Книга: Мікробіологія (Bruslind)
- Page ID
- 6581
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
Що таке мікробіологія? Якщо розбити слово, це перекладається як «вивчення маленького життя», де маленьке життя відноситься до мікроорганізмів або мікробів. Але хто такі мікроби? І наскільки вони маленькі? Як правило, мікроби можна розділити на дві категорії: клітинні мікроби (або організми) та ацелюлярні мікроби (або агенти). У клітинному таборі у нас є бактерії, архей, гриби та протисти (трохи мішка для захоплення, що складається з водоростей, найпростіших, слизу та водяних цвілів). Клітинні мікроби можуть бути як одноклітинними, де одна клітина - це весь організм, так і багатоклітинними, де сотні, тисячі або навіть мільярди клітин можуть складати весь організм. У клітинному таборі у нас є віруси та інші інфекційні агенти, такі як пріони та вірусоїди. У цьому підручнику основна увага буде зосереджена на бактеріях та архей (традиційно відомих як «прокаріоти») та вірусах та інших ацелюлярних агентах.
- 1: Вступ до мікробіології
- Як правило, мікроби можна розділити на дві категорії: клітинні мікроби (або організми) та ацелюлярні мікроби (або агенти). Клітинні мікроби включають бактерії, археї, гриби та протисти (водорості, найпростіші, слизова цвіль та водяні цвілі). Клітинні мікроби можуть бути як одноклітинними, так і багатоклітинними. До клітинних мікробів відносяться віруси та інші інфекційні агенти, такі як пріони та вірусоїди.
- 2: Мікроскопи
- З появою молекулярної біології сьогодні існує багато мікробіології, яка відбувається без мікроскопа. Але якщо ви хочете візуалізувати мікроби, вам знадобиться здатність збільшувати - вам знадобиться мікроскоп якогось типу. І оскільки «бачити - це вірити», саме візуалізація мікробів змусила людей зацікавитись ними в першу чергу.
- 3: Клітинна структура I
- Клітинні організми діляться на дві великі категорії, виходячи з їх типу клітин: прокаріотичні або еукаріотичні. Як правило, прокаріоти менші, простіші, з набагато меншою кількістю матеріалу, а еукаріоти більші, складніші. Суть їх ключової відмінності можна вивести з їх назв: «каріоза» - грецьке слово, що означає «горіх» або «центр», посилання на ядро. «Pro» означає «раніше», тоді як «Eu» означає «правда», вказуючи на те, що прокаріоти не мають ядра, тоді як еукаріоти мають справжнє ядро.
- 4: Бактерії - клітинні стінки
- Важливо відзначити, що не всі бактерії мають клітинну стінку. Сказавши це, однак, важливо також зазначити, що більшість бактерій (близько 90%) мають клітинну стінку, і вони, як правило, мають один з двох типів: грампозитивна клітинна стінка або грам негативна клітинна стінка.
- 5: Бактерії - внутрішні компоненти
- Ми вже розглянули основні внутрішні компоненти, виявлені у всіх бактеріях, а саме цитоплазмі, нуклеоїді та рибосомах. Пам'ятайте, що бактерії, як правило, вважають, що не вистачає органел, тих біліпідних мембранно-зв'язаних відсіків, настільки поширених в еукаріотичних клітині (хоча деякі вчені стверджують, що бактерії мають структури, які можна вважати простими органелами). Але бактерії можуть бути більш складними, при цьому можна знайти безліч додаткових внутрішніх компонентів.
- 6: Бактерії - поверхневі структури
- Що ми дізналися досі, з точки зору клітинних шарів? Всі клітини мають клітинну мембрану. Більшість бактерій мають клітинну стінку. Але є пара додаткових шарів, які можуть мати бактерії, а можуть і ні. Вони будуть знайдені поза як клітинної мембрани, так і клітинної стінки, якщо вони присутні.
- 7: Архея
- Археї - це група організмів, які спочатку вважалися бактеріями (що пояснює початкову назву «archaeabacteria»), через їх фізичну схожість. Більш надійний генетичний аналіз показав, що археї відрізняються як від бактерій, так і від еукаріотів, заробляючи їм власний домен у класифікації трьох доменів, спочатку запропонованій Woese в 1977 році, поряд з Еукарією та бактеріями.
- 8: Вступ до вірусів
- Віруси, як правило, описуються як облігатні внутрішньоклітинні паразити, ацелюлярні інфекційні агенти, які вимагають наявності клітини-господаря для розмноження. Віруси, які, як було виявлено, заражають всі типи клітин - людей, тварин, рослин, бактерій, дріжджів, археї, найпростіших... деякі вчені навіть стверджують, що вони знайшли вірус, який заражає інші віруси! Але це не станеться без деякої клітинної допомоги.
- 9: Мікробний ріст
- За умови правильних умов (харчування, правильна температура і т.д.) мікроби можуть дуже швидко рости. Важливо мати знання про їх зростання, щоб ми могли прогнозувати або контролювати їх зростання за певних умов. Хоча зростання для багатоклітинних організмів, як правило, вимірюється з точки зору збільшення розміру одного організму, зростання мікробів вимірюється збільшенням популяції, або вимірюванням збільшення кількості клітин, або збільшенням загальної маси.
- 10: Фактори навколишнього середовища
- Які умови навколишнього середовища можуть вплинути на ріст мікробів? Температура, кисень, рН, активність води, тиск, радіація, нестача поживних речовин... це первинні. Ми розповімо більше про метаболізм (тобто який тип їжі вони можуть їсти?) пізніше, тому зупинимося зараз на фізичних характеристиках навколишнього середовища та адаптації мікробів.
- 11: Мікробне харчування
- Всі мікроби мають потребу в трьох речах: вуглець, енергія та електрони. Існують конкретні терміни, пов'язані з джерелом кожного з цих елементів, щоб допомогти визначити організми.
- 12: Енергетика та окислювально-відновні реакції
- Метаболізм відноситься до суми хімічних реакцій, які відбуваються всередині клітини. Катаболізм - це розпад органічних і неорганічних молекул, що використовуються для вивільнення енергії та отримання молекул, які можуть бути використані для інших реакцій. Анаболізм - це синтез більш складних молекул з більш простих органічних і неорганічних молекул, що вимагає енергії.
- 13: Хемоорганотрофія
- Хемоорганотрофія - це термін, який використовується для позначення окислення органічних хімічних речовин для отримання енергії. Іншими словами, органічна хімічна речовина служить початковим донором електронів. Процес може виконуватися за наявності або відсутності кисню, залежно від того, що доступно клітині, і чи є у них ферменти для боротьби з токсичними побічними продуктами кисню.
- 14: Хемолітотрофія та метаболізм азоту
- Хемолітотрофія - це окислення неорганічних хімічних речовин для вироблення енергії. Процес може використовувати окислювальне фосфорилювання, подібно до аеробного та анаеробного дихання, але зараз окислюється речовина (донор електронів) є неорганічною сполукою. Цикл азоту зображує різні способи, за допомогою яких азот, важливий елемент для життя, використовується і перетворюється організмами для різних цілей.
- 15: Фототрофія
- Фототрофія (або «легке поїдання») відноситься до процесу, за допомогою якого енергія від сонця захоплюється і перетворюється в хімічну енергію, у вигляді АТФ. Термін фотосинтез більш точно використовується для опису організмів, які обидва перетворюють сонячне світло в АТФ («світлова реакція»), але потім також продовжують використовувати АТФ для фіксації вуглекислого газу в органічні сполуки (цикл Кальвіна). Ці організми є фотоавтотрофами. У мікробному світі зустрічаються і фотогетеротрофи.
- 16: Таксономія та еволюція
- Вважається, що Землі 4,6 мільярда років, причому перші клітини з'явилися приблизно 3,8 мільярда років тому. Ці клітини, безсумнівно, були мікробами, і врешті-решт породили всі форми життя, які ми уявляємо сьогодні, а також життєві форми, які вимерли до того, як ми потрапили сюди. Як відбувалося таке прогресування?
- 17: Мікробна генетика
- Бактерії не займаються сексом, що представляє справжню проблему для бактерій (і археї теж); як вони отримують генетичну мінливість, яка їм потрібна? Їм може знадобитися новий ген, щоб розщепити незвичайне джерело поживних речовин або деградувати антибіотик, який загрожує їх знищити - придбання гена може означати різницю між життям і смертю. Ми вивчимо процеси, які бактерії використовують для придбання нових генів, механізми, відомі як Горизонтальний перенос генів (HGT).
- 18: Генна інженерія
- Генна інженерія - це навмисне маніпулювання ДНК, використовуючи методи в лабораторії для зміни генів в організмах. Навіть якщо організми, що змінюються, не є мікробами, використовувані речовини і методи часто беруться від мікробів і пристосовані для використання в більш складних організмах.
- 19: геноміка
- Геноміка - це поле, яке вивчає всю колекцію ДНК або геному організму. Він передбачає секвенування, аналіз та порівняння інформації, що міститься в геномах. Оскільки секвенування стало набагато менш дорогим і більш ефективним, зараз доступна величезна кількість геномної інформації про найрізноманітніші організми, але особливо мікроби, з меншим розміром геному. Насправді найбільшим вузьким місцем в даний час є не брак інформації, а відсутність обчислювальної потужності.
- 20: Мікробні симбіози
- Симбіоз, строго певний, відноситься до інтимних відносин між двома організмами. Відносини можуть бути хорошими, поганими або нейтральними для будь-якого партнера. Взаємні стосунки - це той, в якому обидва партнери отримують вигоду, тоді як комменалістичні відносини приносять користь одному партнеру, а не іншому. У патогенних стосунках один партнер отримує вигоду за рахунок іншого. У цій главі розглянуто кілька прикладів симбіозу, де мікроби є одним з партнерів.
- 21: бактеріальна патогенність
- Мікроб, який здатний викликати захворювання, відносять до збудника, в той час як інфікований організм називається господарем. Здатність викликати захворювання відносять до патогенності, при цьому патогенні мікроорганізми змінюються за своєю здатністю. Опортуністичний збудник - це мікроб, який зазвичай заражає господаря, який певним чином скомпрометований, або ослабленою імунною системою, або порушенням природних захисних сил організму, таких як рана. Вимірювання патогенності називається вірулентністю.
- 22: Віруси
- Оскільки вірусам не вистачає рибосом (і, отже, рРНК), їх не можна класифікувати в рамках схеми класифікації трьох доменів з клітинними організмами. Крім того, доктор Девід Балтімор отримав вірусну схему класифікації, яка фокусується на зв'язку між вірусним геном до того, як він виробляє свою мРНК. Балтіморська схема розпізнає сім класів вірусів.