1: Вступ до мікробіології

Last updated
Save as PDF

Page ID: 6652

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Очевидно мікробів мало. Традиційне визначення описує мікроби як організми або агенти, невидимі неозброєним оком, вказуючи на те, що людині потрібна допомога, щоб побачити їх. Ця допомога, як правило, у вигляді мікроскопа певного типу. Єдина проблема з цим визначенням полягає в тому, що є мікроби, які можна побачити без мікроскопа. Не добре, але ви можете їх побачити. Було б легко відкинути ці організми як немікроби, але в усьому іншому вони виглядають/діють/виконують як інші добре вивчені мікроби (які дотримуються обмеження розміру).

Отже, традиційне визначення модифіковано для опису мікробів як досить простих агентів/організмів, які не дуже диференційовані, тобто навіть багатоклітинні мікроби складаються з клітин, які можуть діяти незалежно - немає набору розподілу праці. Якщо взяти гігантський гриб і відрубати половину клітин, інші клітини продовжать безперешкодно функціонувати. Крім того, якщо ви відрубали половину моїх клітин, ну, це було б проблемою. Багатоклітинні мікроби, навіть якщо складаються з мільярдів клітин, відносно прості за конструкцією, зазвичай складаються з розгалужених ниток.

Також визнано, що дослідження в області мікробіології зажадають певних загальних методик, багато в чому пов'язаних з розмірами кар'єру. Оскільки мікробів так мало і навколо так багато, важливо вміти ізолювати той тип, який вас цікавить. Це включає методи стерилізації, щоб запобігти небажаному забрудненню та спостереження, щоб підтвердити, що ви повністю ізолювали мікроб, який ви хочете вивчити.

Розмір мікроба

Оскільки розмір є трохи темою в мікробіології, давайте поговоримо про фактичні вимірювання. Наскільки маленький маленький? Клітинні мікроби зазвичай вимірюються в мікрометрах (мкм). Типова бактеріальна клітина (скажімо, кишкова паличка) має ширину близько 1 мкм на 4 мкм в довжину. Типова найпростіша клітина (скажімо, Парамецій) має ширину близько 25 мкм на 100 мкм в довжину. У кожному міліметрі є 1000 мкм, так що це показує, чому важко побачити більшість мікробів без сторонньої допомоги. (Винятком буде багатоклітинний мікроб, такий як грибок. Якщо ви отримаєте достатню кількість клітин разом в одному місці, ви точно зможете побачити їх без мікроскопа!)

Коли ми говоримо про клітинні мікроби, ми повинні використовувати зовсім іншу шкалу. Типовий вірус (скажімо, вірус грипу) має діаметр близько 100 нанометрів (нм). У кожному мікрометрі є 1000 нанометрів, так що це показує, чому вам потрібен більш потужний мікроскоп, щоб побачити вірус. Якби типова бактерія (давайте знову виберемо E.coli) була роздута до розміру Статуї Свободи, типовий вірус (знову ж таки, вірус грипу працює) був би розміром дорослої людини, якщо ми збережемо правильні пропорції.

http://learn.genetics.utah.edu/content/cells/scale/

Відкриття мікробів

Невеликі розміри мікробів однозначно перешкоджали їх відкриттю. Важко змусити людей повірити, що їх шкіра покрита мільярдами дрібних істот, якщо ви не можете показати це їм. «Бачити - це вірити», - це те, що я завжди кажу. Або хтось так говорить.

У мікробіології є дві людини, яким віддають належне відкриття мікробів. Або, принаймні, надання доказів їх відкриття, обидва приблизно в один і той же період часу:

Роберт Гук (1635-1703)

Роберт Гук був вченим, який використовував складний мікроскоп, або мікроскоп з двома лінзами в тандемі, для спостереження за багатьма різними об'єктами. Він зробив докладні креслення своїх спостережень, публікуючи їх в науковій літературі того часу, і приписують публікацію перших малюнків мікроорганізмів. У 1665 році він опублікував книгу під назвою Micrographia, з малюванням мікробів, таких як гриби, а також інших організмів і клітинних структур. Його мікроскопи були обмежені в їх дозволі, або чіткості, що, здавалося, обмежує, які мікроби він зміг спостерігати.

Ентоні ван Левенгук (1632-1723)

Ентоні ван Леувенгук був голландським торговцем тканинами, якому також довелося плескатися в мікроскопах. Він сконструював простий мікроскоп (який має єдину лінзу), де лінза трималася між двома срібними пластинами. Мабуть, він насолоджувався переглядом мікробів з різних типів зразків — води ставка, фекального матеріалу, зіскрібків зубів тощо Він робив докладні малюнки та замітки про свої спостереження та відкриття, відправляючи їх до Лондонського королівського товариства, наукової організації того часу. Цей безцінний запис чітко вказує на те, що він бачив як бактерії, так і найрізноманітніші протисти. Деякі мікробіологи називають ван Леувенгука «батьком мікробіології» через його внесок у цю сферу.

Мікробні групи

Класифікація організмів, або визначення того, як їх групувати, постійно змінюється в міру отримання нової інформації та нових інструментів оцінки особливостей організму. В даний час всі організми згруповані в одну з трьох категорій або областей: Бактерії , Архея та Еукарія. Класифікація трьох доменів, вперше запропонована Карлом Возе в 1970-х роках, заснована на послідовностях рибосомної РНК (рРНК) і широко прийнята вченими сьогодні як найбільш точне поточне зображення пов'язаності організму.

Дерево життя.

Бактерії

Домен бактерій містить деякі з найвідоміших мікробних прикладів (кишкова паличка, хто-небудь?). Більшість членів одноклітинні, клітинам не вистачає ядра або будь-якої іншої органели, більшість членів мають клітинну стінку з певною речовиною, відомою як пептидоглікан (не зустрічається ніде, крім бактерій!) , і люди тісно знайомі з багатьма членами, оскільки вони поширені в грунті, воді, нашій їжі та нашому власному тілі.

Архея

Архея є відносно новим доменом, оскільки ці організми раніше групувалися з бактеріями. Є деякі очевидні подібності, оскільки вони в основному одноклітинні і клітинам не вистачає ядра або будь-якої іншої органели. Але вони мають абсолютно різні клітинні стінки, які помітно відрізняються за складом (але особливо не вистачає пептидоглікану), а їх послідовності рРНК показали, що вони зовсім не пов'язані з бактеріями. Насправді вони, здається, більш тісно пов'язані з еукаріотами! Ці організми знаходяться в грунті, воді, навіть іноді в організмі людини, але вони також зустрічаються в деяких дуже екстремальних середовищах на Землі - дуже холодних, дуже гарячих, дуже солоних, дуже під тиском, дуже кислих, заробляючи їм часто вживану назву «екстремофіли», або екстремальнолюбні організми.

Еукарія

Домен Eukarya включає багато немікробів, таких як тварини та рослини, але є також численні мікробні приклади, такі як гриби, протисти, слиз цвілі та водяні цвілі. Еукаріотичний тип клітини має ядро, а також безліч органел, таких як мітохондрії або ендоплазматичний ретикулум.

Віруси

Віруси не є частиною класифікації трьох доменів, оскільки їм не вистачає рибосом і тому не вистачає послідовностей рРНК для порівняння. Їх класифікують окремо, використовуючи характеристики, специфічні для вірусів. Віруси, як правило, описуються як «облігатні внутрішньоклітинні паразити», посилання на їх сувору вимогу до клітини-господаря з метою реплікації або збільшення кількості. Ці клітинні утворення часто є збудниками захворювань, в результаті їх клітинної інвазії.

Таксономічні ранги

Таксономічні ранги - це спосіб для вчених організувати інформацію про організми, шляхом визначення спорідненості. Домени - це найбільша групування, за якою слідують численні менші групи, де кожна менша група складається з організмів, які мають спільні специфічні риси. Кожен рівень стає все більш обмежувальним щодо того, хто може бути членом. Зрештою ми приступаємо до роду і виду, угруповань, використовуваних для формування наукової назви. Це біноміальна номенклатура, розроблена Карлом Ліннеєм у 1750-х роках.

Таксономічні ранги. Анніна Брін (Власна робота) [CC BY-SA 4.0], через Вікісховище

Біноміальна номенклатура

Посилаючись на фактичну наукову назву, присвоєну організму, важливо дотримуватися умовності, тому всім зрозуміло, що ви маєте на увазі наукову назву. Є правила в науці (так само, як і в англійському класі, де ви ніколи не посилаєтеся на «містер. Роберт Луїс Стівенсон», або, принаймні, не очікуючи, щоб отримати ваш папір назад з червоним по всьому).

Наукова назва складається з роду та виду, де рід є родовою назвою, а вид специфічний. Назва виду, як тільки присвоєно, є постійним для організму, тоді як рід може змінюватися, якщо стане доступна нова інформація. Наприклад, бактерія, раніше відома як Streptococcus faecalis, зараз є Enterococcus faecalis, оскільки інформація про секвенування вказує на те, що вона більш тісно пов'язана з членами роду Enterococcus. Важливо зазначити, що недоречно посилатися на організм лише одним видом (тобто ніколи не слід називати кишкову паличку лише «паличкою». Інші бактерії можуть мати вид «coli», а також.)

Тепер про правила: рід завжди пишеться з великої літери. Вид завжди в нижньому регістрі. Причому і рід, і вид курсивом (загальний, якщо машинописний) або підкреслений (загальний, якщо рукописний). Рід може бути скорочений до початкової літери, але тільки в тому випадку, якщо назва була згадана в тексті в повному обсязі хоча б один раз спочатку (виняток з цього - кишкова паличка, через її спільність, де навряд чи хтось більше пише рід Escherichia).

Ключові слова

мікробіологія, мікроорганізми, мікроби, одноклітинний, багатоклітинний, диференціація, стерилізація, спостереження, мікрометри (мкм), нанометри (нм), Роберт Гук, складний мікроскоп, Антоній ван Левенгук, простий мікроскоп, Лондонське королівське товариство, батько мікробіології, класифікація трьох доменів, рибосомальний РНК (рРНК), Бактерії, Архея, Еукарія, облігатні внутрішньоклітинні паразити, таксономічні ранги, рід, види, біноміальна номенклатура

Навчальні питання

Хто є членами мікробного світу?
Що таке повне визначення мікробіології? Які характеристики актуальні?
Якого розміру бувають різні групи мікробів?
Якими були внески Гука та Ван Левенгука в область мікробіології? Як вони зробили ці внески?
На чому заснована класифікація Вьесе і які три домени?
Які основні характеристики мають члени трьох доменів? Куди вписуються мікроби?
Які основні характеристики вірусів? Чому вони не класифікуються в одному з трьох доменів?
Що таке таксономічні ранги? Що таке система біноміальної номенклатури? Які основні правила? Як називаються бактерії? Що таке рід і вид? Вміти правильно написати назву бактерії.