się wszystkie zawieszone w cytoplazmie organella. Jądra komórkowe są diploidalne. Uszkodzenie celulozowej ściany grzybni powoduje wypłynięcie całej zawartości. Podczas rozmnażania płciowego w grzybni lęgniowców tworzą się poprzeczne przegrody, które oddzielają fragmenty, będące gametangiami. Podobnie nie podzielona poprzecznie jest grzybnia sprzężniaków. Ich ściana komórkowa zbudowana jest z chityny, tak jak u większości grzybów. Jądra są haploidalne. Grzybnia workowców natomiast jest podzielona ścianami poprzecznymi, w których znajdują się duże otwory. Przechodzą przez nie pasma cytoplazmy, łączące ze sobą kolejne segmenty. Istnieją tez grzyby, które nie tworzą strzępek, ale mają postać jednokomórkową - kulistą (np. drożdże) lub ameboidalną. Grzyby takie często rozmnażają się przez pączkowanie. Byłoby to niemożliwe przy sztywnej, chitynowej ścianie komórkowej - dlatego grzyby pączkujące posiadają w ścianie komórkowej glukan.
Grzyby są organizmami eukariotycznymi. Ich komórki posiadają jądro komórkowe oraz wszystkie niezbędne organella - mitochondria, rybosomy aparaty Golgiego, centriole. Ściana komórkowa u większości zbudowana jest z chityny, rzadko z celulozy lub glukanu. Komórki grzybowe gromadzą materiał zapasowy w postaci glikogenu lub tłuszczów. Często zapasy odkładane są w strzępkach wytwarzających zarodniki - wówczas są one wykorzystywane przez zarodniki podczas okresu spoczynku i oczekiwania na sprzyjające warunki środowiskowe.
Grzyby to organizmy cudzożywne. Substancje pokarmowe czerpią z martwej materii organicznej (saprofity) lub z innych organizmów żywych (pasożyty, symbionty). Pasożyty wyrządzają szkody, pobierając substancje z ciała żywiciela. Symbionty natomiast otrzymują pokarm w zamian za zaopatrywanie gospodarza w wodę. Ściany grzybni nie przepuszczają złożonych związków organicznych. Trawienie zachodzi więc zewnątrzkomórkowo - grzybnia wydziela enzymy trawiące, a wchłaniane są dopiero proste związki, będące produktami trawienia. Śluzowce, będące odrębną grupą w obrębie grzybów posiadają zdolność fagocytowania większych cząstek - u nich trawienie zachodzi w wodniczkach pokarmowych. Obfitość pokarmu w środowisku stwarza sprzyjające warunki do szybkiego rozrostu grzybni.
Oddychanie grzybów zwykle odbywa się z udziałem tlenu, jednak niektóre mogą przeprowadzać beztlenową fermentację. Drożdże przykładowo rozkładają cukry proste do alkoholu i dwutlenku węgla. Uzyskiwana energia magazynowana jest w postaci ATP.
W cyklu życiowym grzybów mogą występować dwa typy rozmnażania - płciowe i bezpłciowe. Rozmnażanie bezpłciowe odbywa się z udziałem zarodników lub komórek przetrwalnikowych. Zarodniki - mitospory - wytwarzane są wewnętrznie w zarodniach, będących oddzielonymi fragmentami grzybni lub zewnętrznie, na wyspecjalizowanych komórkach. Mogą powstawać pojedynczo lub w postaci łańcuszków. Postać zarodników zależy od środowiska życia grzyba - w wodzie mają one formę pływek z wiciami, które aktywnie pływają i poszukują miejsca do wykiełkowania w grzybnię. Na lądzie zarodniki mają grube ściany, chroniące przed wysychaniem i są roznoszone biernie przez wiatr. Czasami mechanizm otwierania zarodni wspomaga rozsiewanie, wyrzucając zarodniki na duże odległości. Rozmnażanie bezpłciowe grzybów może również zachodzić przez fragmentację grzybni.
Większość grzybów może rozmnażać się w sposób płciowy. Polega to na połączeniu różnoimiennych gamet, gametangiów lub całych strzępek. Proces płciowy umożliwia powstawanie różnorodnych kombinacji genetycznych i zróżnicowanie organizmów. Zawsze mają miejsce następujące etapy:
wytworzenie organu płciowego
plazmogamia, czyli zlanie się cytoplazmy komórek lub strzępek
kariogamia, czyli połączenie się jąder komórkowych
mejoza, czyli podział redukcyjny, w wyniku którego powstają haploidalne zarodniki - mejospory. Mejospory powstają z wyspecjalizowanych komórek - w workach u workowców i na podstawkach u podstawczaków.
GLONY
Glony to organizmy jedno- lub wielokomórkowe, samożywne, nie wytwarzające tkanek, choć niektóre z nich budową plechy przypominają rośliny tkankowe. Żyją w wodzie, na wilgotnych skałach, w glebie i innych środowiskach wilgotnych. Komórki glonów przypominają komórki roślinne, posiadają bowiem ścianę komórkową zbudowaną z celulozy oraz chloroplasty z chlorofilem i innymi barwnikami biorącymi udział w fotosyntezie. Oprócz tego posiadają właściwe jądro komórkowe - jedno lub kilka, tworzących aparat jądrowy. Materiałem zapasowym jest skrobia, którą gromadzą również rośliny.
Glony prowadzą fotosyntezę a głównym barwnikiem jest chlorofil. Niektóre grupy glonów posiadają jednak inne barwniki - brązową fukoksantynę, czerwoną fikoerytrynę oraz niebieską fikocyjaninę. Są również glony prowadzące życie pasożytnicze lub saprofityczne. Oddychają tlenowo, podobnie jak rośliny, a procesy oddechowe zachodzą w mitochondriach. Glony nie poruszają się aktywnie, żyją przytwierdzone do podłoża lub biernie unoszone w wodzie. Rozmnażać mogą się w sposób płciowy (za pomocą gamet) oraz bezpłciowo za pomocą zarodników lub wegetatywnie przez fragmentację plechy.
Znaczenie glonów w przyrodzie oraz dla człowieka jest bardzo duże:
są producentami biomasy, stanowiąc pokarm dla wielu zwierząt wodnych (planktonu oraz ryb)
wytwarzają duże ilości tlenu
biorą udział w procesach glebowych
mają zastosowanie w medycynie i farmakologii
WIRUSY
Wirusy nie są organizmami żywymi. Klasyfikuje się je na pograniczu świata żywego i nieożywionego. Składają się z kwasu nukleinowego oraz białka, ale nie mają budowy komórkowej. Nie posiadają struktur ani enzymów koniecznych do przeprowadzania procesów metabolicznych ani syntezy białek, dlatego nie są zdolne do życia poza innymi organizmami - są pasożytami obligatoryjnymi. Ich funkcjonowanie polega na wprowadzaniu własnego materiału genetycznego do komórki roślinnej, zwierzęcej lub bakteryjnej - to powoduje, że komórka gospodarza pracuje na rzecz wirusa, produkując jego kopie.
Elementy budowy wirusa to kwas nukleinowy (DNA lub RNA) oraz białkowy płaszcz - kapsyd. Kapsyd zbudowany jest z podjednostek, zwanych kapsomerami, których ilość oraz układ to jedna z cech taksonomicznych wirusów. Kształt wirusów jest symetryczny (symetria kubiczna lub spiralna), często posiadają one dodatkową osłonkę białkowo-lipidową. Inną cechą, będącą podstawą klasyfikacji wirusów jest rodzaj kwasu nukleinowego. Wyróżniamy więc DNA-wirusy oraz RNA-wirusy. Do wirusów posiadających DNA należą m.in.: adenowirusy, herpeswirusy, poxwirusy, np. wirus krowianki lub wirus ospy. DO wirusów posiadających RNA należą m.in..: arbowirusy, rhinowirusy, myxowirusy, np. wirus wścieklizny lub wirus Coxsackie.
Wirusy trudno jest zniszczyć. Inaktywuje je wysoka temperatura, promieniowanie UV i jonizujące, kwasy i zasady w wysokim stężeniu oraz niektóre utleniacze.