ВВЕДЕНИЕ

Микробиология - наука о мельчайших живых существах - микро­организмах, которые широко распространены в природе. Мир микроорганизмов включает много тысяч представителей разных систематических групп: бактерии, грибы, многие водоросли и простейшие. Размеры микроор­ганизмов меньше или немного превышают разрешающую способность человеческого глаза (0,2мм), поэтому их изучение связано с использо­ванием микроскопов, а также особых методов выращивания. Большинство микроорганизмов одноклеточные, а многоклеточные фор­мы сравнительно мало дифференцированы.

Иногда к микроорганиз­мам относят вирусы, которые не имеют клеточного строения и раз­меры их так малы, что их можно увидеть лишь с помощью электрон­ного микроскопа.

Микроорганизмы играют очень важную роль в круговороте веществ на Земле (участие в круговороте углерода, в геохимических превращениях азота, фосфора, серы, железа, марганца и других элементов, в образование каменного угля, нефти, некоторых руд, торфа, в почвообразовательных процессах, способствуя повышению плодородия почв). Велика роль микроорганизмов в пищевых производствах (хлебопечение, виноделие, пивоварение, производство кисломолочных продуктов и др.)

Микробиология является сравнительно молодой наукой. Начало ее развития относится к концу XVII в, когда голландский мануфактурщик Антоний ван Левенгук с помощью созданного первого простейшего микроскопа, увеличивающего предметы в 160-270 раз, впервые с большой точностью описал и зарисовал внешний вид (морфологию) микроорганизмов, обнаруженных в объектах окружающей среды. Поэтому первый период в развитии микробиологии называют морфологическим (описательным). Однако микробиология как самостоятельная наука начала формироваться лишь в середине XIX века после выдающихся исследований французского ученого Луи Пастера, который создал новое физиолого-биохимическое направление в изучении микроорганизмов, сменившее морфологическое (описательное) направление, продолжающееся на протяжении полутора веков.

Пастеру принадлежит ряд важнейших открытий в области физиологии микроорганизмов и медицины. Луи Пастер является основопо­ложником физиологического периода в развитии микробиологии. Работы Пастера имели революционное значение. Многие явления, известные человечеству с незапамятных времен, - спиртовое, молочнокислое и маслянокислое брожения, гниение, а также различные инфекционные заболевания, - получили свое научное объяснение, и это способствовало дальнейшему стремительному развитию науки о микроорганизмах. Большое значение в тот период имели также исследования немецкого ученого Роберта Коха. Им разработана методика получения чистых культур микроорганизмов на плотных питательных средах, что позволило выделить и изучить ряд возбудителей инфекционных заболеваний, а также полезных микроорганизмах. Л.Пастером и Р.Кохом были введены новые экспериментальные методы исследования, заложены основы микроскопии, стерилизации и пастеризации.

В последние годы микробиология развивается бурными темпами, ее достижения опираются на успехи смежных наук: общей биологии, генетики, химии, биохимии, физики, энзимологии.

Накопившееся огромное разнообразие и специфичность теоретического и практического материала позволили в настоящее время выделить в микробиологии ряд самостоятельных разделов - общей, технической, сельскохозяйственной, медицинской, водной , санитарной и многих других.

Общая микробиология изучает общих закономерности строения, развития, распространения и жизнедеятельности микроорганизмов, обмен веществ, роль в круговороте веществ в природе. В зависимости от среды обитания микроорганизмов, в которой осуществляются процессы их жизнедеятельности, из общей микробиологии выделилась геологическая микробиология, изучающая роль микроорганизмов в различных геохимических процессах; почвенная и водная микробиология, изучающие закономерности распространения и жизнедеятельности микроорганизмов в различных почвенных зонах, озерах, морях и океанах.

Сельскохозяйственная микробиология занимается изучением путей использования жизнедеятельности микроорганизмов для улучшения плодородия почвы, увеличения урожайности сельскохозяйственных культур, получения консервированных кормов, улучшения роста сельскохозяйственных животных. Водная микробиология занимается изучением микроорганизмов, населяющих водоемы, методов очистки вод и др.

Изучение патогенных микроорганизмов, их специфики, взаимодействия с организмом человека, способов борьбы с ними и разработка способов профилактики инфекционных заболеваний положили начало возникновению медицинской микробиологии.

Санитарная микробиология дает санитарно-гигиеническую оценку среды обитания человека и пищевых продуктов и разрабатывающая методы их очистки от вредных микроорганизмов; эпидемиология изучает пути и способы распространения различных инфекционных заболеваний и меры борьбы с ними; ветеринарная микробиология изучает возбудителей инфекционных заболеваний животных.

Д.И.Ивановский заложил основы нового важного раздела микробиологии – вирусологии, занимающейся изучением закономерностей развития вирусов животных, растений, микроорганизмов.

Техническая, или промышленная, микробиология изучает микроорганизмы, используемые в производственных процессах с целью получения практически важных веществ: пищевых продуктов, этанола, глицерина, ацетона, органических кислот и др.

На основе технической микробиологии в нашей стране создана новая отрасль народного хозяйства – микробиологическая промышленность. С помощью микроорганизмов получают многие биологически активные вещества: ферменты, ами­нокислоты, витамины, полисахариды, стимуляторы роста растений и животных, средства защиты растений, препараты для борьбы с грызу­нами и вредителями сельского хозяйства, гормоны.

Вместе с тем микроорганизмы наносят существенный вред на­родному хозяйству, вызывая порчу сельскохозяйственного сырья, раз­рушают различные промышленные материалы. Многие микроорга­низмы, попав в производство пищевых продуктов с сырьем, водой, из воздуха, с поверхности оборудования, нарушают нормальный ход тех­нологических процессов, приводят к потерям сырья, порче полуфабри­катов, снижают качество выпускаемой продукции. Патогенные микроорганизмы вызывают тяжелейшие заболевания человека, животных и растений. Многие патогенные микроорганизмы выделяют в среду, в которой развиваются, ядовитые вещества – токсины, которые вызывают пищевые отравления (например, ботулизм). Наиболее опасна особая группа токсинов (например, афлатоксины, охратоксины, патулин и др.), способная вызывать образование раковых опухолей у человека и животных.

Для борьбы с нежелательными микроорганизмами в пищевых произ­водствах регулярно осуществляются определенные мероприятия.

Таким образом, области использования микроорганизмов разно­образны и имеются большие возможности расширения и совершенствования тех­нологических процессов, основанных на применении микроорганиз­мов.

Знание особенностей биологии микроорганизмов, современных достижений микробиологии позволяет использовать микроорганизмы в малоотходных, безотходных технологиях, в замкнутых производ­ственных циклах пищевых продуктов. Знание микробиологии позво­лит сократить или вовсе устранить потери на всех стадиях производ­ства пищевых продуктов и хранения, повысить качество готовой про­дукции. Без этого невозможно осуществлять микробиологический и санитарный контроль производства, разрабатывать эффективные меры по предотвращению развития и уничтожению посторонних нежела­тельных микроорганизмов.

Раздел 1. Общая микробиология

Глава 1. Морфология и класификация микроорганизмов

Морфология микроорганизмов изучает форму и особенности строения клеток, способы размножения и передвижения, и др.

Морфологические признаки играют большую роль в идентифи­кации микроорганизмов и их классификации.

На основании особенностей организации клеток микроорганиз­мы подразделяют на эукариоты и прокариоты. К эукариотным микро­организмам принадлежат микроскопические грибы (в том числе и дрожжи), водоросли и простейшие. К прокариотам относятся бактерии.

Деление живых организмов на прокариоты и эукариоты базируется, прежде всего, на особенностях строения их ядерного аппарата. Клетки прокариот (от греч. «pro» - до, «karion» - ядро), «доядерных» орга­низмов, не имеют истинного ядра, их генетический мате­риал (ДНК), находящийся прямо в цитоплазме не окружен собственной ядерной мембраной. У эукариот (от греч.«eu» - настоящий, истинный, «karion» - ядро) имеется настоящее ядро, т.е. у них генетический материал обособлен от цитоплазмы двойной мембраной (ядерной оболочкой). Наряду с этим признаком имеется много других различий между прокариотами и эукариотами, которые будут рассматриваться ниже.

Отдельную группу организмов представляют вирусы, которые не имеют клеточного строения и не могут размножаться вне живой клет­ки.

Прокариоты (бактерии)

Известно около 4000 видов бактерий. Их разнообразие особенно выражено в отношении физиолого-биохимических свойств. В определенной степени оно проявляется и в морфологии. Большинство бакте­рий - это одноклеточные организмы, но имеются и многоклеточные.

Форма и размеры бактерий. По внешнему виду (форме) однокле­точные бактерии разделяются на три основные группы: шаровидные, палочковидные и извитые (рис.1).

Шаровидные бактерии - кокки (рис.1 а) могут быть одиночными - микрококки; диплококки соединены попарно; стрептококки образуют цепочки различной длины; тетракокки соединены по четыре; сарцины располагаются в форме правильных пакетов и образуют скопления неправильной формы, напоминающие гроздь винограда, - стафи­лококки.

Палочковидные бактерии (рис.1 б) имеют форму вытянутого ци­линдра, могут быть одиночными или соединены попарно, а также в виде цепочек из трех и более клеток. Oтношение длины клетки к ее по­перечнику у них сильно варьирует. Палочковидные бактерии являются наиболее многочисленной группой среди бактерий.

Извитые (рис.1.1в) бактерии бывают трех типов: вибрионы, спириллы, и спирохеты. Кроме этих наиболее распространенных в природе форм бактерий имеется небольшое количество нитчатых форм (рис. 1.1г). Они представляют собой многоклеточные организмы в виде нитей, состоящих из одинаковых цилиндрических или дисковых клеток, и являются типичными представителями водных организмов.

Сравнительно недавно в почве и водоемах были обнаружены но­вые формы бактерий - тороиды, шестиугольной звезды, розетки, а также клетки с выростами (простеками) и червеобразной формы (рис. 1.1 д).

Рис. 1 Формы бактерий:

а - шаровидные; б - палочковидные; в - извитые; г - нитчатые; д - новые формы;I - микрококки; 2 - стрептококки; 3 - диплококки и тетракокки; 4 - стафилококки; 5 - сарцины; 6 - палочки без спор; 7 - палочки со спорами; 8 - вибрионы; 9 - спириллы; 10 - спирохеты; 11 - тороиды; 12 - бактерии, образующие выросты (простеки); 13 - червеобразные; 14 – шестиугольные

К бактериям относится еще одна, особая группа микроорганизмов – актиномицеты, которые также не имеют истинного ядра. Их клетки в основном имеют вид тонких длинных пря­мых ветвящихся нитей (рис.1.2) и по внешнему виду похожи на клетки мицелиальных грибов. Актиномицеты обитают в воде, почве и на растительных остатках, придавая им специфический землистый запах.

Размеры бактерий ничтожно малы, поперечное сечение клеток большинства бактерий не превышает 0,5 - 0,8 мкм, средняя длина па­лочковидных бактерий от 0,5 до 3 мкм. Наиболее мелкие из бактерий - микоплазмы, не имеющие клеточной стенки, имеют размер 0,1-0,15 мкм. Объем бактериальной клетки в среднем составляет 0,07 мкм³,

масса - 5 х 10¹²г. В 1 мм³ может содержаться до 10⁹ бактериальных клеток.

В пищевых производствах основное значение имеют шаровидные и палочковидные бактерии.

Рис. 2. Актиномицеты: а - мицелии; б - спороносцы

Строение, химический состав и функции клеточных структур