Микробиология - Microbiology

An пластина с агаром с прожилками микроорганизмы

Микробиология (из Греческий μῑκρος, Микрос, "маленький"; βίος, биос, "жизнь "; и -λογία, -логия ) является изучение микроорганизмы, те, кто одноклеточный (одиночная ячейка), многоклеточный (колония клеток), или бесклеточный (без ячеек).[1][2] Микробиология включает в себя множество дисциплин, в том числе: вирусология, бактериология, протистология, микология, иммунология и паразитология.

Эукариотический микроорганизмы обладают мембраносвязанными органеллы и включать грибы и протисты, в то время как прокариотический организмы, все из которых являются микроорганизмами, обычно классифицируются как не имеющие мембраносвязанных органелл и включают Бактерии и Археи.[3][4] Микробиологи традиционно полагались на культуру, окрашивание и микроскопия. Однако менее 1% микроорганизмов, присутствующих в обычных средах, можно культивировать изолированно с использованием современных средств.[5] Микробиологи часто полагаются на молекулярная биология такие инструменты, как идентификация на основе последовательности ДНК, например 16S рРНК последовательность гена, используемая для идентификации бактерий.

Вирусы были по разному классифицированы как организмы,[6] поскольку их считали либо очень простыми микроорганизмами, либо очень сложными молекулами. Прионы, которые никогда не считались микроорганизмами, были исследованы вирусологами, однако, поскольку клинические эффекты, связанные с ними, первоначально предполагались из-за хронических вирусных инфекций, и вирусологи занялись поиском, обнаружив «инфекционные белки».

Существование микроорганизмов было предсказано за много веков до того, как они были впервые обнаружены, например, джайнами в Индии и Марк Терентий Варрон в Древнем Риме. Первое зарегистрированное наблюдение под микроскопом было за плодовыми телами плесневых грибов. Роберт Гук в 1666 г., но священник-иезуит Афанасий Кирхер был, вероятно, первым, кто увидел микробы, которые он упомянул о наблюдении в молоке и гнилостном материале в 1658 году. Антони ван Левенгук считается отец микробиологии как он наблюдал и экспериментировал с микроскопические организмы в 1670-х годах, используя простые микроскопы собственного дизайна. Научная микробиология развивалась в 19 веке благодаря работам Луи Пастер и в медицинской микробиологии Роберт Кох.

История

Смотрите также: Протомикробиологи (до 1670-х гг.)
Авиценна выдвинул гипотезу о существовании микроорганизмов.

Предполагалось существование микроорганизмов за много веков до их фактического открытия. Существование невидимой микробиологической жизни было постулировано Джайнизм который основан на Махавира Учения еще в 6 веке до нашей эры.[7] Пол Дандас отмечает, что Махавира утверждал о существовании невидимых микробиологических существ, живущих в земле, воде, воздухе и огне.[8] Священные Писания джайнов описывать нигоды которые являются субмикроскопическими существами, живущими в больших скоплениях и имеющими очень короткую жизнь, которые, как говорят, пронизывают все части Вселенной, даже в тканях растений и плоти животных.[9] В Римский Марк Терентий Варрон ссылался на микробы, когда предупреждал о том, что нельзя размещать усадьбу вблизи болот, «потому что существуют определенные крошечные существа, которых нельзя увидеть глазами, которые плавают в воздухе и проникают в тело через рот и нос и тем самым вызывают серьезные болезни ".[10]

В золотой век исламской цивилизации персидские ученые выдвинули гипотезу о существовании таких микроорганизмов, как Авиценна в его книге Канон медицины, Ибн Зухр (также известный как Авензоар), открывший чесотка клещи и Аль-Рази кто дал самое раннее известное описание оспа в его книге Добродетельная жизнь (аль-Хави).[11]

В 1546 г. Джироламо Фракасторо не предлагал эпидемия болезни были вызваны переносимыми семеподобными объектами, которые могли передавать инфекцию при прямом или косвенном контакте или через транспорт.[12]

Антони ван Левенгук, часто упоминается как первый, кто экспериментировал с микроорганизмы.[13][14][15][16]
Schematic drawings
Микроскопы Ван Левенгука Генри Бейкер[17]
Мартинус Бейеринк, отец-основатель Делфтской школы микробиологии, в своей лаборатории. Бейеринк часто считается основатель вирусологии, экологическая микробиология, и промышленная микробиология.[18]

В 1676 г. Антони ван Левенгук, который большую часть своей жизни прожил в Делфт, Голландия, наблюдается бактерии и другие микроорганизмы, использующие однообъективный микроскоп собственной разработки.[19][2] Он считается отец микробиологии поскольку он впервые применил простой однообъективный микроскопы собственного дизайна.[19] Хотя Ван Левенгук часто упоминается как первый, кто наблюдал за микробами, Роберт Гук сделал свое первое зарегистрированное наблюдение под микроскопом плодовых тел формы, в 1665 г.[20] Однако было высказано предположение, что священник-иезуит призвал Афанасий Кирхер был первым, кто наблюдал за микроорганизмами.[21]

Кирхер был одним из первых, кто разработал волшебные фонари для проекционных целей, поэтому он, должно быть, был хорошо знаком со свойствами линз.[21] В 1646 году он написал «Относительно удивительной структуры вещей в природе, исследованной микроскопом», указав, «кто бы поверил, что уксус и молоко изобилуют бесчисленным множеством червей». Он также отметил, что гнилостный материал полон бесчисленных ползучих животных. Он опубликовал свой Скрутиниум Пестис (Исследование чумы) в 1658 году, правильно заявив, что болезнь была вызвана микробами, хотя то, что он видел, скорее всего, было красными или лейкоцитами, а не самим возбудителем чумы.[21]

Рождение бактериологии

Инновационный лабораторная посуда и экспериментальные методы, разработанные Луи Пастер и другие биологи внесли свой вклад в развитие молодой области бактериологии в конце 19 века.

Поле бактериология (позже раздел микробиологии) был основан в 19 веке Фердинанд Кон ботаник, изучающий водоросли и фотосинтезирующие бактерии привел его к описанию нескольких бактерий, включая Бациллы и Beggiatoa. Кон также был первым, кто сформулировал схему таксономическая классификация бактерий, и открыть эндоспоры.[22] Луи Пастер и Роберт Кох были современниками Кона и часто считаются отцами современной микробиологии.[21] и медицинская микробиология, соответственно.[23] Пастер наиболее известен серией экспериментов, направленных на опровержение широко распространенного в то время теория самозарождения, тем самым укрепляя идентичность микробиологии как биологической науки.[24] Один из его учеников, Адриен Сертес, считается основоположником морской микробиологии.[25] Пастер также разработал методы для консервирование продуктов питания (пастеризация ) и вакцины против нескольких заболеваний, таких как сибирская язва, птичьей холеры и бешенство.[2] Кох наиболее известен своим вкладом в микробная теория болезни, доказывая, что определенные заболевания были вызваны конкретными патогенными микроорганизмами. Он разработал ряд критериев, которые стали известны как Постулаты Коха. Кох был одним из первых ученые сосредоточиться на изоляции бактерии в чистая культура что привело к его описанию нескольких новых бактерий, включая Микобактерии туберкулеза, возбудитель туберкулез.[2]

Хотя Пастера и Коха часто считают основателями микробиологии, их работа не точно отражает истинное разнообразие микробного мира из-за их исключительной ориентации на микроорганизмы, имеющие прямое медицинское значение. Так продолжалось до конца 19 века, и работа Мартинус Бейеринк и Сергей Виноградский что раскрылась истинная широта микробиологии.[2] Бейеринк внес два важных вклада в микробиологию: открытие вирусы и развитие культура обогащения техники.[26] Пока его работа над вирус табачной мозаики установил основные принципы вирусологии, именно его разработка обогащающего культивирования оказала самое непосредственное влияние на микробиологию, позволив культивировать широкий спектр микробов с сильно различающейся физиологией. Виноградский первым разработал концепцию хемолитотрофия и тем самым выявить важную роль, которую микроорганизмы играют в геохимических процессах.[27] Он был ответственен за первую изоляцию и описание обоих нитрифицирующий и азотфиксирующие бактерии.[2] Франко-канадский микробиолог Феликс д'Эрель совместно обнаруженный бактериофаги в 1917 г. и был одним из первых микробиологов-прикладников.[28]

Джозеф Листер был первым, кто использовал фенол дезинфицирующее средство на открытые раны больных.[29]

ветви

Лаборатория пищевой микробиологии университета
Основная статья: Отрасли микробиологии

В разделы микробиологии могут быть разделены на прикладные науки или разделены по таксономии, как в случае с бактериология, микология, протозоология, вирусология и психология. Между отдельными разделами микробиологии и другими дисциплинами существует значительное совпадение, и некоторые аспекты этих разделов могут выходить за рамки традиционной области микробиологии.[30][31] Чистая исследовательская отрасль микробиологии называется клеточная микробиология.

Приложения

Хотя некоторые бояться микробов из-за связи некоторых микробов с различными заболеваниями человека многие микробы также ответственны за многочисленные полезные процессы, такие как промышленная ферментация (например, производство алкоголь, уксус и молочные продукты ), антибиотик производят и действуют как молекулярные носители для передачи ДНК сложным организмам, таким как растения и животные. Ученые также использовали свои знания о микробах для производства биотехнологически важных ферменты Такие как Полимераза Taq,[32] репортерные гены для использования в других генетических системах и новых методах молекулярной биологии, таких как дрожжевая двугибридная система.[нужна цитата ]

Бактерии могут быть использованы для промышленного производства аминокислоты. Коринебактерии глутамикум является одним из наиболее важных видов бактерий с годовым производством более двух миллионов тонн аминокислот, в основном L-глутамата и L-лизина.[33] Поскольку некоторые бактерии обладают способностью синтезировать антибиотики, они используются в лечебных целях, например: Streptomyces сделать аминогликозидные антибиотики.[34]

Бродильные чаны с дрожжи привык к заваривать пиво

Разнообразие биополимеры, Такие как полисахариды, полиэфиры, и полиамиды, производятся микроорганизмами. Микроорганизмы используются для биотехнологического производства биополимеров с заданными свойствами, подходящими для таких важных медицинских применений, как тканевая инженерия и доставка лекарств. Микроорганизмы, например, используются для биосинтеза ксантан, альгинат, целлюлоза, цианофицин, поли (гамма-глутаминовая кислота), леван, гиалуроновая кислота, органические кислоты, олигосахариды полисахарид и полигидроксиалканоаты.[35]

Микроорганизмы полезны для микробное биоразложение или же биоремедиация бытовых, сельскохозяйственных и промышленных отходов и недр загрязнение в почвах, отложениях и морской среде. Способность каждого микроорганизма разлагаться токсичные отходы зависит от характера каждого загрязнитель. Поскольку на объектах обычно присутствует несколько типов загрязнителей, наиболее эффективный подход к микробное биоразложение заключается в использовании смеси видов и штаммов бактерий и грибков, каждый из которых специфичен для биоразложение одного или нескольких типов загрязнителей.[36]

Симбиотический микробные сообщества приносят пользу здоровью людей и животных-хозяев, включая помощь пищеварению, производство полезных витаминов и аминокислот и подавление патогенных микробов. Некоторая польза может быть получена от употребления ферментированных продуктов, пробиотики (бактерии, потенциально полезные для пищеварительной системы) или пребиотики (вещества, потребляемые для стимулирования роста пробиотических микроорганизмов).[37][38] Способы влияния микробиома на здоровье человека и животных, а также методы воздействия на микробиом являются активными областями исследований.[39]

Исследования показали, что микроорганизмы могут быть полезны при лечении рак. Различные штаммы непатогенных клостридия может проникать и размножаться в солидных опухолях. Клостридиальные векторы можно безопасно вводить, и их способность доставлять терапевтические белки была продемонстрирована на различных доклинических моделях.[40]

Смотрите также

Профессиональные организации
Журналы

Рекомендации

  1. ^ «Микробиология - Последние исследования и новости | Природа». www.nature.com. Получено 2020-02-01.
  2. ^ а б c d е ж Мэдиган М, Мартинко Дж (редакторы) (2006). Биология микроорганизмов Брока (13-е изд.). Pearson Education. п. 1096. ISBN  978-0-321-73551-5.CS1 maint: дополнительный текст: список авторов (связь)
  3. ^ Уитмен, Уильям Б. (2015). Уитмен, Уильям Б. Рейни, Фред; Кемпфер, Питер; Трухильо, Марта; Чун, Джонсик; Девос, Пол; Хедлунд, Брайан; Дедыш, Светлана (ред.). Руководство Берджи по систематике архей и бактерий. Джон Уайли и сыновья. CiteSeerX  10.1.1.737.4970. Дои:10.1002/9781118960608. ISBN  9781118960608.
  4. ^ Пейс, Норман Р. (2006). "Время перемен". Природа. 441 (7091): 289. Bibcode:2006Натура.441..289П. Дои:10.1038 / 441289a. ISSN  0028-0836. PMID  16710401. S2CID  4431143.
  5. ^ Нитеш Р.А., Людвиг В., Шлейфер К.Х. (2011). «Филогенетическая идентификация и обнаружение in situ отдельных микробных клеток без культивирования». Микробиологические обзоры. 59 (1): 143–169. ЧВК  239358. PMID  7535888.
  6. ^ Rice G (27 марта 2007 г.). "Живы ли вирусы?". Получено 2007-07-23.
  7. ^ Махавира датируется 599 г. до н.э. - 527 г. до н.э. Видеть Дандас, Пол; Издание Джона Хиннельса. (2002). Джайн. Лондон: Рутледж. ISBN  978-0-415-26606-2.CS1 maint: дополнительный текст: список авторов (связь) п. 24
  8. ^ Дандас, Пол (2002) стр. 88
  9. ^ Джайни, Падманабх (1998). Путь очищения джайнов. Нью-Дели: Мотилал Банарсидасс. п. 109. ISBN  978-81-208-1578-0.
  10. ^ Марк Терентий Варрон. Варрон о сельском хозяйстве 1, xii Loeb.
  11. ^ "فى الحضارة الإسلامية - ديوان العرب" [Микробиология в исламе]. Diwanalarab.com (по-арабски). Получено 14 апреля 2017.
  12. ^ Фракасторо, Джироламо (1546 г.), De Contagione et Contagiosis Morbis перевод Уилмер Кейв Райт (1930). Нью-Йорк: G.P. Putnam's
  13. ^ Добелл, Клиффорд (1932). Энтони ван Левенгук и его «Маленькие животные»: рассказ об отце протозоологии и бактериологии и его многочисленных открытиях в этих дисциплинах. (Dover Publications ред.). Нью-Йорк: Harcourt, Brace and Company.
  14. ^ Корлисс, Джон О. (1975). «Три века протозоологии: краткая дань уважения ее отцу-основателю А. ван Левенгуку из Делфта». Журнал протозоологии. 22 (1): 3–7. Дои:10.1111 / j.1550-7408.1975.tb00934.x. PMID  1090737.
  15. ^ Форд, Брайан Дж. (1992). "От дилетанта до прилежного экспериментатора: переоценка Левенгука как микроскописта и исследователя". История биологии. 5 (3).
  16. ^ Толедо-Перейра, Луис Х .: Странные зверюшки Антония ван Левенгука - Хирургическая революция, в Хирургические революции: историко-философский взгляд. (World Scientific Publishing, 2008 г., ISBN  978-9814329620)
  17. ^ Чанг, Кинг-том; Лю, Чжон-кан: Пионеры микробиологии: человеческая сторона науки. (World Scientific Publishing, 2017, ISBN  978-9813202948). «Мы можем справедливо назвать Левенгука« Первым микробиологом », потому что он был первым человеком, который на самом деле культура, увидеть и описать большой массив микробная жизнь. Он фактически измерил умножение ошибок. Что еще более удивительно, так это то, что он опубликовал свои открытия ».
  18. ^ Беннетт, Дж. (1996). Мартинус Виллем Бейеринк: голландский отец промышленной микробиологии. (Новости SIM 46(2):69–72)
  19. ^ а б Лейн, Ник (6 марта 2015 г.). "Незримый мир: размышления о Левенгуке (1677 г.)" О зверюшке'". Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 370 (1666): 20140344. Дои:10.1098 / rstb.2014.0344. ЧВК  4360124. PMID  25750239.
  20. ^ Гест Х (2005). "Замечательное видение Роберта Гука (1635-1703): первого исследователя микробного мира". Перспектива. Биол. Med. 48 (2): 266–72. Дои:10.1353 / pbm.2005.0053. PMID  15834198. S2CID  23998841.
  21. ^ а б c d Уэйнрайт, Милтон (2003). Альтернативный взгляд на раннюю историю микробиологии. Успехи прикладной микробиологии. 52. С. 333–55. Дои:10.1016 / S0065-2164 (03) 01013-X. ISBN  978-0-12-002654-8. PMID  12964250.
  22. ^ Дрюс, Г. (1999). «Фердинанд Кон, один из основателей микробиологии». Новости ASM. 65 (8): 547.
  23. ^ Ryan, K.J .; Рэй, К.Г., ред. (2004). Шеррис Медицинская микробиология (4-е изд.). Макгроу Хилл. ISBN  978-0-8385-8529-0.
  24. ^ Борденаве, Г. (2003). «Луи Пастер (1822-1895)». Микробы заражают. 5 (6): 553–60. Дои:10.1016 / S1286-4579 (03) 00075-3. PMID  12758285.
  25. ^ Адлер, Антоний; Дюкер, Эрик (2017-04-05). «Когда пастеровская наука вышла в море: зарождение морской микробиологии». Журнал истории биологии. 51 (1): 107–133. Дои:10.1007 / s10739-017-9477-8. PMID  28382585. S2CID  22211340.
  26. ^ Джонсон, Дж. (2001) [1998]. "Мартинус Виллем Бейеринк". APSnet. Американское фитопатологическое общество. Архивировано из оригинал на 2010-06-20. Получено 2 мая, 2010. Получено из Интернет-архива 12 января 2014 г.
  27. ^ Паустиан Т., Робертс Г. (2009). «Бейеринк и Виноградский открывают область экологической микробиологии». Через микроскоп: взгляд на все мелочи (3-е изд.). Учебник Консорциумов. § 1–14.
  28. ^ Кин, E.C. (2012). «Феликс д'Эрелль и наше микробное будущее». Будущая микробиология. 7 (12): 1337–1339. Дои:10.2217 / fmb.12.115. PMID  23231482.
  29. ^ Листер, Джозеф (01.08.2010). «Классик: об антисептических принципах в хирургической практике». Клиническая ортопедия и смежные исследования. 468 (8): 2012–2016. Дои:10.1007 / s11999-010-1320-х. ЧВК  2895849. PMID  20361283.
  30. ^ «Отрасли микробиологии». Общая микронаука. 2017-01-13. Получено 2017-12-10.
  31. ^ Биология микроорганизмов Брока (14-е изд.). ISBN  978-0321897398.
  32. ^ Гельфанд, Давид Х. (1989). «ДНК-полимераза Taq». В Эрлихе, Генри А. (ред.). Технология ПЦР. Технология ПЦР: принципы и приложения для амплификации ДНК. Palgrave Macmillan UK. С. 17–22. Дои:10.1007/978-1-349-20235-5_2. ISBN  978-1-349-20235-5.
  33. ^ Бурковский А (редактор). (2008). Коринебактерии: геномика и молекулярная биология. Caister Academic Press. ISBN  978-1-904455-30-1. Получено 2016-03-25.
  34. ^ Фурми, Доминик; Рехт, Майкл I .; Бланшар, Скотт К.; Пуглиси, Джозеф Д. (1996). «Структура сайта А рибосомной РНК Escherichia coli 16S в комплексе с аминогликозидным антибиотиком» (PDF). Наука. 274 (5291): 1367–1371. Bibcode:1996 Наука ... 274.1367F. Дои:10.1126 / science.274.5291.1367. PMID  8910275. S2CID  21602792. Получено 2016-04-05.
  35. ^ Рем БНА (редактор). (2008). Микробиологическое производство биополимеров и предшественников полимеров: применение и перспективы. Caister Academic Press. ISBN  978-1-904455-36-3. Получено 2016-03-25.
  36. ^ Диас Э. (редактор). (2008). Микробная биодеградация: геномика и молекулярная биология (1-е изд.). Caister Academic Press. ISBN  978-1-904455-17-2. Получено 2016-03-25.
  37. ^ Макфарлейн, GT; Каммингс, Дж. Х (1999). «Пробиотики и пребиотики: может ли регулирование деятельности кишечных бактерий принести пользу здоровью?». BMJ: Британский медицинский журнал. 318 (7189): 999–1003. Дои:10.1136 / bmj.318.7189.999. ЧВК  1115424. PMID  10195977.
  38. ^ Таннок GW, изд. (2005). Пробиотики и пребиотики: научные аспекты. Caister Academic Press. ISBN  978-1-904455-01-1. Получено 2016-03-25.
  39. ^ Веннер, Мелинда (30 ноября 2007 г.). «Люди переносят больше бактериальных клеток, чем человеческие». Scientific American. Получено 14 апреля 2017.
  40. ^ Менгеша; и другие. (2009). «Клостридии в противоопухолевой терапии». Clostridia: молекулярная биология в постгеномную эру. Caister Academic Press. ISBN  978-1-904455-38-7.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка

Библиотечные ресурсы о
Микробиология