Лекции по Основам микробиологии и биотехнологии

Конспекты лекций курса «ОСНОВЫ МИКРОБИОЛОГИИ И БИОТЕХНОЛОГИИ»

для специальности «Инженерная экология» ф-та Инженерной экологии МГУИЭ

1.1. Предмет микробиологии, значение микроорганизмов в природе и различных отраслях человеческой деятельности .

Микробиология (от греч. micros – малый, bios – жизнь и logos – наука) – наука о мельчайших, невидимых невооруженным глазом живых организмах, называемых микроорганизмами или микробами.

Микробиология изучает морфологию, систематику и физиологические особенности микроорганизмов, условия их жизнедеятельности, роль в природе и жизни человека. Микробиологи разрабатывают способы использования полезных микробов в промышленности и сельском хозяйстве, средства и методы борьбы с патогенными микроорганизмами, вызывающими болезни растений, животных и человека.

Микроорганизмы представляют собой разнородную группу, общей характеристикой которой является малый размер. Самые крупные микробы не превышают 100 микрон (1 микрон=10^-6 метра), большая часть имеет размер 0,1-10 мкМ, а размер отдельных представителей равен сотым долям микрона. Микробы нельзя увидеть невооруженным глазом. Для их изучения используют оптические (макс. увеличение 3 тыс. раз) или электронные (макс. увеличение 750 тыс. раз) микроскопы .

Представителями микроорганизмов являются:

Бактерии

Архебактерии

Микроскопические водоросли

Микроскопические грибы

Простейшие животные

Вирусы.

Микроорганизмы широко распространены в природе. Они могут развиваться в скальных породах на глубине до 6 км, на вершинах высоких гор (6-7 км), в безводных пустынях, на поверхности зданий, сооружений, памятников. Некоторые микробы могут обитать в экстремальных условиях - при высоких (до 113°С) и низких (до -36°С) температурах, при давлении до 1400 атм, при полном отсутствии кислорода, в условиях высокой солености (насыщенный раствор NaCl), высокой кислотности (pH 0-1) и щелочности (pH до 11). Споры микроорганизмов чрезвычайно устойчивы, они могут выдерживать условия космического пространства и выживать в течение 20-30 млн лет (например, в кишечнике пчелы, замурованной в кусочке янтаря).

Микроорганизмы имеют огромное значение в природных процессах и человеческой деятельности.

· Они участвуют в глобальном круговороте элементов, причем ряд стадий был бы невозможен без них, например, фиксация атмосферного азота, денитрификация и минерализация сложных органических веществ. От деятельности микробов зависит плодородие почв, образование каменного угля, нефти, природного газа, других полезных ископаемых.

· На деятельности микроорганизмов основан целый ряд необходимых человеку производств (хлебопечение, пивоварение, виноделие, получение молочнокислых продуктов, производство различных химических веществ, антибиотиков, гормонов, ферментов и др).

· Микроорганизмы используются для очистки окружающей среды от различных природных и антропогенных загрязнений.

· Многие микробы являются возбудителями заболеваний человека, животных и растений, а также вызывают порчу продуктов питания и различных промышленных материалов.

1.2. История развития микробиологии

С микроорганизмами человечество соприкасалось всегда, долгое время даже не догадываясь об их существовании. С незапамятных времен люди наблюдали брожение теста, готовили спиртные напитки, сквашивали молоко, делали сыры, переносили различные заболевания. Однако до средины XIX века не было доказано, что разного рода бродильные процессы и эпидемии могут быть следствием деятельности ничтожно малых существ.

Первым, кто увидел и описал различные микроорганизмы, был голландский торговец сукном Антони ван Левенгук . А. Левенгук в свободное время конструировал микроскопы, и ему удалось добиться увеличения в 280 раз. Непосредственное открытие микробов произошло в 1676 г., когда А. Левенгук в капле дождевой воды из бочки заметил огромное количество очень маленьких движущихся организмов. Описания своих наблюдений, сопровождаемые тщательными зарисовками, А. Левенгук отсылал в Английское Королевское общество, где они привлекли внимание других исследователей. С этого времени начинается первый период развития микробиологии – описательный, или микрография.

А. Левенгук и его последователи описывали морфологию микроорганизмов, которых они видели под микроскопом в разных субстратах. Был сделан вывод о вездесущности микроорганизмов. Позднее предпринимались попытки систематизировать мельчайшие существа, которые тогда называли анималькулями (живыми зверьками) или инфузориями (от»развивающиеся в настоях). Методики работы были еще несовершенны, культуры микроорганизмов нередко загрязнялись посторонней микрофлорой. Отсюда родилась теория плеоморфизма , согласно которой микробы способны легко менять форму в зависимости от условий существования. С плеоморфистами спорили приверженцы другой теории – мономорфизма , признававшие у бактерий как и у высших организмов, постоянство видов.

К середине XIX века был накоплен большой материал о разнообразных группах микроорганизмов. Однако физиологию и обмен веществ микробов исследования не затрагивали, поэтому роль микромира в природе, а также в жизни и деятельности человека оставалась невыясненной.

Физиологический этап разви