Автор: Пользователь скрыл имя, 21 Февраля 2015 в 18:52, реферат
Микробиология (от микро... и биология), наука, изучающая микроорганизмы — бактерии, микоплазмы, актиномицеты, дрожжи, микроскопические грибы и водоросли — их систематику, морфологию, физиологию, биохимию, наследственность и изменчивость, распространение и роль в круговороте веществ в природе, практическое значение.
Введение
Микробиология (от микро... и биология), наука, изучающая микроорганизмы — бактерии, микоплазмы, актиномицеты, дрожжи, микроскопические грибы и водоросли — их систематику, морфологию, физиологию, биохимию, наследственность и изменчивость, распространение и роль в круговороте веществ в природе, практическое значение.
Наука о мельчайших организмах, не видимых невооруженным глазом. Микробиология изучает строение микробов (морфология), их химическую организацию и закономерности жизнедеятельности (физиология), изменчивость и наследственность (генетика микроорганизмов), взаимоотношения с другими организмами, включая человека, и их роль в формировании биосферы. В ходе исторического развития микробиологии как наука разделилась на общую, сельскохозяйственную, ветеринарную, медицинскую и промышленную. Общая микробиология изучает закономерности жизнедеятельности микробов как организмов, а также роль микробов для поддержания жизни на Земле, в частности их участие в круговороте углерода, азота, энергии и пр.
Несколько лет назад ученые при попытке установить уровень радиоактивного загрязнения в глубине свалки ядерных отходов Саванна-Ривер открыли новый вид микроорганизмов, которые способы жить и размножаться в условиях повышенного радиоактивного загрязнения. Обнаружение этих микроорганизмов стало огромным прорывом в области микробиологии. Микроорганизмы–экстремофилы, как их назвали ученые, способны переносить огромные температуры и высокие дозы радиации. Учитывая их уникальные свойства, ученые планируют использовать микроорганизмы для очистки огромных хранилищ ядерных и химических отходов.
Ученые предположили, что при помощи бактерий можно утилизировать ядерные и токсические отходы в предельно короткие сроки. По расчетам министерства природных ресурсов для утилизации всех отходов традиционными способами при помощи роботов потребуется примерно 260 миллиардов долларов. Использование микробов-экстремофилов значительно снизит затраты, так как они уничтожают токсины, поедая и разлагая их на безвредные компоненты.
Главные аналитики NASA предполагают, что если удастся разгадать механизм адаптации микроорганизмов к токсинам и радиации, то это позволит создать защитные скафандры, которые на протяжении очень длительного времени смогут защищать человека от опасных излучений. В министерстве здравоохранения считают, что уникальные свойства этих организмов помогут больным раком переносить интенсивные формы лучевой терапии. Экстремофилы, которые обитают в природе, не опасны для человека; опасения вызывают микрооргнаизмы, выращенные в лабораторных условиях, так как очень сложно предсказать их поведение.
Бактерии, которые были обнаружены в Саванна-Ривере, имеют круглые очертания, за что их стали называть радиотолернтными микробами Kineococcus. Удалось изучить 99% их генетического кода, однако до сих пор не известен механизм их живучести, так как радиация разрушает генетический код любого живого существа. Экстремофилы легко разрушают токсины, гербициды, хлорированные вещества и промышленные растворители в радиоактивной среде. В таких условиях даже кварцевое стекло принимает коричневый окрас. Возможно, эти бактерии попали на землю вместе с метеоритами и кометами, точный ответ до сих пор не может дать никто. Экстремофилы, которые обитают в природных условиях, поедают радиацию, но не химикаты. Бактерии, которые уничтожают и радиацию и химикаты, выведены только в лабораторных условиях. Исследователи надеются найти их аналог в природе, так как очень сложно предсказать, как поведут искусственные бактерии в природе, так как на данный момент известна только 1/100 от общего количества бактерий на нашей планете.
Бактерии и микроорганизмы, которые обитают на морских побережьях, способны колонизировать фрагменты полиэтилена. Они образуют на полиэтилене «биопленку», которая ускоряет разложение ядовитых химических элементов и пластика. Это открытие было официально представлено на конференции английского общества микробиологии. За последние десятилетия загрязнение вод Мирового океана полиэтиленом и пластиковым мусором достигло угрожающих масштабов и представляет собой весомую проблему морской экосистеме. Последние исследования показали, что в обычных условиях в водах мирового океана разлагаются легкая и тяжелая разновидность промышленного пластика. Процесс разложения сопровождается выделением токсичных веществ. Компонент бисфенол – А, который используется в производстве компакт-дисков и пластиковых бутылок, считается канцерогеном и относится к группе умеренно опасных.
Учеными производились опыты по выращиванию колоний бактерий на фрагментах пластика. Результаты опытов показали, что некоторые виды микроорганизмов и бактерий могут образовывать на поверхности пластика «биопленку», полностью покрываю его. «Биопленка», образовывающаяся на поверхности пластика, может не разлагать не только пластик, но и содержащиеся в нем токсические отходы.
Бактерия способна очищать сточные воды. Интересное открытие сделали исследователи Американского микробиологического общества. Микробиологи утверждают, что достаточно известная бактерия семейства DesulfitoBacterium способна очищать сточные воды от нечистот и при этом вырабатывать электричество. Такая бактерия функционирует круглосуточно семь дней в неделю. DesulfitoBacterium — это одноклеточные микроорганизмы размером от 0,5 до 3 мкм. У них только одна цитоплазматическая мембрана. Их повсеместная распространенность и метаболический потенциал играет огромную роль в природе. Так как они обеспечивают круговорот веществ в природе и поддерживают равновесие в биосфере. Микроорганизм DesulfitoBacterium можно встретить на дне мирового океана, в горячих источниках, в воде, в земной коре и много где еще. Они выполняют роль продуцента. Микроорганизмы являются первыми живыми существами, которые появились на земле.
Эти интересные открытия были обнародованы на 105-м Генеральном съезде Американского общества микробиологов. Чарльз Милликена из университета Южной Каролины заявил, что микроорганизмы семейства DesulfitoBacterium в состояние производить электрическую энергию, мощность которой достаточна для функционирования не очень большого электрического устройства. Прибор на такой своего рода природной энергии может работать постоянно, лишь бы было «топливо» для бактерии. Бактерия поглощает различные виды растворителей, химикатов и даже может перерабатывать поливинилхлорированный бифенил (РСВ). Это вещество способно за пару часов разрушить эндокринную и иммунную систему человека. У бактерий семейства DesulfitoBacterium очень широкий диапазон метаболических процессов, поэтому бактерия может разлагать огромное количество органических и неорганических веществ. Также прорабатывается возможность использования бактерии DesulfitoBacterium в топливных системах различных агрегатов.
Ученые предполагают, что топливные устройства на основе бактерии DesulfitoBacterium будут иметь неограниченный ресурс, что позволит их использовать очень продолжительное время. Даже если устройство не использовать, его можно хранить в неработающем состоянии до следующего использования
Создан новый генетически модифицированный штамм лактобактерий. Микробиологи университета Гронингена (Германия), работающие под руководством профессора Оскара Куперса (Oscar Kuipers), создали новый генетически модифицированный штамм лактобактерий, осуществляющий ферментацию молочного сахара лактозы, но только до глюкозы.
Это исключает необходимость добавления в молочную продукцию дополнительных подсластителей, а также значительно снижает содержание в ней лактозы, что делает продукты пригодными для употребления людьми, страдающими лактозной непереносимостью.
Бактерии Lactococcus lactis используются при производстве кисломолочной продукции. Удаление из генома бактерии генов, ответственных за метаболизм глюкозы, привело к появлению нового штамма, который не вызывает скисания молока, а, напротив, делает его слаще.
На настоящий момент главной проблемой внедрения этих бактерий в производство молочной продукции заключается в отношении потребителей к генетически модифицированным организмам, а также в официальных ограничениях на их использование.
Однако разработчики считают, что бактериям, скорее всего, удаться преодолеть бюрократические барьеры, т.к. при их создании использовалась только собственная ДНК бактерии, методы нокаутирования и рекомбинации генов без встраивания в геном чужеродного генетического материала.
Активно участвуя в круговороте веществ в природе, микроорганизмы играют важнейшую роль в плодородии почв, в продуктивности водоёмов, в образовании и разрушении залежей полезных ископаемых. Особенно важна способность микроорганизмов минерализовать органические остатки животных и растений. Всё возрастающее применение микроорганизмов в практике привело к возникновению микробиологической промышленности и к значительному расширению микробиологических исследований в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства. Ранее техническая Микробиология в основном изучала различные брожения, а микроорганизмы использовались преимущественно в пищевой промышленности. Быстро развиваются и новые направления технической микробиологии, которые потребовали иного аппаратурного оформления микробиологических процессов. Выращивание микроорганизмов стали проводить в закрытых ферментёрах большой ёмкости, совершенствовались методы отделения клеток микроорганизмов от культуральной жидкости, выделения из последней и химической очистки их продуктов обмена. Одним из первых возникло и развилось производство антибиотиков. В широких масштабах микробиологическим путём получают аминокислоты (лизин, глютаминовая кислота, триптофан и др.), ферменты, витамины, а также кормовые дрожжи на непищевом сырье (сульфитные щелока, гидролизаты древесины, торфа и сельскохозяйственные растительные отходы, углеводороды нефти и природного газа, фенольные или крахмалсодержащие сточные воды и т.д.). Осуществляется получение микробиологическим путём полисахаридов и осваивается промышленный биосинтез липидов. Резко возросло применение микроорганизмов в сельском хозяйстве. Увеличилось производство бактериальных удобрений, в частности нитрагина, приготовляемого из культур клубеньковых бактерий, фиксирующих азот в условиях симбиоза с бобовыми растениями, и применяемого для заражения семян бобовых культур. Новое направление сельскохозяйственной микробиологии связано с микробиологическими методами борьбы с насекомыми и их личинками — вредителями растений и лесов. Найдены бактерии и грибы, убивающие своими токсинами этих вредителей, освоено производство соответствующих препаратов. Высушенные клетки молочнокислых бактерий используют для лечения кишечных заболеваний человека и сельскохозяйственных животных.
Деление микроорганизмов на полезных и вредных условно, т.к. оценка результатов их деятельности зависит от условий, в которых она проявляется. Так, разложение целлюлозы микроорганизмами важно и полезно в растительных остатках или при переваривании пищи в пищеварительном тракте (животные и человек не способны усваивать целлюлозу без её предварительного гидролиза микробным ферментом целлюлозой). В то же время микроорганизмы, разлагающие целлюлозу, разрушают рыболовные сети, канаты, картон, бумагу, книги, хлопчатобумажные ткани и т.д. Для получения белка микроорганизмы выращивают на углеводородах нефти или природного газа. Одновременно с этим большие количества нефти и продуктов её переработки разлагаются микроорганизмами на нефтяных промыслах или при их хранении. Даже болезнетворные микроорганизмы не могут быть отнесены к абсолютно вредным, т.к. из них приготовляют вакцины, предохраняющие животных или человека от заболеваний. Порча микроорганизмами растительного и животного сырья, пищевых продуктов, строительных и промышленных материалов и изделий привела к разработке различных способов их предохранения (низкая температура, высушивание, стерилизация, консервирование, добавление антибиотиков и консервантов, подкисление и т.п.). В др. случаях возникает необходимость ускорить разложение определённых химических веществ, например пестицидов, в почве.
Заключение
Благодаря огромным научным достижениям в области микробиологии и смежных биологических дисциплин (молекулярной биологии, генетики, биохимии и др.) появилась реальная возможность сделать микроорганизмы неисчерпаемым источником биологически активных веществ (кормового и пищевого белка, аминокислот, ферментов, витаминов, гормонов, антибиотиков, спиртов, органических кислот, средств защиты растений и др.). Эти продукты микробного синтеза находят широкое применение в различных отраслях народного хозяйства
В настоящее время микробиология стала не только фундаментальной наукой – в стране плодотворно работают научно-исследовательские учреждения по многим разделам микробиологической науки.
Список литературы: