Szybkie notatki na temat mikrobiologii

Oto zestawienie uwag na temat mikrobiologii. Po przeczytaniu tych uwag dowiesz się o: 1. Znaczenie mikrobiologii 2. Historia mikrobiologii 3. Era złota 4. Mikrobiologia w XX wieku 5. Mikrobiologia w Indiach 6. Gałęzie 7. Mikroby w mikrobiologii środowiskowej 8. Zastosowania komputerowe 9. Glony 10. Grzyby 11. Bakterie 12. Wirus 13. Oprzyrządowanie.

Zawartość:

Uwagi na temat znaczenia mikrobiologii
Uwagi na temat historii mikrobiologii
Uwagi na temat złotej ery mikrobiologii (1860-1910)
Uwagi na temat mikrobiologii w XX wieku
Uwagi na temat mikrobiologii w Indiach
Uwagi na temat oddziałów mikrobiologii
Uwagi na temat drobnoustrojów w mikrobiologii środowiska
Uwagi na temat aplikacji komputerowych w mikrobiologii
Uwagi na temat glonów w mikrobiologii
Uwagi na temat grzybów w mikrobiologii
Uwagi na temat bakterii w mikrobiologii
Uwagi na temat wirusów w mikrobiologii
Uwagi na temat oprzyrządowania mikrobiologicznego

Uwaga # 1. Znaczenie mikrobiologii:

Mikrobiologia dosłownie oznacza naukę o mikroorganizmach. Mikroorganizmy lub drobnoustroje - jak się je nazywa - są takimi żywymi formami, które są zbyt małe, aby mogły je zobaczyć nieuzbrojone ludzkie oko. Oko ludzkie o prawidłowym widzeniu nie jest w stanie zobaczyć wyraźnie przedmiotu o wymiarach mniejszych niż 0, 2 mm. Ogólnie mikroorganizmy są znacznie mniejsze niż 0, 2 mm i dlatego są niewidoczne gołym okiem.

Wiele różnych typów żywych ciał należy do kategorii mikroorganizmów. Obejmują one nie tylko wszystkie jednokomórkowe organizmy, takie jak bakterie, pierwotniaki, ameby, proste glony i grzyby, małe formy wielokomórkowe, takie jak pleśnie, nitkowate algi, pleśń śluzowate itp., Ale także bezkomórkowe jednostki biologiczne, takie jak wirusy, wiroidy i niedawno odkryte zakaźne białka, zwane prionami.

To, czy te formy bezkomórkowe można uznać za mikroorganizmy, jest kwestią dyskusyjną, ale nie ma różnicy zdań, że podlegają one mikrobiologii. Ogólnie mikroorganizmy komórkowe mierzy się w jednostkach mikrometrycznych (μm lub po prostu μ), które stanowią jedną tysięczną części milimetra. Formy bezkomórkowe są znacznie mniejsze i dlatego mierzone są w jednostkach nanometrów (nm), co stanowi tysięczną część Jima.

Wymiary kilku wybranych form komórkowych i bezkomórkowych przedstawiono w tabeli poniżej:

Chociaż niektóre wirusy są bardzo małe, wiroidy są jeszcze mniejsze. Są to 250-370 nukleotydowych, kołowych jednoniciowych cząsteczek RNA. Podobnie, priony są białkami o ciężarze cząsteczkowym około 30-35, 000. Wszystkie znane wiroidy powodują choroby u roślin, podczas gdy priony infekują wszystkie zwierzęta, w tym człowieka.

Tak więc jest oczywiste, że świat drobnoustrojów obejmuje wysoce różnorodny zbiór żywych form. Ten niewidzialny świat różni się tak wyraźnie od widzialnego, żywego świata, z którym jesteśmy zaznajomieni, że już w 1866 roku Haeckel (1834-1919) rozdzielił je w królestwie zwanym Protista, różnym od zwierząt i roślin.

Protisty są w większości jednokomórkowe i prostsze w budowie niż rośliny i zwierzęta. Później uznano, że wszystkie komórki biologiczne mają zasadniczo jeden z dwóch typów organizacji: eukariotyczny lub prokariotyczny. Mikroby komórkowe są również podzielne na typy eukariotyczne i prokariotyczne, np. Mikroorganizmy, mikroalgi, pierwotniaki, ameby itp. Są eukariotyczne, podczas gdy bakterie i sinice (dawniej zawarte w glonach jako cyjanophyceae) są prokariotyczne.

W latach siedemdziesiątych prokarionty zostały podzielone na dwie domeny: Eubacteria i Archaebacteria. Wirusy, wiroidy i priony są bezkomórkowe. Nie są więc ani prokariotyczne, ani eukariotyczne. Ten mikrobiologiczny świat jest nie tylko bardzo zróżnicowany, ale także rozległy i większość tego niewidzialnego świata wciąż jest nam nieznana.

Naukowcy twierdzą, że do tej pory kultywowano i badano tylko około 4000 gatunków bakterii. Zaprezentowano jeszcze mniej gatunków gatunków archeobakterii i mikrobów eukariotycznych. Stanowi to prawdopodobnie mniej niż 1% całkowitej liczby drobnoustrojów.

Tak więc ogromna większość mikrobów jest wciąż nam nieznana. Natomiast nasz stan wiedzy na temat roślin i ssaków jest bardziej zadowalający. Ponad połowa szacowanej liczby gatunków jest znana. Jedną z głównych przyczyn tej rozbieżności w naszej wiedzy jest oczywiście fakt, że nasza znajomość ze światem mikrobiologicznym zaczęła się znacznie później niż w świecie widzialnym. Inny powód wynika z ich niewielkich rozmiarów i technicznych trudności z ich obsługą.

Jednak różnorodność drobnoustrojów jest bardziej rozpowszechniona niż różnorodność organizmów wyższych. Istnieje kilka powodów, dla których tak się dzieje. Jednym z oczywistych powodów jest to, że drobnoustroje pojawiły się znacznie wcześniej na naszej planecie niż rośliny i zwierzęta (ryc. 1.1).

Podczas swojej długiej ewolucyjnej historii mieli nie tylko znacznie dłuższy czas na dywersyfikację niż inni, ale także mieli okazję doświadczyć wielu różnych faz zmian klimatycznych, przez które musiała przejść Ziemia. Co więcej, drobnoustroje będące jedynymi mieszkańcami młodej planety nie musiały borykać się z konkurencją w dostępie do wszystkich możliwych stron wspierających ich pożywienie.

Chociaż powszechnie przyjmuje się, że prokarioty jako pierwsze kolonizowały tę planetę, natura wczesnych organizmów, czas ich pojawienia się i, co ważniejsze, jak powstały, nie są jeszcze do końca znane. Wiek ziemi wynosi około 4, 5 x 10 ⁹ lat.

Naukowcy uważają, że pierwsze żywe komórki pojawiły się między 3, 7 a 3, 8 x 10 ⁹ lat od teraz. Oznacza to, że życie pojawiło się w ciągu miliarda lat stworzenia Ziemi. Niestety, wczesne organizmy nie pozostawiły żadnych określonych zapisów kopalnych, aby przekazać nam jakiekolwiek informacje na temat ich natury.

Uważa się, że niektóre stratyfikowane skały utworzone przez wprowadzenie materii mineralnej i maty drobnoustrojowe, zwane stromatolitami, wynoszą około 3, 5 x 10 ⁹ lat. Mikrobiologiczne składniki stromatolitów przypominają cyjanobakterie.

Chociaż cyjanobakterie są organizmami prokariotycznymi, trudność w zaakceptowaniu ich jako najbardziej prymitywnych organizmów komórkowych polega na tym, że są one tlenowe i uważa się, że prymitywna ziemia nie ma wolnego tlenu, aby podtrzymać jakiekolwiek życie tlenowe. Obecny w atmosferze gaz tlenowy powstaje jako produkt uboczny fotosyntezy przeprowadzanej przez rośliny zielone i cyjanobakterie.

Dlatego uważa się, że pierwsze żywe organizmy były beztlenowe, które produkowały energię do życia w wyniku fermentacji. Ponieważ większość eukariontów jest tlenowa, ich ewolucja mogła się rozpocząć dopiero po rozpoczęciu procesu wolnego tlenu przez fotosyntezę.

Naukowcy uważają, że pierwotniaki pojawiły się po raz pierwszy wśród mikrobów eukariotycznych. Ponieważ istnieją również niektóre beztlenowe pierwotniaki, mogły pojawić się jeszcze przed ewolucją tlenowej fotosyntezy. Stan naszej wiedzy o pochodzeniu życia na Ziemi jest prawie równie niejasny.

Bardziej znanym i naukowo akceptowanym poglądem jest hipoteza Haldana-Oparina. Ta hipoteza głosi, że w warunkach panujących na naszej prymitywnej młodej planecie życie pojawiało się de novo ze związków organicznych zgromadzonych w oceanach.

Organiczne związki o stopniowo rosnącej złożoności były wytwarzane z takich prostych związków jak metan, amoniak, dwutlenek węgla, woda itd. Związki te - uważane są za obecne w atmosferze prymitywnej reakcji z ziemią ze sobą w celu wytworzenia prostych związków organicznych.

Czynniki, które mogły odgrywać ważną rolę w produkcji złożonych cząsteczek organicznych to brak wolnego tlenu, promieniowanie ultrafioletowe emitowane przez słońce docierające do powierzchni ziemi z powodu braku warstwy ozonowej oraz częstych i gwałtownych wyładowań elektrycznych w prymitywnych atmosfera.

Te związki gromadziły się w oceanach, aby osiągnąć tak wysokie stężenie, że wchodziły w interakcje ze sobą, tworząc pierwszy system samoreplikujący. Eksperymenty przeprowadzone przez Millera i Urey w 1953 r. Oraz podobne eksperymenty przeprowadzone przez późniejszych naukowców dowiodły, że całkiem możliwe jest wytwarzanie związków organicznych z takich prostych składników, jak H2, NH3, CH4 i woda w laboratorium, poprzez tworzenie sztucznych warunków, które są przypuszczalnie istniały na prymitywnej ziemi.

Na przykład eksperymenty Millera i Ureya wykazały, że ponad 10% węgla w metanie można przekształcić w cząsteczki organiczne, w tym kwasy organiczne, kwasy tłuszczowe, aldehydy i kilka aminokwasów, takie jak glicyna, alanina, kwas asparaginowy, walina i leucyna.

Kolejne eksperymenty z różnymi materiałami wyjściowymi i źródłem energii dały bardziej złożone i ważne biologicznie cząsteczki, takie jak cukry, purynę, pirymidynę, a nawet ATP. Ta hipoteza przewiduje długi okres ewolucji chemicznej poprzedzającej ewolucję pierwszej komórki biologicznej. Ponieważ nie ma dowodów geologicznych na formy przedkomórkowe, pojawienie się komórki biologicznej ze wszystkimi jej strukturalnymi i funkcjonalnymi złożoności wydaje się nagłe.

Druga hipoteza, zwana teorią Panspermeizmu, głosi, że życie nie pochodziło z tej planety, ale "nasienie" życia przyszło na Ziemię ze źródła pozaziemskiego i rozkwitło tutaj w gościnnych warunkach.

Planeta "Mars" jest przez wielu uważana za prawdopodobne ciało pozaziemskie, z którego ziarna życia mogły zostać przyciągnięte przez przyciąganie grawitacyjne Słońca, ponieważ orbita Ziemi leży bliżej Słońca niż Marsa.

Uzasadnieniem tej hipotezy jest to, że Mars był mniejszy i dalej niż Ziemia ze schłodzonego słońcem wcześniej i prawdopodobnie miał wtedy trochę wody, która mogłaby podtrzymać jakąś formę życia. Zderzenie wielkich meteorytów z planetami było regularną cechą w jedynych dniach wszystkich planet, tak zwanej "fazie bombardowania".

Takie uderzenia mogły wyprzeć fragmenty z powierzchni Marsa zawierające pewne ziarna życia. Niektóre z nich mogły dotrzeć do Ziemi i rozmnażać się w sprzyjających warunkach, aby rozpocząć ewolucję biologiczną. Teoria Panspermeusza jest w dużej mierze spekulacyjna. Jak dotąd nie uzyskano dowodów na obecność jakiejkolwiek formy życia na Marsie, ale niedawno uzyskano dowody na obecność wody w przeszłości.

W jaki sposób mogło powstać życie na ziemi, nie ma wątpliwości, że prokarioty poprzedziły eukarionty. Kwestią, która naturalnie się pojawia, jest to, w jaki sposób komórka eukariotyczna wyewoluowała z komórki prokariotycznej? Komórka eukariotyczna różni się pod wieloma względami od prokariotycznej. Wśród tych różnic szczególnie interesująca jest obecność organelli komórkowych związanych z podwójną błoną.

Niektórzy uważają, że mitochondria i chloroplasty znajdujące się w komórkach eukariotycznych wyewoluowały z bakterii tlenowej i cyjanobakterii, które zostały pochłonięte, a następnie nawiązano stały związek symbiotyczny. Ogarnięty organizm był amebą lub prawdopodobnie bakterią, która straciła lub nie miała ściany komórkowej.

Idea ta jest zawarta w hipotezie endosymbiozy. Nie wyjaśnia jednak, w jaki sposób wyłonił się jądro związane z podwójną błoną lub inne struktury komórek eukariotycznych. Hipoteza endosymbiozy znajduje poparcie w podobieństwach chloroplastów i cyjanobakterii. Obie przeprowadzają tlenową fotosyntezę wydzielającą tlen z wody za pomocą podobnego mechanizmu.

Oba są samoreplikujące, mając materiał genetyczny w postaci kolistego DNA. Oba mają rybosomy 70S i hamują syntezę białek przez streptomycynę. Analiza rybosomalnych sekwencji genowych chloroplastów i cyjanobakterii wykazała bliskie podobieństwo. Hamowanie powielania mitochondriów drożdżowych przez erytromycynę i chloramfenikol wykazuje podobieństwo z podobnym zachowaniem bakterii.

Uwaga # 2. Historia mikrobiologii:

Historia mikrobiologii jest ciągłym opisem postępu - jak każda inna historia - i trudno jest wyznaczyć różne fazy. Od 1940 roku mikroorganizm zaczął być coraz częściej wykorzystywany jako materiał eksperymentalny do badania podstawowych procesów życiowych, takich jak genetyka i biochemia. Mikroorganizmy są łatwe do wzrostu w laboratorium w kontrolowanych warunkach.

Duża liczba genetycznie jednorodnych osobników może być uzyskana w stosunkowo krótkim czasie. Ze względu na wysoki stosunek powierzchni do objętości, mikroorganizmy mają znacznie wyższy wskaźnik metabolizmu niż organizmy wyższe. Również mikroorganizmy, w szczególności bakterie jednokomórkowe, wykazują dużą elastyczność metaboliczną.

Te atrybuty przyciągnęły naukowców do wykorzystania ich jako materiałów do nauki. Co więcej, w pierwszym kwartale dwudziestego wieku zaczęto rozumieć podobieństwo podstawowych procesów życiowych we wszystkich żywych organizmach, co dało początek koncepcji jedności biochemii.

Rozwój mikrobiologii i dziedzin pokrewnych był tak szybki i zróżnicowany, że można wymienić tylko niektóre z nieocenionych zasług. W 1941 r. GW Beadle i EL Tatum byli w stanie wyizolować auksotroficzne mutanty Neurospora crassa, pełzakowatego grzyba.

Takie mutanty obligatoryjnie wymagały dodania jednego lub więcej czynników wzrostu w pożywce hodowlanej, chociaż typ rodzicielski mógłby wzrastać bez czynników wzrostu. Wymaganie czynnika wzrostu w mutacjach powstało w wyniku zmiany w genie, który kontrolował syntezę określonego czynnika wzrostu. Beadle i Tatum zaproponowali swoją słynną hipotezę "jeden gen - jeden enzym" na podstawie ich badań. Zostali nagrodzeni Nagrodą Nobla za swoją pracę w 1958 roku.

F Griffith (1928) odkrył transformację w pneumokokach. Pneumokoki pozostają w parach (diplo-coccus) i istnieją dwa typy. W jednym typie para kokcy jest otoczona grubą warstwą polisacharydu, zwaną kapsułką. Drugi typ to bez kapsułki. Obecność lub brak kapsułki jest stabilny genetycznie.

Ważne jest, że kapsułkowane pneumokoki są chorobotwórcze, powodując zapalenie płuc, podczas gdy niekapsułkowane są nieziarnicze. Zostało to przetestowane przez Griffith'a poprzez wstrzyknięcie żywych komórek myszom doświadczalnym. Zwierzęta, które otrzymały żywe wirulentne pneumokoki, zmarły, a zwierzęta otrzymujące typ niezjadliwy przeżyły. To było oczekiwane. Kiedy zjadliwe bakterie zostały zabite przez ciepło, a następnie wstrzyknięte myszom, zwierzęta przeżyły.

Tego też się spodziewano. Następnie Griffith wstrzyknął zabite ciepłem zjadliwe pneumokoki i żywe, awirulentne pneumokoki. Zdarzyło się coś nieoczekiwanego. Wstrzyknięte zwierzęta zmarły. Z płuc martwych myszy Griffith mógł izolować żywe, kapsułkowane pneumokoki. Doszedł do wniosku, że "coś" przeszło z martwych zjadliwych bakterii do żywych, nieuchwytnych bakterii, przekształcając je w kapsułkowane zjadliwe pneumokoki. Zjawisko to nazwano transformacją.

Natura zasady transformacji pozostała nieznana do 1944 roku, kiedy OT Avery i jego współpracownicy odkryli, że jest to kwas dezoksyrybonukleinowy (DNA). Było to odkrycie o wielkim znaczeniu, ponieważ był to pierwszy dowód na to, że DNA jest materiałem genetycznym. Zjawisko transformacji okazało się pierwszym mechanizmem, za pomocą którego wymiana genetyczna mogła zachodzić w bakteriach.

W 1946 r. J. Lederberg i EL Tatum odkryli w Escherichia coli, że materiał genetyczny może przechodzić z jednej bakterii do drugiej poprzez bezpośrednią koniugację dwóch komórek. Wykazali, że bezpośredni kontakt między dawcą a komórkami biorcy był niezbędny do koniugacji. Mikroskopia elektronowa ujawniła, że dwie komórki zostały połączone wąską rurką koniugacyjną.

Podczas badania mechanizmu koniugacji u E. Coli, F. Jacob i EL Wollman (1952) odkryli, że istnieją dwa rodzaje godowe, dawcy (samiec) i biorcy (samica). Materiał genetyczny przekazywany od dawcy do biorcy przez rurkę do koniugacji. Ostatecznie, W. Hayes odkrył, że zdolność bakterii E. coli do działania jako dawcy została określona przez obecność dodatkowego chromosomalnego fragmentu DNA, współczynnika płodności (F). Bakteriom biorcy brakowało czynnika F.

Jeszcze inny sposób wymiany genetycznej bakterii odkryli J. Lederberg i N. Zinder (1952) w Salmonella typhimurium. Naukowcy odkryli, że materiał genetyczny może być przenoszony przez umiarkowany bakteriofag (bakterie atakujące wirusy). Zjawisko wymiany materiału genetycznego przez bakteriofag nazywano transdukcją.

W transdukcji niewielki fragment chromosomu bakteryjnego zostaje włączony do DNA faga. Gdy taki fag zostaje uwolniony z komórki bakteryjnej i atakuje inną komórkę bakteryjną, wstrzykuje jej DNA zawierający wbudowany fragment bakteryjnego DNA do nowego gospodarza.

Wcześniej w 1950 r. A. Lwoff odkrył zjawisko lizogenezy. Umiarkowane bakteriofagi nie powodują natychmiastowej lizy komórek bakteryjnych gospodarza, takich jak lityczne bakteriofagi. Zamiast tego wchodzą w stan lizogenny, rodzaj pokojowej koegzystencji przez kilka pokoleń.

W 1952 r. AD Hershey i M. Chase zademonstrowali w klasycznym eleganckim eksperymencie, że bakteriofag infekuje komórkę bakteryjną poprzez wstrzyknięcie jej DNA do bakterii gospodarza, podczas gdy jej płaszcz białkowy pozostaje na zewnątrz. Udowodnili to poprzez wytworzenie dwóch zestawów cząstek faga, z których jeden zestaw miał znakowany białkiem płaszcz z radioaktywną siarką ( ³⁵ S), a drugi z ich DNA znakowanym radioaktywnym fosforem ( ³² P).

Pozwalano im osobno infekować E. coli i po pewnym czasie usunięto fagi dołączone do bakterii. Zaobserwowano, że fagi znakowane 32P przenosiły radioaktywność do bakterii, ale fagi znakowane ^35S nie wykazywały, tym samym, że kwas nukleinowy wszedł do bakterii, a powłoka białkowa nie.

Wydarzeniem, które wpłynęło na cały świat naukowy od czasu ogłoszenia w 1953 r., Był zaproponowany model podwójnej helisy DNA autorstwa JD Watsona i FHC Crick. Model został oparty na chemicznych danych analitycznych i dyfraktogramach rentgenowskich DNA uzyskanych przez kilku innych pracowników. Watson i Crick dopasowali te dane, aby zbudować teoretyczny model struktury DNA.

Podwójna helisa składa się z dwóch łańcuchów polinukleotydowych splecionych ze sobą i połączonych wiązaniami wodorowymi pomiędzy parami zasad kwasów nukleinowych. Każda para zawierała zasadę purynową i pirymidynową. Są tam dwie puriny - adenina i guanina oraz dwie pirymidyny - tymina i cytozyna. Normalne pary to adenina-tymina i guanina-cytozyna. Nici polinukleotydowe miały polaryzację, tj. Głowę i ogon, a dwie nici były przeciwne do siebie.

W 1958 roku M. Meselsohn i FW Stahl udowodnili w eleganckim eksperymencie, że cząsteczki DNA replikują się, wytwarzając dwie dokładnie podobne cząsteczki potomne za pomocą mechanizmu semikonserwatywnego, co oznacza, że każda cząsteczka potomna zawiera jedną nić macierzystej cząsteczki DNA, podczas gdy druga jest nowo syntetyzowana. Pod koniec lat pięćdziesiątych dobrze rozpoznano rolę DNA jako uniwersalnego materiału genetycznego i magazynu informacji genetycznych (z wyjątkiem kilku wirusów RNA).

Zrozumienie działania genów, tj. Tego, w jaki sposób informacja genetyczna jest wykorzystywana przez organizm do wytwarzania białek enzymatycznych do katalizowania różnych reakcji biochemicznych, rozpoczęło się również w latach 50. XX wieku. Sanger i jego współpracownicy (1954) określili sekwencję aminokwasową insuliny, względnie prostego hormonu polipeptydowego zawierającego tylko 51 aminokwasów.

Stopniowo przeprowadzono analizę sekwencji bardziej złożonych białek, takich jak rybonukleaza (124 aminokwasy), białko płaszcza TMV (158 aminokwasów), hemoglobina (574 aminokwasów) itd. Wkrótce uznano, że dla każdego białka sekwencja aminokwasów jest stała i że zmiana w sekwencji może prowadzić do dysfunkcji konkretnego białka.

Zrozumienie mechanizmu, dzięki któremu zachowana jest sekwencja aminokwasów różnych białek, stało się głównym zagadnieniem. Kilka ważnych odkryć umożliwiło to zrozumienie. Rybosomy odkrył Claude (1943) w komórkach zwierzęcych oraz Schachman i jego współpracownik (1952) w bakteriach.

Zamenik i Hoagland (1953> odkryli transfer RNA, a Volkin i Astrachan (1957) odkryli matrycowy RNA w zakażonej fagiem E. coli, Weiss i Nakamoto (1961) opisali enzym, zależną od DNA polimerazę RNA, zdolną do transkrypcji informacji genetycznej DNA do RNA: Nirenberg i Matthaei (1961) z powodzeniem przeprowadzili syntezę białek in vitro przy użyciu sztucznie syntezowanego informacyjnego RNA.

Zaczęło się rozumienie, w jaki sposób informacja genetyczna jest kodowana w DNA - kod genetyczny. Kod triplet został odkryty przez Brennera i Cricka (1961). W następnych latach kod genetyczny został całkowicie rozszyfrowany przez Holleya, Khoranę i Nirenberga (1966).

Powyższe odkrycia umożliwiły opracowanie tak zwanej "centralnej dogmaty", zgodnie z którą informacje genetyczne kodowane w DNA w postaci sekwencji dezoksyrybonukleotydowej są przekazywane (lub transkrybowane) do RNA w postaci komplementarnej sekwencji rybonukleotydowej, oraz z RNA na białko, gdzie informacja jest tłumaczona na sekwencję aminokwasową.

Kolejnym ważnym wydarzeniem na początku lat 60. było rozpoczęcie zrozumienia regulacji genów poprzez klasyczne dzieło F. Jacoba i J. Monoda. W 1961 r. Zaproponowali hipotezę operonu na podstawie badań nad metabolizmem laktozy w E. coli. Ich praca wykazała po raz pierwszy, że wszystkie geny nie były zaangażowane w tworzenie białek strukturalnych i enzymów, ale niektóre geny działały jako regulatory innych genów. W 1966 r. Mueller i Gilbert byli w stanie wyizolować pierwsze białko regulatorowe (represor) z E. coli, które w dużym stopniu uzasadniało model operonu regulacji genów.

W latach 70-tych dokonano kilku ważnych odkryć, które pomogły naukowcom myśleć o celowej manipulacji genami bakterii. Spośród tych odkryć, odkrycie endonukleazy restrykcyjnej przez W. Arbera i HO Smitha (1970) oraz odkrycie odwrotnej transkryptazy w retrowirusie przez H. Temina i D. Baltimore'a (1970) w największym stopniu przyczyniło się do rozwoju nowoczesnej inżynierii genetycznej na zrekombinowanych cząsteczkach DNA.

Dzięki technologii rekombinacji DNA stało się możliwe klonowanie pożądanych genów w celu wytworzenia transgenicznych bakterii, roślin i zwierząt. Tak więc, klonując kilka ludzkich genów w bakteriach, możliwe było uzyskanie produktów o znaczeniu terapeutycznym, wprowadzających w epokę nowoczesnej biotechnologii. Niektóre produkty otrzymane z mikroorganizmów rekombinowanych wymieniono w tabeli 1.2.

Wśród innych wydarzeń o znaczeniu historycznym w latach 70. XX w. Rozwinięto technikę hybrydom do produkcji przeciwciał monoklonalnych autorstwa Kohlera i Milsteina oraz rozpoznawanie archaebakterii jako odrębnej dużej grupy prokariotów poprzez badania Carla Woese'a i jego współpracowników w 1977 roku.

Gen ludzkiej insuliny został z powodzeniem przeniesiony na bakterie w 1979 r., A produkt został zatwierdzony do zastosowania klinicznego u diabetyków w 1982 r. Podobnie, antygenowy gen powierzchniowy wirusa zapalenia wątroby typu B sklonowano w 1982 r., A produkt drobnoustrojowy zatwierdzono jako szczepionkę w 1986 r.

Ważnym odkryciem o głębokim znaczeniu było to, że oprócz białek, RNA może również wykazywać aktywność katalityczną (rybozym). W latach 1983-84 Gallo i Montagnier skutecznie izolowali HIV, czynnik przyczynowy AIDS (zespół nabytego niedoboru odporności). W 1984 roku Mullis odkrył PCR (reakcja łańcuchowa polimerazy), niezwykły system zdolny do tworzenia ogromnej liczby kopii z małego kawałka DNA.

W latach 90. XX wieku zaczęła się pojawiać pierwsza kompletna sekwencja genomu dla bakterii. Zakończyła się również kompletna sekwencja genomu drożdży i giardii. W 2000 r. Sekwencjonowanie genomu ludzkiego zostało prawie zakończone dzięki dużemu programowi współpracy, Human Genome Project.

W latach 90. rozpoczęto również poważne próby terapii genowej człowieka poprzez bezpośrednie wprowadzenie zdrowego genu do pacjentów cierpiących na zaburzenia genetyczne. W 1995 r. SB Prusiner odkrył priony, zakaźne cząsteczki białka zdolne do wywoływania pewnych chorób ośrodkowego układu nerwowego zwierząt, w tym ludzi.

Priony twierdzono, że są zdolne do reprodukcji, cecha nieznana dla jakiegokolwiek innego białka. Kolejnym osiągnięciem, które wywołało wielkie zamieszanie, było udane klonowanie zwierząt poprzez produkcję jagnięcia zwanego "Dolly".

Uwaga # 3. Złota Era Mikrobiologii (1860-1910):

Złota era mikrobiologii rozpoczęła się od pracy Louisa Pasteura (Francja) i Roberta Kocha (Niemcy). Louis Pasteur (1822-1895) zbadał szereg aspektów, takich jak pokazał, że ugotowany ośrodek może pozostać czysty w kolbie z "łabędzią szyją", otwartej w powietrzu przez falistą poziomą rurę, w której cząsteczki kurzu opadną, gdy powietrze ponownie wejdzie w chłodzenie naczynie (ryc. 1.1).

Pasteur wykazał również, że we względnie bezpyłowej atmosferze cichej piwnicy lub górnego szczytu, uszczelnione kolby można otworzyć, a następnie ponownie zamknąć, aby uniknąć zanieczyszczenia. Pasteur wygłosił wykład w 1864 roku na Sorbonie i zrobił sensację odkrywając, że życie jest zarazkiem, a zarazek jest życiem. F. Cohn (1876) studiował biologię bacili.

John Tyndall (1820-1893) wykazał, że siano zanieczyściło jego laboratorium niezwykłym rodzajem żywego organizmu. Ferdinand John (1877) zademonstrował oporne formy jako małe, załamujące się endospory, specjalny etap w cyklu życia pałeczki siana (Bacillus subtilis). Ponieważ zarodniki są łatwo sterylizowane w obecności wilgoci w temperaturze 120 ° C, autoklaw, który wykorzystuje parę pod ciśnieniem, stał się znakiem rozpoznawczym bakteriologii.

Pasteur (1857) zainteresował się produktami fermentacji i zaobserwował różne rodzaje drobnoustrojów związanych z różnymi rodzajami fermentacji: kulki o zmiennej wielkości (obecnie znane jako komórki drożdży) w fermentacji alkoholowej i mniejsze pręciki (pałeczki kwasu mlekowego) w fermentacji kwasu mlekowego. Podczas tego eksperymentu Pasteur ustanowił badanie metabolizmu drobnoustrojów, aw szczególności wykazał, że życie jest możliwe bez powietrza.

Pasteur wyjaśnił, że w soku z winogron wysokie stężenie cukru i niska zawartość białka (tj. Mała moc buforowania) prowadzą do niskiego pH, co pozwala na wzrost drożdży odpornych na kwasy, a tym samym prowadzi do fermentacji alkoholowej.

Natomiast w mleku znacznie wyższe białko i niższa zawartość cukru sprzyjają wzrostowi szybko rosnących, ale bardziej wrażliwych na kwas bakterii, które powodują fermentację kwasu mlekowego. To odkrycie skłoniło Pasteura do stwierdzenia, że określone drobnoustroje mogą być również przyczyną specyficznej choroby u człowieka.

Pasteur opracował procedurę łagodnego ogrzewania (tj. Pasteryzacji), aby zapobiec psuciu się piwa i wina przez niepożądane drobnoustroje. Proces ten był później wykorzystywany do zapobiegania chorobom przenoszonym przez mleko u ludzi.

Wielkie znaczenie gospodarcze miało przedłużenie przemysłowych fermentacji od produkcji żywności i napojów do cennych chemikaliów, takich jak glicerol, aceton, a później witaminy, antybiotyki i alkaloidy.

Jedność biologii na poziomie molekularnym została opracowana, gdy odkryto, że szlaki metabolizmu węglowodanów są podobne w niektórych drobnoustrojach iu ssaków. Odkrycie to dokonano pod koniec ery pasterskiej, w szczególności przez Winogradskiego w Rosji i Beijerinck w Holandii, który odkrył różnorodność wzorców metabolicznych przez różne rodzaje bakterii przystosowanych do różnych nisz ekologicznych.

Niszę ekologiczną definiuje się jako "fizyczną przestrzeń zajmowaną przez organizm, ale także jego funkcjonalną rolę w społeczności". Organizmy te wyizolowano, stosując zasadę selektywnej uprawy Pasteura: kulturę wzbogacania, w której zapewnione jest tylko określone źródło energii, a wzrost ogranicza się do organizmów, które mogą korzystać z tego źródła.

Uwaga # 4. Mikrobiologia w XX wieku:

Odkrycie wpływu drobnoustrojów na materię organiczną i nieorganiczną rozpoczęło się od odkrycia Theodore'a Schwanna i innych (1937), którzy zaobserwowali, że komórki drożdży są w stanie przekształcić cukier w alkohol, tj. Fermentację alkoholową. Były to obserwacje Pasteura, które ujawniły anaerobowe i aerobowe mikroorganizmy.

Rolę mikroorganizmów w cyklach węgla, azotu i siarki w glebie i środowisku wodnym omówili Siergiej N.Winogradski (1956-1953) i Martinus Beijerinck (1851-1931).

Rosyjski mikrobiolog Winogradsky również odkrył, że:

(i) bakterie glebowe utleniają żelazo, siarki i amoniak w celu uzyskania energii,

(ii) izolowane anaerobowe N fixery,

(iii) badał rozkład celulozowej materii organicznej.

Z drugiej strony Beijerinck przyczynił się do rozwoju ekologii drobnoustrojów. Azotobacter, wolny żyjący utrwalacz azotu został wyizolowany. Później wyizolowano także bakterię korzeniową o nazwie Rhizobium i reduktory siarczanu. Obydwaj mikrobiolodzy opracowali techniki hodowli wzbogacającej i wykorzystanie selektywnych pożywek w mikrobiologii.

W ^XX wieku mikrobiologia rozwinęła się pod kątem innych dziedzin nauk biologicznych w taki sposób, że rozwiązano problemy struktury komórkowej do ewolucji. Chociaż położono większy nacisk na czynniki chorób zakaźnych, odpowiedź immunologiczną, środki chemioterapeutyczne i metabolizm bakterii.

Beadle i Tautam (1941) wykorzystali mutanty formy chlebowej Neurospora, podczas gdy Salvadore Luria i Max Delbrück (1943) użyli mutantów bakteryjnych, aby wykazać, że mutacje genów są naprawdę spontaniczne i nie są kierowane przez środowisko. Avery, Macleod i Mc Carty (1944) udowodnili, że DNA jest materiałem genetycznym niosącym informację genetyczną.

Takie odkrycia uczyniły mikrobiologię, genetykę i biochemię mianem współczesnej genetycznej genetyki molekularnej. Mikrobiologia wniosła maksimum w biologii molekularnej, która zajmuje się fizycznymi i chemicznymi aspektami żywej materii i jej funkcją. Kod genetyczny i mechanizm syntezy DNA, RNA i białka badano również za pomocą kilku mikroorganizmów.

Regulację ekspresji genów i kontrolę aktywności enzymów omówiono również w świetle mikrobiologii. W latach siedemdziesiątych nowe odkrycia, takie jak technologia rekombinacji DNA i inżynieria genetyczna, doprowadziły również do rozwoju mikrobiologii, która umożliwiła biotechnologię mikrobiologiczną.

Naukowcy z West Cjester University w Pensylwanii odrodzili mikroba, który był w zawieszeniu przez 250 milionów lat, co jest niezwykłym wyczynem, który podnosi teorie, że pradawne nasiona do życia przybyły na Ziemię z kosmosu.

Russell Vreeland (2003) wyizolował zarodnik tworzący Bacillus sp. od 250-letniej próbki kryształu soli znalezionej pod ziemią (1850 stóp) w Nowym Meksyku. Bakteria wydaje się być podobna do Bacillus marismortui. Wcześniej były doniesienia o najstarszych żywych istotach o długości 254-40 milionów lat.

Znaczenie tej branży wynika z faktu, że około 30% wszystkich nagród Nobla w dziedzinie fizjologii i medycyny przyznawane jest osobom pracującym nad problemami związanymi z mikrobiologią, jak pokazano w tabeli 1.1.

Uwaga # 5. Mikrobiologia w Indiach:

W naszym kraju istnieje wiele instytutów zaangażowanych w badania mikrobiologiczne. Indyjski Instytut Ropy Naftowej, Dehradun; Tata Energy Research Institute w Delhi oraz National Chemical Laboratory w Pune pracowały nad odparafinowaniem mikrobiologicznym cięższych frakcji ropy naftowej. Instytuty odegrały także istotną rolę w dziedzinie ulepszonego odzyskiwania oleju i produkcji biosurfaktantów.

National Institute of Nutrition, Hyderabad, ITRC, Lucknow i National Institute of Occupational Health, Ahmedabad ukończyli już długoterminowy plan monitorowania i nadzorowania zagrożeń związanych z zanieczyszczeniami żywności w Indiach, podczas gdy analiza genomu i syntetyczny projekt genów do modulacji ekspresji genomu in vivo został przeprowadzony przez naukowców z Indyjskiego Instytutu Nauki w Bangalore.

Bezwodnikowy recykling odpadów lignocelulozowych do paliw i surowców chemicznych został z powodzeniem przeprowadzony w Indian Institute of Technology, Delhi i Madras. Molekularna charakterystyka naturalnie występujących alergenów w celu identyfikacji immunopotencjalnych ugrupowań została opracowana w Indian Association for Cultivation of Science, Calcutta.

Biologia molekularna ludzkich patogenów jelitowych, techniki typowania bakteriofagów do rozpoznawania infekcji cholery, budowa fizycznej i genetycznej mapy Vibrio cholerae 569B, doustna szczepionka cholery i ustanowienie banku pasożyta Leishmania zostały osiągnięte w Indian Institute of Chemical Biology w Calcutta o anatomii strukturalnej adenozyny Leishmania donovani, która pełni rolę strukturalną.

Grupa w Central Salt and Marine Chemicals Research Institute, Bhavnagar zaobserwowała pewne ważne gospodarczo rośliny, ze szczególnym uwzględnieniem flory alg morskich występujących w lasach namorzynowych.

Opracowano również technologię agarowego agaru bakteryjnego i biotoksyn z morskich alg i bakterii. Zmodyfikowane szczepy, konwersja enzymatyczna rifomycyny B na rifamysynę, opracowanie szczepionki na cholerę to główne osiągnięcia Instytutu Mikrobiologii, Chandigarh.

Podstawowe biochemiczne badania inżynieryjne nad rozwojem stabilnych wektorów plazmidowych w Corynebacteria i hybrydach hybrydowych pomiędzy Praerthes i Corynebacter przeprowadzonych w Indian Institute of Technology, New Delhi.

Przetwarzanie odpadów przemysłowych przez fermentację beztlenową, ze szczególnym uwzględnieniem ultrastruktury osadu granulowanego i immobilizacji komórek, badano w regionalnym, wyrafinowanym centrum oprzyrządowania, IIT, Bombaj. Degradacja mikrobiologiczna wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych w odniesieniu do konstrukcji genetycznie zmodyfikowanego szczepu została zakończona w Instytucie Technologii Mikrobiologicznej w Chandigarh.

Zastosowanie rekombinowanego DNA do beztlenowych systemów utrwalania stałych błon do biosyntezy metanu, budowa genetycznie modyfikowanych szczepów do mikrobiologicznego odsiarczania ropy naftowej, produkcja surfaktantów i bioplastików, destylaty z krowich moczu do terapii przeciwdrobnoustrojowej (patent USA) to tylko kilka osiągnięć naukowców z National Environmental Engineering Instytut Badawczy (NEERI), Nagpur.

W Centralnym Instytucie Akwakultury słodkowodnej w Bhubneshwar przeprowadzono Krajowy Ośrodek Kontroli Chorób w Rybach poprzez kwarantannę i certyfikację zdrowotną. Monitorowanie i nadzorowanie zagrożeń związanych z zanieczyszczeniami żywności w Indiach oraz wytwarzanie różnych enzymów, takich jak ksylanaza i B-amylaza, opracowano w Instytucie Bose w Kalkucie.

Mikrobiologiczne ksylanazy w fermentacji w skali semipilotów i przetwarzaniu w dół oraz metabolizm ksylozy w Neurospora crassa; Biotechnologia etanolu i ulepszenia szczepu drożdży zostały przeprowadzone w National Chemical Laboratory, Pune.

Fermentacja w stanie stałym do produkcji glukoamylazy została zbadana w Regionalnym Laboratorium Badawczym, Thiruvanathapuram (Kerala), podczas gdy zastosowanie naturalnych i rekombinowanych mikroorganizmów do produkcji bio-surfaktantów, degradacji wycieku oleju i kontroli zanieczyszczeń badano w laboratoriach CSIR.

Regionalne Laboratorium Badawcze, Jammu zaprojektował technologie do produkcji wolnego kwasu glukonowego, konstruowania genetycznie modyfikowanych szczepów do mikrobiologicznego odsiarczania ropy naftowej, produkcji surfaktantów i biopolimerów itp.

Biotechnologia na temat masowej produkcji naturalnych wrogów Spodoptera litura została zbadana w Centralnym Instytucie Badań nad Tytonią, Rajamundry (AP), natomiast genetykę ferroxidans Thiobacillus i poprawę szczepów za pomocą zaawansowanej techniki genetycznej zbadano w Instytucie Bose w Kalkucie. Usunięcie z mikroorganizmów jonów metali ciężkich z odpadów przemysłowych zostało przeprowadzone w Regional Research Laboratory w Bhubaneswar.

Poprawę wydajności szczepów, jakości i technologii produkcji masowej heterogenicznych mikrobiologicznych inokulantów zbadano w SPIC Science Foundation, Madras. Inżynieria białek i biofizyczne i chemiczne podejście do badania zwijania białek przeprowadzono w TIER, Bombay.

Zbiór zasobów genowych, poprawa jakości przez inżynierię genetyczną i dalsze przetwarzanie Spiruliny i jej biotechnologii opracowano w ramach koordynowanego przez All India projektu obejmującego kilka instytutów, w tym CFTRI. Mysore. Podejście molekularne i genetyczne do analizy splicingu pre-mRNA w drożdżach było głównym wkładem Indyjskiego Instytutu Nauki w Bangalore.

Uwaga # 6. Oddziały mikrobiologii:

ja. Mikrobiologia wodna:

"Brak życia bez wody" jest powszechnym powiedzeniem, w zależności od faktu, że woda jest jednym z naturalnie występujących podstawowych wymagań wszystkich funkcji życiowych. Jest to główny rozpuszczalnik, a wszystkie reakcje metaboliczne istot żywych zależą głównie od jego obecności.

Jak wiemy, populacja ludzi żyjących w miastach, miastach itp. Zależy od miejskich dostaw wody. Poza tym znaczna część naszej populacji, która żyje na obszarach wiejskich, szczególnie w krajach słabo rozwiniętych i rozwijających się, zależy od jezior, rzek, stawów, źródeł, studni itp. Pod względem zapotrzebowania na wodę.

Woda jest tracona z ziemi w wyniku parowania, transpiracji i wydechu i wraca na Ziemię drogą opadów. Zanieczyszczenie wody rozpoczyna się od samego początku, gdy woda dotrze do ziemi przez powietrze w postaci opadów; mikroorganizmy obecne w powietrzu dostają się do niego.

Po zakończeniu opadów i wodzie dociera do powierzchni ziemi, zostaje zanieczyszczona przez mikroorganizmy przez glebę, martwe rośliny i zwierzęta itp. Ponadto naturalne źródła zaopatrzenia w wodę są zanieczyszczane przez dużą ilość substancji, takich jak odpady domowe i przemysłowe tj. ścieków odprowadzanych w wyniku potrzeby cywilizowanego człowieka, a wydaliny ludzkie i zwierzęce w postaci moczu i kału.

Wszystkie te zanieczyszczenia pogarszają jakość wody i czynią ją niebezpieczną dla ludzi. Ważne jest, aby pamiętać, że te zanieczyszczenia, w szczególności odpady z gospodarstw domowych i przemysłowe oraz odchody, są przedmiotem wielu biochemicznych obaw, ponieważ nie tylko zwiększają biochemiczne zapotrzebowanie na tlen (BZT), ale także zawierają pewne mikroorganizmy powodujące choroby.

Te mikroorganizmy wywołujące chorobę na ogół występują w kale i moczu zakażonej osoby, a po rozładowaniu mogą uzyskać dostęp do źródła zaopatrzenia w wodę, z którego dostarczana jest woda pitna. Powoduje to przenoszenie choroby z zakażonych na zdrowe osoby.

Jednak choroby przenoszone przez wodę nazywane są "chorobami przenoszonymi przez wodę". Każdego roku ponad 500 milionów ludzi dotkniętych jest chorobami przenoszonymi przez wodę, a ponad 10 milionów z nich umiera.

Wszystko to wskazuje na konieczność zastosowania techniki uzdatniania wody, która może zapewnić bezpieczną wodę pitną i oczyszczanie ścieków przed jej usunięciem.

ii. Mikrobiologia powietrzna:

Ponieważ powietrze w normalnych warunkach nie zawiera składników odżywczych i wilgoci dla wzrostu, utrzymania i namnażania mikroorganizmów, nie można uznać ich za naturalne środowisko. Niemniej jednak powietrze normalnie obfituje w ich liczbę, ponieważ mikroorganizmy uzyskują przedostanie się do niej z gleby i innego suchego rozłożonego materiału, w tym ekstraktu wystawionego na działanie wiatru.

Mikroorganizmy przenoszone drogą powietrzną stają się ważnym źródłem zanieczyszczeń w laboratoriach, szpitalach, przemyśle i eksponowanych materiałach i napojach. W zależności od rodzaju drobnoustrojów, niektóre zanieczyszczenia mogą powodować psucie skażonych produktów i chorób po spożyciu.

Przez zwykłe kichanie i kaszel, infekcja od ust i płuc może być wyrzucana do powietrza dookoła. W związku z tym znajomość ilości i jakości drobnoustrojów powietrznych wydaje się niezbędna, ponieważ do oddychania potrzebujemy czystego powietrza.

Powietrze nie jest pożywką dla drobnoustrojów, ale jest nośnikiem cząstek stałych, pyłu i kropelek, które na ogół są obciążone mikroorganizmami. Te nośniki przenoszą mikroorganizmy, a ostateczny los takich mikroorganizmów regulowany jest przez złożony zestaw warunków, takich jak światło słoneczne, temperatura, wilgotność, wielkość cząstek drobnoustrojów, stopień podatności lub odporności konkretnego drobnoustroju na nowe środowisko fizyczne, oraz zdolność drobnoustroju do tworzenia odpornych zarodników lub cyst.

W spokojnym powietrzu drobnoustroje mają tendencję do szybkiego osiadania, a ich nośniki opuszczają powietrze dość swobodnie. Powietrze po ulewnych deszczach jest dość wolne od mikroorganizmów. Rozwój nawet najmniejszego prądu może utrzymywać mikroorganizmy zawieszone w powietrzu przez przedłużony okres czasu.

Ogólnie rzecz biorąc, powietrze powyżej cieplejszych obszarów Ziemi ma większą liczbę mikroorganizmów niż te powyżej chłodniejszych regionów, pod warunkiem, że występuje odpowiednia wilgotność. Nieodpowiednia wentylacja zamieszkałych budynków sprzyja większej akumulacji liczby bakterii w przestrzeni powietrznej.

Powietrze niekoronowanych i mało uprzemysłowionych regionów górskich i oceanów jest uważane za czyste i dobre dla zdrowia, ponieważ jest stosunkowo wolne od mikroorganizmów.

iii. Mikrobiologia gleby:

Dziedzinę mikrobiologii gleby badano w ostatniej połowie XIX wieku. Ustanowienie głównych ról, jakie odgrywają mikroorganizmy w biologicznie ważnych cyklach materii na ziemi: cykle azotu, siarki i węgla były w dużej mierze dziełem dwóch mężczyzn: S. Winogradskiego (1856-1953) i MW Beijerincka (1851-1931). ).

S. Winogradsky, rosyjski i uważany przez wielu za twórcę mikrobiologii gleby, odkrył bakterie nitryfikacyjne (1890-91); opisali utlenianie mikrobiologiczne H ₂ S i siarki (1887); opracował koncepcję chemoautotrofii mikrobiologicznej; opisali anaerobowe bakterie wiążące azot (1893); przyczyniły się do badań nad redukcją wiązania azotanów i symbiotycznego wiązania azotu; oraz, że powstała klasyfikacja żywieniowa mikroorganizmów glebowych na grupy autochtoniczne (humusowe) i zymogenne (oportunistyczne).

Niemal równie ważne było dzieło MW Beijerincka, Holendra, który wyizolował środki symbiotyczne (1888) i nie symbiotyczne aerobowe (1901) wiązania azotu.

Jednak największym wkładem Beijerincka była nowa i niezwykle ważna technika: technika wzbogacania kultury: izolowanie i badanie różnych typów fizjologicznych różnych mikroorganizmów z naturalnych próbek poprzez zastosowanie specyficznych pożywek hodowlanych i warunków inkubacji.

iv. Mikrobiologia żywności:

Dieta wielu ludzi jest uzupełniana o artykuły spożywcze konserwowane specjalnymi metodami. Takie produkty mogą być zamrożone, puszkowane lub odwodnione. Może być częściowo lub całkowicie upieczony lub wstępnie ugotowany, gotowy do podgrzania i podania.

Podczas przygotowywania takie pokarmy mogą zostać zaatakowane przez mikroorganizmy heterotroficzne w celu spełnienia ich wymagań żywieniowych. Nieograniczony wzrost i namnażanie tych mikroorganizmów w żywności może sprawić, że stanie się on niezdatny do konsumpcji i spowoduje psucie się lub pogorszenie.

Mikrobiologia mleka, przetworów mlecznych i żywności:

A. Mikrobiologia w przemyśle mleczarskim i mleczarskim

B. Zanieczyszczenie mikrobiologiczne i psucie się drobiu, ryb i owoców morza

C. Ortental Foods

Pierwsze mleko ze zwierząt zawsze zawiera mikroorganizmy. Większość bakterii pochodzi z przyborów mlecznych i powierzchni z mlekiem, dojarków, dojarni i innych podobnych źródeł. Bakterie obejmują paciorkowce mlekowe, bakterie coli, psychotroficzne bakterie Gram-ujemne.

Negatywne pręciki są termodynamiczne, które przetrwały pasteryzację, np. Enterokoki i pałeczki. Bezmleczny personel mleczarski i wykorzystanie urządzeń sanitarnych pomagają zmniejszyć liczbę bakteryjnych zanieczyszczeń z zewnętrznych źródeł.

Do produkcji różnych produktów mlecznych wymagana jest odpowiednia kultura mikroorganizmów. Czysta kultura lub hodowla macierzysta lub hodowla podstawowa są dostępne w postaci liofilizowanej lub liofilizowanej.

Kultury hodowlane pożądanych organizmów można utrzymywać w kulturach mlecznych paciorkowców mlekowych, Leuconostoc i Lactobacillus. Z drugiej strony, hodowlę starterową wytwarza się przez zmieszanie 2% czystej kultury w 600 ml mleka. Całość ogrzewa się w 88 ° C przez 30 minut, a następnie chłodzi do 2 ° C i inkubuje z wytworzeniem kultury starterowej.

Mikrobiologia w przemyśle mleczarskim i mleczarskim:

Mleko jest wydzielane przez ssaki w celu odżywienia ich młodych. Jest w postaci płynnej bez żadnej siary. Mleko zawiera wodę, tłuszcz, białko i laktozę. Około 80-85% białek to białko kazeiny.

Mikrobiologia sera:

Duża liczba mikroorganizmów odgrywa rolę w procesie dojrzewania. Pierwszego dnia procesu wytwarzania sera liczba mikrobiologiczna w materiale wyjściowym wynosi od jednego do dwóch miliardów g- ¹ . Dlatego produkcja spada z powodu niedostatecznej ilości tlenu, wysokiej kwasowości i obecności związków hamujących, które powstają w wyniku dojrzewania sera.

To głównie działanie ich komórkowych enzymów na laktozę, tłuszcz i białka tworzy dojrzały smak sera. Hodowla bakterii Propionibacterium shermanii jest niezbędna do nadania serowi szwajcarskiemu jego oczu, dziur i aromatów. Specyfika sera zależy od odmiany użytych mikroorganizmów.

Proces wytwarzania sera składa się z dziewięciu kroków:

(a) przygotowanie mleka,

(b) tworząc skrzep,

(d) gotowanie,

(e) oddzielenie serwatki,

(f) solenie pozostałości,

(g) stosowanie drobnoustrojów,

(h) naciśnięcie skrzepu,

(i) dojrzewanie młodego sera.

Przeważnie dojrzewający ser wytwarza się z surowego lub pod pasteryzowanym mlekiem, które musi być trzymane przez co najmniej 60 dni. W tym czasie sól, kwasowość, metaboliczne związki dojrzewania i brak tlenu zazwyczaj niszczą zatrucia pokarmowe.

Podczas przygotowywania mleka można dodać niektóre środki barwiące, w tym P-karoten i ekstrakty roślin, np. Bixa orellana i Capsium spp. Mleko przekształca się w gładki, stały skrzep bardziej znany jako chymozyna, która przekształca skrzep mleka w temperaturze 32 ° C na 30 minut.

Podpuszczkę można wyekstrahować z Mucor miehei, M. pusillus i Endothica parasiticus. Rennin atakuje kazeinę i tworzy siatkę lub twaróg. Białko w tym skrzepie chymozyny nazywane jest parakazeiną, ponieważ wiąże się w dużej mierze z wapniem, początkowo pojawia się jako paracasein diwapnia. W trzecim etapie stosuje się noże do drutu lub pręty do cięcia, aby zmniejszyć duże złoże twarogu na małe kostki o wysokości 1, 5 cm.

Ten krok zwiększa powierzchnię. Podczas gotowania małe kostki kurczy się i wydala serwatkę. W przypadku sera cheddar i serów pokrewnych optymalna temperatura wynosi 37 ° C, podczas gdy skórki z Emmentaler i Gruyere są gotowane w temperaturze około 54 ° C. Gotowanie trwa przez okres od 1 godziny do godziny i połowy.

Kolejnym procesem jest solenie, w którym producent serów stosuje suchą sól do twarogu. Niedojrzały ser w nasyconej solance zanurza się na około 2 do 72 godzin. W fazie prasowania, czasami na mokry, ciepły twaróg, który jest ograniczony do drewna, plastiku lub metalu, albo do worka z tkaniny, czasami stosuje się nacisk zewnętrzny. Naciskanie to koniec przygotowawczej fazy wytwarzania dojrzałego sera.

v. Mikrobiologia komórkowa:

Rewolucja została dokonana w medycynie i badaniach klinicznych po wprowadzeniu antybiotyków w latach 50. i 60. XX wieku. W tym czasie wykonano niewielką pracę nad zaangażowanym mechanizmem, tj. Jak bakterie infekują gospodarza wielokomórkowego i rozwijają się choroby.

W latach 90. stało się jasne, że pomimo stosowania antybiotyków do zabijania bakterii, każdego roku z powodu gruźlicy umierają 3 miliony ludzi, 3-4 miliony z powodu biegunki, 1-2 miliony z powodu malarii, zapalenia wątroby i odry oraz miliony innych osób. choroby na całym świecie. Zgłoszono również kilka nowych chorób bakteryjnych; na przykład Helicobacter pylori, czynnik sprawczy wrzodu żołądka i E. coli 0157 powodujący biegunkę.

Wiele uwagi poświęcono infekcji bakteryjnej stymulowanej przez rosnącą oporność bakterii na antybiotyki. Stało się tak w czasach, gdy postępy poczynione w mikrobiologii, biologii molekularnej i eukariotycznej biologii komórki są w stanie dać odpowiedź na możliwe pytania dotyczące procesu infekcji.

Cossart (1996) ukuł termin "mikrobiologia komórkowa", syntetyzując trzy powiązane dziedziny (biologia komórki, biologia molekularna i mikrobiologia). Jednak pojedyncza biologia komórki; biologia molekularna i mikrobiologia są szczegółowo badane jako osobne przedmioty. Mikrobiologia komórkowa wypełnia jednak lukę między tymi dwoma dyscyplinami i zapewnia obecną syntezę odpowiedniej nauki.

Badanie mikrobiologii pogłębiło wiedzę o immunologii, w jaki sposób bakterie uruchamiają układ odpornościowy, a limfocyty T rozpoznają antygen i jak ekotoksyny bakteryjne wpływają na komórki eukariotyczne. Postępy w dziedzinie biologii molekularnej powróciły do mikrobiologii.

Oczywiste jest, w jaki sposób bakterie wytwarzają międzykomórkowe cząsteczki sygnałowe w celu określenia gęstości komórek? Poczyniono wiele postępów w rozwoju technik w biologii molekularnej, na przykład sekwencjonowania rRNA 16S, technologii ekspresji in situ, mutagenezy znakowanej h-tag, analizy PCR różnicowej (DD-PCR), analizy hybrydowej drożdży i prezentacji fagowej.

Uwaga # 7. Mikroby w mikrobiologii środowiskowej:

Mikroorganizmy rozprzestrzeniają się wszędzie, tj. Gleba, woda i powietrze, nawet gdy są obecne głęboko w ziemi, takie jak głębokie otwory wentylacyjne. Drobnoustroje odgrywają ważną rolę w recyklingu pierwiastków biologicznych, takich jak tlen, węgiel, azot, siarka i fosfor.

ja. Mikroby w cyklach biogeochemicznych:

Tlen zawiera 70 procent masy komórek, a ponad 23% tlenu jest obecne w atmosferze, która jest dostępna dla wszystkich drobnoustrojów. Z drugiej strony tlen występuje w osadach mineralnych jako sole węglanów, krzemianów, glinianów i innych tlenków.

Około 80% tlenu jest niedostępne dla organizmów biologicznych. Wykorzystują je cyjanobakterie, heterotrofy i chemolitotrofy. Woda jest produktem procesów tlenowych, dlatego znów jest dostępna do fotosyntezy.

Około 20% procent węgla ziemskiego jest związkiem organicznym, a mniej niż 1% stanowi paliwo kopalne, takie jak ropa naftowa, węgiel itp. Węgiel występuje w postaci CO2 w atmosferze. CO ₂ powstaje podczas spalania paliw kopalnych, preparatów biologicznych i rozkładu drobnoustrojów.

Fotosyntetyczne i chemosyntetyczne mikroorganizmy przekształcają CO2 w węgiel organiczny. Metan (CH ₄ ) jest wytwarzany beztlenowo z CO ₂ i H2 przez metanogenne archeony. Bakterie i grzyby gleby wykorzystują głównie materię organiczną obecną w glebie.

Bez cyklicznych działań tych mikroorganizmów życie na tej planecie ucierpiałoby z powodu braku dostępności składników odżywczych niezbędnych do życia. Drobnoustroje poprzez swoje maszyny enzymatyczne są zdolne do uwalniania rozpuszczalnych produktów, dzięki czemu są dostępne dla drobnoustrojów i roślin. Martwe resztki roślin i zwierząt są rozkładane przez drobnoustroje.

Około 78% N jest obecne w atmosferze, podczas gdy 9-15 procent suchej masy komórki zawiera niezbędny element komórkowy N, który zawiera aminokwasy, kwas nukleinowy i niektóre koenzymy. Nieorganiczne formy azotu są wzajemnie przekształcane przez metaboliczne działania mikroorganizmów, które utrzymują naturalny bilans azotowy.

Bakterie wiążące azot redukują gazowy azot (N ₂ ) do amoniaku wymaganego do wzrostu roślin. Część azotu organicznego (aminokwas, kwas nukleinowy) jest zawracana w procesie zwanym amonifikacją. Wytworzony amoniak jest albo włączony do biomasy, albo staje się substratem do nitryfikacji. Aerobowe utlenianie amoniaku do azotanu (NO ₃ ^- ) jest przeprowadzane przez bakterie nitryfikacyjne reprezentowane przez Nitrosomonas i Nitrosococcus.

ii. Mikroby w zanieczyszczeniu Mikrobiologia:

Badanie środowisk wodnych, w których eutrofizacja aktywnie prowadzi kilka fascynujących odmian mikroorganizmów. Wśród nich mogą być pierwotniaki, glony i mniej oczywiste wizualnie, ale nie mniej ważne funkcjonalnie są nieruchliwe organizmy i mniejsze postacie, w tym grzyby, i bakterie, pewne wirusy również wykazują ich obecność, jeżeli specjalne procedury są przyjęte do wykrywania.

Wirusy infekujące wszystkie grupy biologiczne mają wpływ na problemy związane z zanieczyszczeniem wody. Wirusy roślin i glonów mogą uniemożliwić nieograniczony rozwój hosta. Sugerowano, że nadmierny wzrost niebiesko-zielonych alg może być kontrolowany przez zaszczepienie specyficznymi wirusami (wirusami LPP i AS).

Podobnie, wirusy bakteryjne (bakteriofagi) mogą pomóc w kontrolowaniu wielkości populacji bakterii poprzez analizę podatnych grup. Szczególnie interesująca jest potencjalna rola bakteriofaga w niszczeniu bakterii patogennych dla człowieka i bakteryjnych wskaźników zanieczyszczenia kałem. Z drugiej strony bakterie są szczególnie odpowiednie do wykorzystywania szerokiej gamy możliwości środowiskowych.

Bakterie odgrywają ważną rolę w rozkładzie odpadów. Niektóre promieniowce są mieszkańcami jezior błotnych, ale na ogół promieniowce nie wydają się odpowiedzialne za ziemski zapach tak zauważalny po oraniu.

Biologiczne oczyszczanie ścieków i samooczyszczanie mają ze sobą wiele wspólnego. Oba skutkują mineralizacją zanieczyszczeń organicznych i wykorzystaniem rozpuszczonego tlenu. Złożone związki drobnoustrojów odgrywają ważną rolę w samooczyszczaniu, a takie społeczności dominują w ekologii oczyszczalni.

Niektóre cząsteczki organiczne obecne w ściekach przemysłowych są łatwo rozkładane przez różne mikroorganizmy, podczas gdy niektóre związki wydają się całkowicie przeciwstawiać się atakowi biologicznemu.

Uwaga # 8. Aplikacje komputerowe w mikrobiologii:

Komputery mogą pełnić różne funkcje w zakresie kontroli i analizy procesu fermentacji.

ja. Optymalizacja za pomocą komputera:

Komputery są wykorzystywane w większej skali, do przechowywania i oceny parametrów fermentacji oraz do pomiaru wpływu poszczególnych parametrów na zachowanie metaboliczne kultur.

ii. Sterowanie za pomocą komputera:

Komputery mogą kontrolować procesy fermentacji. Kontrola fermentacji on-line jest szeroko stosowana w skali produkcyjnej w wielu firmach.

Aplikacje komputerowe w mikrobiologii nie są jeszcze tak rozpowszechnione jak w przemyśle chemicznym z kilku powodów. Czujniki odpowiednie do stosowania w układach sterylnych nie są jeszcze wystarczająco niezawodne, aby wykorzystać pojemność komputera i biosyntezę.

Regulacja powstawania metabolitów nie jest jeszcze w pełni zrozumiała. Redukcja kosztów fermentacji przy użyciu komputerów jest trudna do obliczenia. Tak więc w mikrobiologii komputery są wykorzystywane przede wszystkim do akwizycji danych, analizy danych i rozwoju modeli fermentacji.

(a) Akwizycja danych:

Dane można uzyskać bezpośrednio w fermentorze za pomocą czujników on-line. Uzyskane informacje mogą być takie jak pH, temperatura, ciśnienie, lepkość, masa fermentora, pobór mocy, szybkość napowietrzania i zawartość O2 i CO2 w strumieniu gazu. Inne dane można uzyskać z pomiarów laboratoryjnych i wprowadzić do komputera w trybie off-line, np. Zawartość składników odżywczych w stężeniu biomasy, tworzenie metabolitów.

Ta informacja może być wprowadzona jako dane surowe i może być przekształcona przez komputer w standardowe jednostki, na przykład w celu dostosowania objętości do standardowej temperatury, dane korekcji temperatury mogą być wykorzystane do obliczenia rzeczywistej prędkości napowietrzania w systemie produkcyjnym.

System alarmowy można wyszukać w systemie gromadzenia danych, aby poinformować obsługującego o wystąpieniu odchyleń od wartości standardowej. Dane dotyczące przebiegu fermentacji można przechowywać, wyszukiwać i drukować, a obliczenia produktu można udokumentować.

(b) Analiza danych:

Wprowadzone lub zmierzone dane są wykorzystywane w obliczeniach takich jak szybkość tworzenia CO _2, szybkość wychwytu O2, współczynnik oddechowy, określona szybkość pobierania substratu, współczynnik wydajności, bilans cieplny, wydajność, pobór energii właściwy dla objętości oraz liczba Reynoldsa.

Gdy biomasa nie jest mierzona w sposób ciągły, stężenie biomasy można obliczyć za pomocą wskaźnika wychwytu O2. Zakłada się, że znana jest stała wydajności i proporcja O ₂ potrzebna do metabolizmu podtrzymującego. Obliczenia należy skorygować, jeżeli na przykład powstają wtórne metabolity lub zmienia się stała wydajności podczas fermentacji.

Po fermentacji przy różnych wartościach pH i temperaturach obliczane są "krzywe izoprodukcji i izotime". Pola podano jako procent mniejszej produkcji w porównaniu z mianem maksimumromycyny. Optymalną produktywność (czas produkcji / fermentacji) dla danego zestawu warunków pracy można ustalić na podstawie tego wykresu.

iii. Oprogramowanie:

Na rynku dostępnych jest wiele programów, takich jak MENTOR firmy LSLBILAFITTE, MFCSAVin firmy B. BRAUN BIOTECH, AFS BioComond firmy New BRUNSWICK SCIENTIFIC, które są wykorzystywane w laboratoriach, a także w fermentorach o skali pilotowej lub przemysłowej. Większość oprogramowania są dostarczane przez producentów fermentatorów. Niektóre z programów są w stanie automatycznie wykryć konfigurację kontrolera w fermentorach.

Programy te są również wykorzystywane do regulacji stopnia rozcieńczenia, obliczania tempa wzrostu, łączenia się z innymi urządzeniami, takimi jak analizy i archiwizacja danych do celów walidacji. Rejestrowanie programów odbywa się na ogół w językach Basic, Pascal lub C. Jednak aby pokonać różne trudności, okno MS jest używane jako ogólna platforma do wytwarzania programów komputerowych dla wersji laboratoryjnej i NT dla fermentorów na dużą skalę.

Znaczenie takich urządzeń pomaga zabezpieczyć interfejs między programami zewnętrznymi opartymi na oknie MS a programem czasu rzeczywistego. Opracowano kilka różnych metod kontroli dla opartych na modelach strategii kontrolnych i kontroli adaptacyjnej; dzięki temu oferuje więcej możliwości skutecznej kontroli procesów fermentacyjnych.

Uwaga # 9. Algi w mikrobiologii:

Algi składają się z dużego i niejednorodnego zestawu stosunkowo prostych eukariotów, które mają niewiele wspólnego z wyjątkiem ich typowej fotosyntezy zmieniającej tlen. Można je zdefiniować jako małe autotrofy, które nie wykazują żadnego różnicowania komórkowego, a ich narządy płciowe są jednokomórkowe, a wielokomórkowe - wszystkie komórki są płodne.

Chociaż większość taksonomicznych grup glonów obejmuje wielokomórkowe makroskopowe organizmy, które są uważane za rośliny i umieszczane pod królestwem plantae, w większości takich grup taksonomicznych, które wchodzą w zakres mikrobiologii, występuje wiele jednokomórkowych form mikroskopowych i zalicza się je do mikroorganizmów jako "mikroalgi". ".

Glony stanowią bardzo ważny składnik biosfery, służąc jako pierwotni producenci materii organicznej i tlenu, i są powszechne.

Występują w dużej ilości w słodkiej wodzie (jezioro, stawy, strumienie itp.) I siedliskach morskich; świeża woda i morskie jednokomórkowe formy glonów rosnące jako planktony wytwarzają ogromne ilości materii organicznej i tlenu. Szacuje się, że około 80% tlenu ziemskiego pochodzi z takich glonów planktonowych.

Glony występują również w wilgotnej glebie, skałach, w roślinach, a nawet u zwierząt. Niektóre glony rosną na śniegu i lodzie w regionach polarnych, inne w gorących źródłach w temperaturze nawet 90 ° C. Stwierdzono także wzrost endofitycznych glonów w pierwotniakach, hydrze, gąbkach i koralowcach. Chociaż większość glonów to fotoautotroficzne, heterotroficzne i holozoiczne postacie glonów nie są rzadkie.

Jednak wyróżniające cechy glonów są następujące:

ja. Są to głównie fototrofy, tj. Same syntetyzują żywność w procesie fotosyntezy.

ii. Przede wszystkim zamieszkują środowiska wodne.

iii. Organizm wegetatywny nie wykazuje żadnego zróżnicowania w różnych systemach tkankowych.

iv. Mają głównie jednokomórkowe narządy płciowe bez płaszcza sterylnych komórek wokół nich. Komórki płaszczowe, jeśli występują, mają różne inicjały.

v. Wykazują postępującą złożoność w rozmnażaniu.

vi. Nie rozwijają się w zarodku po połączeniu gamet podczas rozmnażania płciowego.

vii. Wykazują wyraźną zmianę pokoleń.

Uwaga # 10. Fungi on Microbiology:

Na Ziemi istnieje około dwóch milionów rodzajów organizmów żywych, z których grzyby stanowią około 70 000 gatunków, a wiele innych czeka na odkrycie. Hawksworth (1991) oszacował, że na całym świecie istnieje około 1, 5 miliona gatunków grzybów.

Olbrzymia rozbieżność między liczbą znanych i ocenianych gatunków grzybów wydaje się odnosić do faktu, że w wielu częściach świata, w szczególności w regionach tropikalnych i subtropikalnych, nie udało się pobrać próbek grzybów.

Zainteresowanie ludzi grzybami zaczęło się od obserwacji pięknych grzybów w kształcie parasoli i muchomorów rosnących na glebach tworzących "bajkowe pierścienie". Starożytni Grecy i Rzymianie, a na pewno ich mniej cywilizowani rówieśnicy, lubili trufle, grzyby i kuleczki.

Grzyby stały się takimi przysmakami, że były jedynym jedzeniem, które bogaci ludzie upierali się przy gotowaniu. Przypadki przypadkowego zatrucia grzybami znane były starożytnym Grekom i Rzymianom już w 500 rpne.

Jadalni członkowie byli nazywani "grzybami", a trujące odmiany określane były mianem "muchomorów". Określenie "muchomor" jest zniekształceniem niemieckiego słowa "Todestuhl", które dosłownie oznacza "krzesło śmierci".

Chociaż zainteresowanie ludzi grzybami zaczęło się tysiące lat temu, jak wspomniano powyżej, systematyczne badania ujawniły się zaledwie kilkaset lat temu, kiedy opracowano mikroskop. PA Micheli (1679-1737), włoski botanik, w pełni wykorzystał mikroskop i przeprowadził obszerne badania grzybów i ich struktur reprodukcyjnych, a w 1729 opublikował pierwszą autentyczną literaturę na temat grzybów o nazwie "Nova Genera Plantarum".

Do tego i trochę więcej wkładów, PA Micheli dostąpił zaszczytu bycia nazywanym założycielem mikologii; mikologia będąca nauką o badaniach grzybowych. Termin "mikologia" (Gk. Mykes = mushroom, logos = discourse) to greckie słowo uważane za wywodzące się z Wielkiej cywilizacji - The Mycenean.

Grzyby są wszechobecnymi eukariotami ze względu na ich wysoki stopień zdolności adaptacji w każdym możliwym środowisku. Wszystko, co może zostać rozłożone, aby uzyskać energię, znajdzie kilka grzybów, które je skolonizują.

Ponieważ grzyby różnią się formami, zachowaniami i cyklami życia w zależności od ich różnorodnych siedlisk, bardzo trudno jest określić dokładne granice grzybów. Jednak mikolodzy obecnego czasu wyznaczyli następujące linie do zdefiniowania grzyba.

Grzyby to organizmy, które są "eukariotyczne, achlorofilowe z chłonnym trybem odżywiania, zarodnikowe i rozmnażające się zwykle płciowo i bezpłciowo, i których filamentowe, rozgałęzione struktury somatyczne (zwane strzępkami) są zazwyczaj otoczone ścianami komórkowymi zawierającymi chitynę, celulozę lub oba wraz z wieloma innymi złożonymi węglowodanami. "

Chociaż grzyby dzielą się z roślinami posiadaniem ściany komórkowej, wypełnionych płynem wakuoli wewnątrzkomórkowych, mikroskopijnie widocznym strumieniem cytoplazmy i brakiem ruchliwości, są one wyraźnie wytyczone z roślin i innych autotrofów, ponieważ ciało wegetatywne, czyli hypha, nigdy nie jest różnicowane w trzon, korzonek i liście oraz, co najważniejsze, nie ma wyspecjalizowanych tkanek do wewnętrznego transportu wody i składników odżywczych.

Poniżej przedstawiono najważniejsze cechy organizmów zwanych grzybami:

ja. Ciało wegetatywne (thallus) jest zwykle reprezentowane przez włókno zwane hypha (strzępki); strzępki razem są nazywane grzybnią (grzybnia pl.). Hyphae to septet lub non-septet.

ii. Ściana komórkowa składa się głównie z chityny zwanej często "celulozą grzybową".

iii. Ciało wegetatywne (thallus) nie jest zróżnicowane na korzeń, łodygę i liście, i nie ma wyspecjalizowanych tkanek do wewnętrznego transportu wody i składników odżywczych.

iv. Wszystkie grzyby nie mają chlorofilu, dlatego nie mogą produkować własnego materiału spożywczego. Nazywa się je heterotrofami. Mogą to być pasożyty lub saprofity.

v. Żywność jest przechowywana w postaci glikogenu.

vi. Odkryto zarówno rozmnażanie bezpłciowe, jak i seksualne; rozmnażanie bezpłciowe występuje częściej.

vii. Rozmnażanie bezpłciowe odbywa się głównie przez sporangiospory i konidia (konidiospory).

viii. Rozmnażanie płciowe odbywa się za pomocą antheridia i oogonia lub ascogonia. W niektórych askomycetach i prawie wszystkich podstawczaków nie występują odmienne narządy rozrodcze; seksualność kończy się za pomocą połączenia strzępek.

IX. Wszystkie grzyby mają swój żołądek poza ciałem, tj. Cieszą się zewnątrzkomórkowym trawieniem materiału spożywczego.

Uwaga # 11. Bakterie w mikrobiologii:

Bakterie to grupa organizmów prokariotycznych lub monera, które charakteryzują się ścianą peptydoglikanu, zagęszczonym, ale nagim DNA z dołączoną embosomowaną i rezerwową żywnością wykonaną z glikogenu i tłuszczu. Bakterie odkrył Leeuwenhoek w 1676 roku.

Mają następujące cechy (ryc. 2.9):

ja. Zasadniczo postać jednokomórkowa.

ii. Ściana komórkowa peptydoglikanu.

iii. Pokrycie śluzem.

iv. Organizacja prokariotyczna z nagim okrągłym DNA złożonym w celu utworzenia nukleoidu.

v. Nucleoid dołączony do błoniastej struktury zwanej embosomed widelcem w kształcie litery Y.

vi. Brak pęcherzyków soku. Zamiast tego w wielu przypadkach występują pęcherzyki gazu.

vii. Organice komórkowe pokryte błoną, w tym retikulum endoplazmatyczne, są nieobecne.

viii. Rybosomy mają naturę 70S.

IX. Rozszczepienie binarne jest trybem mnożenia.

x. Zróżnicowane odżywianie, w tym fotoautotroficzne, saprotroficzne, pasożytnicze i chemoautotroficzne. Formy fototroficzne posiadają bateriochlorofil zamiast zwykłego chlorofilu.

xi. Wici, jeśli są obecne, są jednoniciowe. Są wykonane z białka zwanego flagelliną.

Bakterie żyją w glebie, strumieniach, żywności, w nas iw praktycznie wszystkich zamieszkanych miejscach (i niektórych pozornie nadających się do zamieszkania) na ziemi. Mogą używać wina, jogurtu i kompostu ogrodowego, a bez nich nie moglibyśmy nawet strawić naszego jedzenia.

Cały azot ostatecznie zostałby utracony bez użycia atmosfery. Bakterie są coraz częściej wykorzystywane jako narzędzia badawcze i biotechnologia, dostarczając nam rekombinowanego DNA, enzymów i leków projektantów. Coraz częściej używamy ich, aby pozbyć się toksycznych odpadów.

Bakterie mogą także wywoływać smród oddechu, zgniatać zęby, zatkać płuca, dać zemstę Montezumy i zabić, jeśli ty (lub twój lekarz) nie jesteś ostrożny. Bez wątpienia słyszałeś o patogennej Escherichia coli i "ciele jadłym bakterie". Być może słyszałeś również o rosnącej liczbie przypadków gruźlicy opornej na antybiotyki i innych chorób pochodzenia bakteryjnego.

Mikrobiologia ma przed sobą ekscytujące (może nawet przerażające) lata. Dziedzina ta obejmuje badania nad wirusami, bakteriami, grzybami i protistami, jednak jest wiele do zrobienia po prostu badanie bakterii.

Bakterie są wszechobecne i mają ogromne znaczenie dla biologów, lekarzy, ekologów, przygotowywania żywności i mistrzów warzenia, nie mówiąc o reszcie z nas, którzy cierpieli na infekcje bakteryjne w tym samym czasie.

Bakterie są najbardziej obfitymi mikroorganizmami. Garść ziemi może zawierać ich setki i tysiące. Są wszechobecne we wszystkich miejscach, w których obecna jest materia organiczna - w wodzie, powietrzu, glebie, nad i wewnątrz ciał różnych organizmów. Mogą tolerować ekstremalne środowiska, takie jak gorące źródła, zamarznięte wody, pustynie, głębokie oceany, warunki kwaśne, alkaliczne i sól.

Szkodliwe działania bakterii:

ja. Psucie żywności:

Bakterie saprotroficzne powodują gnicie warzyw, owoców, mięsa, chleba, kwaszenia mleka, sera, masła i psucie się dżemów, galaretek i ogórków.

ii. Zatrucie pokarmowe:

Botulizm wywoływany jest przez beztlenową bakterię Clostridium botulinum (= C. perfringens). Bakteria infekuje żywność w puszkach. Powszechne zatrucie pokarmowe jest spowodowane przez Staphylococcus aureus. Zatruciu towarzyszą biegunki i wymioty. Kolejną jest salmonelloza, która jest generalnie produkowana w związku z jedzeniem skażonego mięsa. Bakteria powodująca ten rodzaj zatrucia to Salmonella enteridis i S. typhimurium.

iii. Pogorszenie stanu artykułów domowych:

Spirochaete cytophaga pogarsza włókna bawełny, skóry i artykuły drewniane.

iv. Zniszczenie penicyliny:

Bacillus brevis niszczy penicylinę.

v. Odazotnienie gleb:

Thiobacillus denitrificans i Denitrificans Micrococcus przekształcają azotany gleby w gazowy azot.

vi. Odsiarczanie gleb:

Desulfovibrio desulfuricans zmienia siarczany glebowe w H ₂ S.

vii. Choroby:

Ponad 90% chorób ludzi i zwierząt wywoływanych jest przez bakterie, a przyczyną jest ponad 40% chorób roślin.

Uwaga # 12. Wirus w mikrobiologii:

Ponieważ żywe komórki ewoluowały jako pierwsze, wirusy znajdują się wszędzie tam, gdzie istnieje życie. Pochodzenie wirusów nie jest znane, ponieważ nie tworzą one skamieniałości. Dlatego do badania ich pochodzenia wykorzystywane są techniki molekularne. Techniki te opierają się na dostępności pradawnego wirusowego DNA lub RNA. Niestety większość wirusów przechowywanych w laboratoriach ma mniej niż 90 lat.

Wirus jest pasożytem we wszystkich typach organizmów. Zarażają zwierzęta, rośliny, bakterie, algi, owady itp. Jak dotąd dokładna natura wirusów jest niejednoznaczna, niezależnie od tego, czy są to żywe czy nieożywione organizmy. Jeśli spojrzymy na życie, jest to złożony zestaw procesów zachodzących w wyniku działania białek regulowanych przez kwas nukleinowy.

Kwas nukleinowy żywych organizmów działa w całym czasie. Poza żywą komórką wirusy pozostają nieaktywne. Dlatego nie można powiedzieć, że są żywym organizmem. Ponadto, jeśli weźmiemy pod uwagę wywołane przez nie choroby, działają one jak patogen przeciwko bakteriom, grzybom, pierwotniakom itd. Zatem pod tym kątem wirusy mogą być uważane za wyjątkowo proste żywe organizmy lub za wyjątkowo złożoną agregację lub nieożywione chemikalia.

W jaki sposób można zdefiniować wirusa? Są to specjalnie małe, możliwe do przefiltrowania i obowiązkowe pasożyty wewnątrzkomórkowe, wymagające żywego gospodarza dla jego namnażania. Lwoff (1957) zdefiniował, że "wirusy są infekcyjnymi, potencjalnie patogennymi nukleoproteinami z tylko jednym rodzajem kwasu nukleinowego, które rozmnażają się z materiału genetycznego, nie są w stanie rosnąć i dzielić się i pozbawione enzymów".

Luna i Darntell (1968) zdefiniowali, że "wirusy są jednostkami, których cały genom jest elementem kwasu nukleinowego, który replikuje się wewnątrz żywych komórek przy użyciu maszynerii syntetycznej i powoduje syntezę wyspecjalizowanych elementów, które mogą przenosić genom wirusa do innej komórki" .

Podczas definiowania mikroorganizmów wirusy są określane na podstawie pewnych znaków, jak podano poniżej przez Lwoffa i Tourniera (1962):

ja. Wszystkie są potencjalnie zakaźne,

ii. Obecność pojedynczego kwasu nukleinowego,

iii. Niezdolność do wzrostu tylko materiału genetycznego,

iv. Reprodukcja wyłącznie z materiału genetycznego,

v. Brak enzymów metabolizmu energetycznego (system Lipmana),

vi. Brak rybosomów,

vii. Brak informacji na temat produkcji enzymów w cyklu energetycznym,

viii. Brak informacji o syntezie białek rybosomalnych,

IX. Brak informacji o syntezie rybosomalnego RNA i rozpuszczalnego tRNA.

Uwaga # 13. Oprzyrządowanie mikrobiologii:

ja. Mikroskopia:

Holenderski specjalista od spektaklu, Zoocharia Janssen (1590) użył drugiej soczewki, a zatem obraz utworzony przez soczewkę pierwotną został znacznie powiększony rzędu 50 do 100 X. Jest to podstawowa zasada, na której oparty jest mikroskop oparty na modemie.

W 1610 roku Galileusz wynalazł coś, co "ulepszyło mikroskop". Robert Hooke (1635-1703) wykonał i użył mikroskopu złożonego w latach 1660 i opublikował książkę "Micrographia". Największe powiększenie wynosiło 200 X, ale nie obserwował bakterii.

Współczesny Hooke, nazwany Antoni van Leeuwenhoek (1632-1723), odkrył jednokomórkowe, niezależnie żyjące mikroorganizmy, które nazwał "zwierzęcymi klatkami". Oczywiście są to pierwotniaki i bakterie. Dzięki tym osiągnięciom został nazwany "ojcem mikrobiologii". Zawodowo Leeuwenhoek był lnianym kupcem. W swoim czasie robił małe, proste, ale potężne soczewki.

Instrumenty te były zwykłymi szkłami powiększającymi, na ogół składającymi się z małych, pojedynczych, obustronnie wypukłych, prawie sferycznych soczewek, ale dawały powiększenie do około 300 X. Rozmiar przedmiotów, które badał, określono przez porównanie.

W tym celu używał czasem ziaren piasku, nasion prosa, musztardy lub ciałek krwi itp. W sumie wykonał 419 soczewek, niektóre osadzone były w złocie, a większość w mosiądzu. C. Huygens opracował dwie soczewki oka, podczas gdy Abber (1840-1905) opracował cele apochromatyczne i kondensator podstopniowy.

Apochromatyczne są te, które są względnie wolne od aberracji chromatycznych i sferycznych. Profesjonalne zastosowanie mikroskopu złożonego obserwowano po 1820 roku. Całkowite powiększenie wytworzone przez cele modemu i oka razem, jest wynikiem dwóch powiększeń. Oprócz powiększenia rozdzielczość jest jednak zdolna do rozróżnienia dwóch sąsiednich punktów jako oddzielnych.

ii . Kolorymetria:

Większość eksperymentów biochemicznych obejmuje pomiar związku lub grupy związków obecnych w złożonej mieszaninie. Prawdopodobnie najszerzej stosowaną metodą określania stężenia związków biochemicznych jest kolorymetria, która wykorzystuje to zjawisko, gdy białe światło przechodzi przez kolorowy roztwór, niektóre długości fal są pochłaniane bardziej niż inne (ryc. 35.6).

Wiele związków nie jest zabarwionych, ale można je przekształcić w barwne związki. Niektóre z nich nie są zabarwione nawet po konwersji, ale można je zaabsorbować światłem w widzialnym regionie za pomocą reakcji z odpowiednimi odczynnikami. Reakcje te są często specyficzne iw większości przypadków są dość czułe, tak że można zmierzyć ilości materiału w zakresie stężenia milimoli na litr.

Główną zaletą jest to, że całkowite wyodrębnienie związku nie jest konieczne, a składniki złożonej mieszaniny, takie jak krew, można oznaczyć po niewielkiej obróbce. Jak omówiono poniżej, głębia koloru jest proporcjonalna do stężenia pochłoniętego światła, jest proporcjonalna do intensywności koloru, a tym samym do stężenia. Istnieją dwa prawa, na których opiera się zasada kolorymetrii.

za. Prawo Lamberta:

Gdy promień monochromatycznego światła przechodzi przez ośrodek absorbujący, jego intensywność zmniejsza wykładniczo wraz ze wzrostem długości ośrodka absorpcyjnego.

b. Prawo piwa:

Gdy promień monochromatycznego światła przechodzi przez ośrodek absorpcyjny, jego intensywność zmniejsza się wykładniczo wraz ze wzrostem stężenia ośrodka absorpcyjnego.

Te dwie prawa połączone razem nazywane są prawem Lamberta-Beera (Ryc. 35.6).

Ograniczenia prawa Lamberta-Beera:

Ze względu na wzrost stężenia roztworu uzyskuje się niekiedy wykres nieliniowy. Może to wynikać z przyczyn: (a) światło musi być zwężone, najlepiej monochromatyczne, (b) długość fali zastosowanego światła powinna wynosić maksimum absorpcji roztworu.

Daje to również największą czułość, (c) nie może występować jonizacja, asocjacja, dysocjacja lub solwatowanie substancji rozpuszczonej ze stężeniem lub czasem, (d) roztwór jest zbyt stężony, aby nadać intensywny kolor.

Kolorymetr fotoelektryczny:

Podstawowe układy typowego kolorymetru pokazano na rys. 35.7. W tym instrumencie, gdy białe światło z lampy tungstona przechodzi przez szczelinę, a następnie soczewkę kondensora, w celu uzyskania równoległej wiązki, która pada na badany roztwór, znajduje się w kuwecie lub kuwecie. Jest on wykonany ze szkła, a boki są skierowane w stronę belki przyciętej równolegle do siebie. Ogólnie próbki komórek mają 1 cm kwadratowy i będą zawierać 3 ml płynu.

Po komórce absorpcyjnej następuje filtr, który pozwala na maksymalną transmisję koloru zaabsorbowanego po selekcji. Jeśli niebieski roztwór jest badany, to czerwony jest absorbowany i wybierany jest czerwony filtr. Kolor filtra jest zatem komplementarny do koloru badanego roztworu. W niektórych urządzeniach filtr znajduje się przed komórką absorpcyjną.

Filtry zapewniają wąskie pasma transmisyjne, a zatem przybliżone do światła monochromatycznego. Następnie światło pada na fotokomórkę, która wytwarza prąd elektryczny i jest wprost proporcjonalna do natężenia światła padającego na nią.

Sygnał elektryczny jest wzmacniany przez wzmacniacz, a wzmocniony sygnał przechodzi do galwanometru, który jest skalibrowany za pomocą skali logarytmicznej, w celu uzyskania odczytów absorbancji bezpośrednio w tych systemach, roztwór zerowy najpierw umieszcza się w kolorymetrze i galwanometrze jest ustawiony na zerowe wygaszanie, po którym następuje roztwór testowy, a wygaszanie jest odczytywane bezpośrednio Teraz lepiej jest podzielić wiązkę światła, przejść przez próbkę, a drugą przez półfabrykat.

Po tej równowadze dwa obwody dają zerowe ugięcie na galwanometrze. Wygaśnięcie jest określane na podstawie odczytu potencjometru, który równoważy obwód.

iii. Technika Tracer:

Izotopy są używane jako znaczniki do śledzenia przebiegu zdarzeń. Takie izotopy są stabilne ( ² H, ¹⁵ N, ¹⁸ O itd.) Lub niestabilne ( ³ H, ¹⁴ C, ³² P, ³⁵ S itp.). Ten ostatni emituje promieniowanie jonizujące, np. Cząstki α, cząstki β, promieniowanie Ƴ. Promienie rentgenowskie itp. I tym samym mogą być łatwo wykrywane za pomocą instrumentów (licznik Geiger Muller itp.), Które mogą wykrywać jonizację ośrodka, przez który przechodzą. Ten pierwszy potrzebuje instrumentów takich jak spektrometr mas, który za pomocą silnego pola magnetycznego oddziela ciężki izotop od lżejszego izotopu.

Cząstki α będące jądrami helu są ciężkie i dlatego nie mogą przeniknąć na duże odległości, ale są silnie jonizujące. Cząstki β są znacznie lżejsze, a odległości podróży zależą od ich energii. Promienie Y i promienie X są jeszcze bardziej przenikliwe. Niestabilne izotopy rozpadają się wykładniczo w stabilne formy, a czas potrzebny do połowicznego zaniku jest znany jako okres półtrwania radioizotopu.

Zatem 13N ma okres półtrwania 10, 5 min, 32P, 13, 8 dni, ³⁵ S, 85 dni. ³ H, 10 yrs i ¹⁴ C, 5688 yrs. ³ H emituje słabe promienie Y (0, 018 Mev) i ¹⁴ C (0, 156 Mev) i ³² P, 1, 6 MeV (1Mev = 1 milion ev) emitują silne promienie. Energia promieniowania, okres półtrwania izotopu, rozpuszczalność i metaboliczna rola jego związków są głównymi czynnikami, które określają zakres zagrożeń zdrowotnych radioizotopu.

Przy odpowiednich środkach ostrożności radioizotopy mogą być przetwarzane, przetwarzane, wykrywane i mierzone praktycznie bez ryzyka lub zagrożenia. Ruch radioaktywnego pierwiastka w związku można również śledzić za pomocą autoradiografii.

Kiedy cząstki energetyczne emitowane przez radioizotop uderzają w iskrzącą substancję, taką jak Nal, ZnS, antracen itp. Fotony są wyrzucane; fotony te oddziałują z halogenkami srebra obecnymi w emulsji fotograficznej i wytwarzają czarne plamki, jak w konwencjonalnej fotografii. Tę zasadę stosuje się również przy zliczaniu scyntylacyjnym.

Jednostką ratioactivity jest curie lub Bequerel nazwana po odkrywcy. One Curie (Ci) jest równoważne 3, 7 x 10 ¹⁰ rozpadów na sekundę. Jeden Bequerel (Bq) to 10 ¹⁰ dps. Kiedy zliczenia są podejmowane w identycznych warunkach, aktywność w kurach można obliczyć bezpośrednio w odniesieniu do normy.

Praca z radioizotopami wiąże się ze znacznym zagrożeniem dla zdrowia, chyba że zostaną podjęte odpowiednie środki ostrożności. Należy regularnie wykonywać odczyty krwi i zawsze nosić nalepki filmowe podczas pracy z radioizotopem. W żadnym wypadku substancje radioaktywne nie powinny wchodzić w kontakt z żadną częścią ciała.

Należy zawsze uważać, aby nie wdychać gazu radioaktywnego. Nikt nie powinien jeść, pić ani palić w laboratorium radioizotopowym. Należy posługiwać się radioizotopami, w szczególności β-emiterami, takimi jak ³² p lub emitery α, jak ⁶⁰ CO, w pewnej odległości od źródła. Ilości μCi są zwykle używane w badaniach biologicznych i są mniej niebezpieczne.

Zmywanie nigdy nie powinno być gromadzone w zlewie. Powinny być wysuszone wewnątrz kaptura i przechowywane w pojemniku utrzymywanym w tym celu. Zawartość kosza musi być zakopana pod ziemią w bezpiecznym miejscu lub wysłana do Bhabha Atomic Research Center w Bombaju.

Ręce, fartuchy, blaty stołów itp. Powinny być regularnie monitorowane i, jeśli to konieczne, odkażane. Ból głowy, zawroty głowy, nieprawidłowa liczba krwinek itp. Są oznakami choroby popromiennej. W takich przypadkach należy zaprzestać pracy i skonsultować się z lekarzem.

Przygotowanie próbek do pomiaru radioaktywności:

(a) Przenieś do badanego 0, 1 ml substancji radioaktywnej w roztworze. Pozwól mu się rozprzestrzeniać; dodać kilka kropli wody destylowanej lub etanolu (jeśli substancja jest rozpuszczalna w wodzie lub alkoholu) i umieścić pod lampą grzewczą w odległości, przy której nie ma rozpryskiwania.

(b) Umieścić planchety wewnątrz szalek Petriego, ostudzić i zliczyć.

Dla stałych próbek:

(a) Zważyć pustą plancetkę.

(b) Przenieś drobny proszek szpatułką ostrożnie na plancet i rozsmaruj, aby pokryć całą powierzchnię. Oprzyj powierzchnię delikatnie, aż wydaje się gładka.

(c) Zważyć plancet z proszkiem. Odjąć początkową wagę planchet. Jeśli różnica przekracza minimalną grubość dla nasycenia, zlicza. Jeśli nie trzeba wprowadzić więcej proszku, a próbkę przygotować ponownie.

iv. Chromatografia:

Tswett (1903) zdefiniował chromatografię jako proces rozdzielania barwnych substancji, ale obecnie wykonuje się ją na mieszaninach kolorowych substancji, w tym gazów.

Wspólną cechą wszystkich metod chromatograficznych jest zastosowanie dwóch faz:

(a) faza stacjonarna

(b) faza ruchoma.

Oddzielenie zabarwionej substancji zależy od dwóch faz. Na podstawie charakteru fazy stacjonarnej klasyfikacja jest podana poniżej:

Jeśli faza stacjonarna jest stała, proces nazywa się adsorpcją, podczas gdy faza ruchoma jest cieczą zwana chromatografią dzielenia. Faza ruchoma może być cieczą lub gazem.

Na podstawie fazy stacjonarnej i ruchomej układ chromatograficzny składa się z czterech rodzajów:

(a) Ciecz - ciało stałe (np. klasyczna chromatografia adsorpcyjna, TLC i jonowymienna)

(b) Gaz-ciało stałe (np. stała chromatografia gazowa)

(d) Gaz-ciecz (np. chromatografia gaz-ciecz, kapilarna chromatografia chromatograficzna)

Klasyfikacja na podstawie metod:

Klasyfikacja opiera się na fazach (stałych lub ciekłych) nazywanych adsorpcją i podziałach. Faza adsorpcji może zawierać fazę ruchomą w postaci ciekłej lub gazowej. Podobnie, rozdziałowa chromatografia cieczowa ma ciekłą fazę ruchomą lub postać gazową fazy ruchomej, nazywaną odpowiednio chromatografią ciecz-ciecz i gaz-ciecz.

Wszystkie rozdziały chromatograficzne zależą od faktu, że rozdzielane substancje rozprowadzają się między fazą ruchomą a fazą stacjonarną w proporcjach, które różnią się w zależności od substancji. Sposób, w jaki rozprowadzane są substancje, najdogodniej omawia się przez odniesienie do "izotermy sorpcji".

Izoterma sorpcji:

Ilość konkretnej substancji pobranej "zaabsorbowanej" przez fazę stacjonarną zależy od stężenia w fazie ruchomej. Krzywa uzyskana przez wykreślenie ilości zaabsorbowanej względem stężenia w stałej temperaturze jest "izotermą sorpcji".

Kształt izotermy jest jednym z najważniejszych czynników regulujących zachowanie chromatograficzne. Termin "sorpcja" obejmuje adsorpcję, która odnosi się do wzrostu stężenia na granicy faz ruchomej i stacjonarnej (stałej), podczas gdy absorpcja jest rozpuszczaniem substancji z fazy ruchomej w fazie stacjonarnej cieczy.

v. Electro Focussing:

Jest to najnowsza technika separacji lub białka lub możesz wyrazić ją jako "elektroforezę w gradiencie pH". Białka migrują w polu elektrycznym, ale gdy osiągną punkt, w którym pH jest takie samo jak punkt izoioniczny, zapobiega się ich dalszemu ruchowi. Nazywa się to elektroogniskowaniem, ponieważ białko zostało skupione na punkcie isoionicznym.