Mikrobiologie - Microbiology

Agar pruhovaný s mikroorganismy
Část série na
Biologie
DNA simple.svg
Věda o životě
Klíčové komponenty
Pobočky
Výzkum
Aplikace

Mikrobiologie (z řeckého μῑκρος , Mikros , "malý"; βίος , bios , " život " a -λογία , -logia ) je vědecká studie z mikroorganismů , ti být jednobuněčný (single cell), mnohobuněčné (buněčná kolonie) nebo acelulární (chybí buňky). Mikrobiologie zahrnuje řadu dílčích oborů včetně virologie , bakteriologie , protistologie , mykologie , imunologie a parazitologie .

Eukaryotické mikroorganismy mají organely vázané na membránu a zahrnují houby a protisty , zatímco prokaryotické organismy-z nichž všechny jsou mikroorganismy-jsou běžně klasifikovány jako organely bez membrány vázané organismy a zahrnují Bakterie a Archaea . Mikrobiologové tradičně spoléhali na kulturu, barvení a mikroskopii . Méně než 1% mikroorganismů přítomných v běžných prostředích však lze kultivovat izolovaně pomocí současných prostředků. Mikrobiologové často spoléhají na nástroje molekulární biologie, jako je identifikace založená na sekvenci DNA, například genová sekvence 16S rRNA používaná k identifikaci bakterií.

Viry byly různě klasifikovány jako organismy, protože byly považovány buď za velmi jednoduché mikroorganismy, nebo za velmi složité molekuly. Virologové však zkoumali priony , které nikdy nebyly považovány za mikroorganismy, protože klinické účinky, které k nim byly přičítány, byly původně předpokládány kvůli chronickým virovým infekcím a virologové začali hledat - objevovat „infekční proteiny“.

Existence mikroorganismů byla předpovězena mnoho století předtím, než byly poprvé pozorovány, například Jainy v Indii a Marcus Terentius Varro ve starověkém Římě. První zaznamenané mikroskopické pozorování bylo z plodnic plísní od Roberta Hooka v roce 1666, ale jezuitský kněz Athanasius Kircher byl pravděpodobně prvním, kdo viděl mikroby, což zmínil pozorováním mléka a hnilobného materiálu v roce 1658. Antonie van Leeuwenhoek je považován otec mikrobiologie , když pozoroval a experimentoval s mikroskopickými organismy v 1670s, s použitím jednoduchých mikroskopy jeho vlastního návrhu. Vědecká mikrobiologie se vyvinula v 19. století díky práci Louise Pasteura a v lékařské mikrobiologii Robertu Kochovi .

Dějiny

Další informace: Proto-mikrobiologové (před 16. stoletím) , Historie mikroskopie , Mikroskopický objev bakterií , Van Leeuwenhoekovy mikroskopy , Van Leeuwenhoekovy dopisy Královské společnosti , Van Leeuwenhoekův mikroskopický objev mikrobiálního života a Van Leeuwenhoekovy mikroskopické experimenty a objevy
Avicenna vyslovila hypotézu o existenci mikroorganismů.

O existenci mikroorganismů se předpokládalo mnoho století před jejich skutečným objevem. Existenci neviditelného mikrobiologického života postuloval džinismus, který je založen na Mahavirově učení již v 6. století před naším letopočtem. Paul Dundas poznamenává, že Mahavira tvrdil existenci neviditelných mikrobiologických tvorů žijících na Zemi, ve vodě, ve vzduchu a v ohni. Džinistické bible popisuje nigody, což jsou submikroskopická stvoření žijící ve velkých shlucích a s velmi krátkým životem, která údajně prostupuje každou část vesmíru, dokonce i v tkáních rostlin a masa zvířat. Roman Marcus Terentius Varro také odkazy na mikroby, když varoval před vyhledáním usedlost v okolí močálů „, protože tam jsou chována určitá minute bytosti, které nemohou být vidět na očích, které plavou ve vzduchu a vstupují do těla ústy a nosu, a tím způsobit vážná onemocnění “.

Perské vědci předpokládali existenci mikroorganismů, jako Avicenna v jeho knize Kanovník medicíny , Ibn Zuhr (také známý jako Avenzoar), který objevil svrab roztočů a Al-Razi , který dal nejdříve známý popis neštovic ve své knize ctnostného života (al-Hawi).

V roce 1546 Girolamo Fracastoro navrhl, aby epidemická onemocnění byla způsobena přenosnými entitami podobnými semenům, které by mohly přenášet infekci přímým nebo nepřímým kontaktem nebo přenosem vozidla.

Jako první uznávaný mikroskop a mikrobiolog v historii byl Antonie van Leeuwenhoek prvním, kdo bezesporu objevil (pozoroval) , studoval, popisoval a prováděl vědecké experimenty s velkým množstvím mikroskopických organismů (včetně bakterií , které nazýval „ animalcules “) a relativně určit jejich velikost pomocí mikroskopů s jedním objektivem jeho vlastní konstrukce .
Schematické výkresy
Van Leeuwenhoekovy mikroskopy od Henryho Bakera
Martinus Beijerinck , zakladatel mikrobiologické školy Delft ve své laboratoři. Beijerinck je často považován za zakladatele virologie , mikrobiologie životního prostředí a průmyslové mikrobiologie .

V roce 1676 Antonie van Leeuwenhoek , který prožil většinu svého života v nizozemském Delftu , pozoroval bakterie a další mikroorganismy pomocí mikroskopu s jedním objektivem podle vlastního návrhu . Je považován za otce mikrobiologie, protože byl průkopníkem používání jednoduchých mikroskopů s jedním objektivem podle jeho vlastního návrhu. Zatímco Van Leeuwenhoek je často uváděn jako první, kdo pozoroval mikroby, Robert Hooke provedl své první zaznamenané mikroskopické pozorování plodnic plísní v roce 1665. Bylo však naznačeno, že jezuitský kněz jménem Athanasius Kircher byl první, kdo pozorovat mikroorganismy.

Kircher byl mezi prvními, kdo navrhl kouzelné lampiony pro projekční účely, takže musel být dobře obeznámen s vlastnostmi čoček. V roce 1646 napsal „O nádherné struktuře věcí v přírodě, zkoumané mikroskopem“, v níž prohlásil „kdo by věřil, že ocet a mléko oplývají nesčetným množstvím červů“. Poznamenal také, že hnilobný materiál je plný nesčetných plíživých zvířecích kulí. Roku 1658 vydal své Scrutinium Pestis (Vyšetřování moru), kde správně uvedl, že nemoc byla způsobena mikroby, ačkoli to, co viděl, byly pravděpodobně červené nebo bílé krvinky, nikoli samotný morový agent.

Zrození bakteriologie

Inovativní laboratorní sklo a experimentální metody vyvinuté Louisem Pasteurem a dalšími biology přispěly k mladému oboru bakteriologie na konci 19. století.

Oblast bakteriologie (později subdisciplína mikrobiologie) založil v 19. století Ferdinand Cohn , botanik, jehož studie o řasách a fotosyntetických bakteriích ho přivedly k popisu několika bakterií včetně Bacillus a Beggiatoa . Cohn byl také první, kdo zformuloval schéma pro taxonomickou klasifikaci bakterií a objevil endospory . Louis Pasteur a Robert Koch byli současníky Cohna a jsou často považováni za otce moderní mikrobiologie a lékařské mikrobiologie . Pasteur je nejslavnější díky sérii experimentů, jejichž cílem bylo vyvrátit tehdy široce uznávanou teorii spontánní generace , a tím upevnit identitu mikrobiologie jako biologické vědy. Jeden z jeho studentů, Adrien Certes, je považován za zakladatele mořské mikrobiologie. Pasteur také navrhl metody konzervace potravin ( pasterizace ) a vakcíny proti několika chorobám, jako je antrax , cholera slepice a vzteklina . Koch je nejlépe známý pro jeho příspěvky k zárodečné teorii nemocí , což dokazuje, že specifické choroby byly způsobeny specifickými patogenními mikroorganismy. Vyvinul řadu kritérií, která se stala známá jako Kochovy postuláty . Koch byl jedním z prvních vědců, kteří se zaměřili na izolaci bakterií v čisté kultuře, což vedlo k jeho popisu několika nových bakterií, včetně Mycobacterium tuberculosis , původce tuberkulózy .

Zatímco Pasteur a Koch jsou často považováni za zakladatele mikrobiologie, jejich práce přesně neodráží skutečnou rozmanitost mikrobiálního světa kvůli jejich výhradnímu zaměření na mikroorganismy, které mají přímý lékařský význam. Skutečná šíře mikrobiologie byla odhalena až koncem 19. století a dílem Martinuse Beijerincka a Sergeje Winogradského . Beijerinck učinil dva hlavní příspěvky k mikrobiologii: objev virů a vývoj technik obohacovací kultury . Zatímco jeho práce na viru tabákové mozaiky stanovila základní principy virologie, byl to právě jeho rozvoj kultivace obohacování, která měla nejbezprostřednější dopad na mikrobiologii tím, že umožnila kultivaci široké škály mikrobů s velmi odlišnou fyziologií. Winogradsky byl první, kdo vyvinul koncept chemolithotropie a odhalil tak zásadní roli mikroorganismů v geochemických procesech. Byl zodpovědný za první izolaci a popis nitrifikačních i dusík fixujících bakterií . Francouzsko-kanadský mikrobiolog Felix d'Herelle objevil bakteriofágy v roce 1917 a byl jedním z prvních aplikovaných mikrobiologů.

Joseph Lister jako první použil na otevřené rány pacientů dezinfekční prostředek na bázi fenolu .

Pobočky

Univerzitní laboratoř mikrobiologie potravin
Hlavní článek: Větve mikrobiologie

Tyto větve mikrobiologie lze rozdělit do Applied Sciences, nebo se může rozdělit podle taxonomie, jako je tomu v případě bakteriologii , mykologie , protozoology , Virology , phycology a mikrobiální ekologii . Existuje značné překrývání mezi konkrétními obory mikrobiologie mezi sebou navzájem i s jinými obory a určité aspekty těchto odvětví mohou přesahovat tradiční rozsah mikrobiologie Čistý výzkumný obor mikrobiologie se nazývá buněčná mikrobiologie .

Aplikace

Zatímco někteří se obávají mikrobů kvůli asociaci některých mikrobů s různými lidskými chorobami, mnoho mikrobů je také zodpovědných za řadu prospěšných procesů, jako je průmyslová fermentace (např. Výroba alkoholu , octa a mléčných výrobků ), výroba antibiotik a působí jako molekulární nosiče přenášet DNA na složité organismy, jako jsou rostliny a zvířata. Vědci také využili své znalosti o mikrobech k produkci biotechnologicky důležitých enzymů, jako je Taq polymeráza , reportérových genů pro použití v jiných genetických systémech a nových technik molekulární biologie, jako je kvasinkový dvouhybridní systém .

Bakterie lze použít k průmyslové produkci aminokyselin . Corynebacterium glutamicum je jedním z nejvýznamnějších bakteriálních druhů s roční produkcí více než dvou milionů tun aminokyselin, zejména L-glutamátu a L-lysinu. Protože některé bakterie mají schopnost syntetizovat antibiotika, používají se k lékařským účelům, jako například Streptomyces k výrobě aminoglykosidových antibiotik .

Fermentační tanky s kvasnicemi používané k vaření piva

Mikroorganismy produkují různé biopolymery , jako jsou polysacharidy , polyestery a polyamidy . Mikroorganismy se používají k biotechnologické výrobě biopolymerů s přizpůsobenými vlastnostmi vhodnými pro vysoce hodnotné lékařské aplikace, jako je tkáňové inženýrství a podávání léčiv. Mikroorganismy se používají například pro biosyntézu xanthanu , alginátu , celulózy , kyanofcinu , poly (gama-glutamové kyseliny), levanu , kyseliny hyaluronové , organických kyselin, oligosacharidových polysacharidů a polyhydroxyalkanoátů.

Mikroorganismy jsou prospěšné pro mikrobiální biologickou degradaci nebo bioremediaci domácích, zemědělských a průmyslových odpadů a podpovrchové znečištění v půdách, sedimentech a mořském prostředí. Schopnost každého mikroorganismu degradovat toxický odpad závisí na povaze každého kontaminantu . Protože místa typicky obsahují více typů polutantů, je nejúčinnějším přístupem k mikrobiální biodegradaci použití směsi bakteriálních a houbových druhů a kmenů, z nichž každá je specifická pro biodegradaci jednoho nebo více typů kontaminantů.

Symbiotická mikrobiální společenství přinášejí výhody pro lidské a zvířecí hostitele zdraví, včetně podpory trávení, produkce prospěšných vitamínů a aminokyselin a potlačování patogenních mikrobů. Určitého prospěchu může být konzumace fermentovaných potravin, probiotik (bakterií potenciálně prospěšných pro trávicí systém) nebo prebiotik (látek spotřebovávaných na podporu růstu probiotických mikroorganismů). Aktivními oblastmi výzkumu jsou způsoby, kterými mikrobiom ovlivňuje zdraví lidí a zvířat, jakož i způsoby ovlivňování mikrobiomu.

Výzkum naznačil, že mikroorganismy by mohly být užitečné při léčbě rakoviny . Různé kmeny nepatogenních klostridií mohou infiltrovat a replikovat se do solidních nádorů . Klostridiální vektory lze bezpečně podávat a jejich potenciál dodávat terapeutické proteiny byl prokázán v řadě preklinických modelů.

Některé bakterie se používají ke studiu základního mechanismu. Příkladem modelových bakterií používaných ke studiu motility nebo produkce polysacharidů a vývoje je Myxococcus xanthus .

Viz také

Profesní organizace
Deníky

Reference

Další čtení

externí odkazy

Knihovní zdroje o
mikrobiologii