Микроорганизмы — обзор понятия¶

Микроорганизмы — организмы, невидимые невооружённым глазом и изучаемые преимущественно с помощью микроскопа; к ним относят бактерии, археи, простейшие, микроскопические грибы, водоросли и некоторые вирусы. Размеры большинства микроорганизмов составляют от долей до сотен микрометров. Микробиология — раздел биологии, изучающий их строение, жизнедеятельность, классификацию и роль в природе.

¶История открытия

Первым, кто увидел микроорганизмы, считается голландский натуралист Антони ван Левенгук. В 1670-х годах, используя самодельные линзы с увеличением до 200–300 крат, он описал «живые зверушки» в настое зубного камня, воде и других субстратах. Его наблюдения были опубликованы Лондонским королевским обществом, однако долгое время не получили развития.

Следующий важный этап связан с работами Луи Пастера в 1860-х годах. Пастер опроверг теорию самозарождения жизни, показал роль бактерий в брожении и гниении, разработал метод пастеризации. Его современник Роберт Кох сформулировал постулаты, связывающие конкретного возбудителя с конкретным заболеванием (постулаты Коха, 1884), и разработал методы чистых культур на плотных питательных средах. Эти работы заложили основы медицинской микробиологии.

В XX веке были открыты вирусы (Дмитрий Ивановский, 1892, — о работах по фильтрующимся агентам), разработана электронная микроскопия, расшифрованы генетические механизмы, а в 1970-х Карл Вёзе предложил разделение прокариот на два домена — бактерии и археи — на основе анализа рРНК.

¶Классификация

Микроорганизмы — не таксономическая единица, а функциональная группа, объединяющая представителей разных доменов и царств живой природы. Основные группы:

Вирусы занимают особое положение: они не имеют собственного обмена веществ и размножаются только внутри клетки хозяина, из-за чего некоторые классификации не относят их к живым организмам.

¶Устройство и жизнедеятельность

Прокариотические микроорганизмы (бактерии и археи) лишены оформленного ядра; их геном представлен кольцевой молекулой ДНК. Типичная бактериальная клетка содержит рибосомы, цитоплазму, клеточную стенку из пептидогликана (у археев — из других полимеров), а также часто плазмиды — небольшие внехромосомные ДНК. Многие бактерии снабжены жгутиками, пили, капсулой.

По способу получения энергии микроорганизмы делятся на:

• фототрофы — используют солнечный свет (цианобактерии, фототрофные археи);
• хемотрофы — окисляют органические или неорганические субстраты;
• автотрофы — синтезируют органику из CO₂;
• гетеротрофы — готовую органику усваивают из внешней среды.

По отношению к кислороду различают аэробов (обязательные и факультативные), анаэробов и микроаэрофилов. Размножение у большинства бактерий — деление надвое, у дрожжей — почкование, у простейших — митоз или множественное деление.

¶Распространение в природе

Микроорганизмы обитают практически повсюду: в почве, воде, воздухе, горных породах на глубинах до нескольких километров, в горячих источниках и полярных льдах. Их суммарная биомасса в почвах оценивается в сотни миллиардов тонн. Микробиоценозы кишечника человека содержат триллионы клеток и сотни видов, обеспечивая синтез ряда витаминов, переваривание клетчатки и формирование иммунитета.

Ключевые экологические роли микроорганизмов:

• азотфиксация — превращение атмосферного азота в доступную растениям форму (ризобии, цианобактерии);
• разложение органических остатков и замыкание круговорота углерода, серы, фосфора;
• участие в образовании нефти, угля и других ископаемых.

¶Применение

Микроорганизмы используются в промышленности, медицине и сельском хозяйстве:

• Пищевая промышленность — производство кисломолочных продуктов (лактобациллы, стрептококки), хлеба (дрожжи), сыров, уксуса, соевого соуса.
• Биотехнология — получение антибиотиков (Penicillium, актиномицеты), аминокислот, ферментов, биогаза (метаногены).
• Медицина — вакцины, пробиотики, генная инженерия с использованием E. coli и дрожжей как клеток-хозяев.
• Сельское хозяйство — биопрепараты для защиты растений, азотфиксирующие бактериальные удобрения.
• Экология — биоремедиация: разведение нефти и других загрязнителей микроорганизмами-деструкторами.

¶Микроорганизмы и болезни

Часть микроорганизмов — возбудители инфекционных заболеваний человека, животных и растений. К бактериальным инфекциям относят туберкулёз, холеру, чуму, столбняк; к вирусным — грипп, корь, гепатиты; к протозойным — малярию, амёбиаз. Многие микроорганизмы являются условно-патогенными: они постоянно обитают в организме и вызывают заболевание лишь при ослаблении иммунитета.

Открытие антибиотиков (пенициллин Александр Флеминг, 1928) резко снизило смертность от бактериальных инфекций. Однако широкое применение антибиотиков привело к формированию устойчивых штаммов — резистентность к противомикробным препаратам признана Всемирной организацией здравоохранения одной из главных угроз глобальному здравоохранению.

Источники:

• Н. А. Кришталь, В. А. Шабалин. «Общая микробиология»
• Б. А. Фомин, В. Н. Шаповалов. «Курс общей микробиологии»
• Дж. Мэддокс. «Микробы и человек»
• Материалы Всемирной организации здравоохранения по антимикробной резистентности