Мікроби проти мікробів

Крім профілактичного огляду шкільний лікар робить запобіжні щеплення і уколи. Це дуже важливий захід. Як ти знаєш, весь світ населений мікробами - дрібними живими істотами, не видимими для неозброєного ока. По всій імовірності, вони найдавніші живі істоти на Землі. Відкрили їх 300 років тому, коли винайшли мікроскоп. Серед мікробів є як корисні, так і шкідливі - ті, що викликають хвороби. Довгий час люди не знали справжніх причин заразних хвороб, тому не вміли з ними боротися. Вірили, що хвороби викликані божим гнівом, кометами, чаклунством. Епідемії були жахливі, вони спустошували часом цілі міста. У 1710 році в Талліні проживало 17 000 чоловік. Після епідемії чуми, що бушувала 115 днів, в живих залишилося лише 1990 чоловік. Джерелом хвороботворних мікробів можуть бути як люди, так і тварини. Мікроби передаються здоровій людині разом з крапельками слини, що потрапляють у повітря під час кашлю, чхання і навіть звичайного розмови з пилом, водою, з продуктами, шляхом зіткнення з різними предметами, за допомогою мух та інших комах. Вчені давно цікавилися тим, як зробити людину несприйнятливим до заразних хвороб. Було помічено, що в епідемію хворіють далеко не всі, і що перехворіли на кір або віспою вдруге цими хворобами не хворіють. Англійський лікар Едвард Дженнер (1749 - 1823) помітив, що доярки ніколи не заражаються віспою. На їх руках він часто виявляв гнійнички схожі на ті, що з'являються у хворих віспою корів. Едварду Дженнеру прийшла в голову думка: чи не можна прищепити коров'ячу віспу людині, з тим щоб захистити його від захворювання людською віспою? Після довгих вагань він зважився на дуже небезпечний експеримент. У 1798 році він прищепив 8-річному хлопчику Джеймсу Фипси коров'ячу віспу. З тиждень дитина хворіла коров'ячою віспою в легкій формі, потім одужав. Через півтора місяці Дженнер прищепив хлопчикові людську віспу. Настали тривожні дні. Одужає маленький Джеймс або помре? Результат виявився приголомшливим: хлопчик навіть не захворів. Так була зроблена перша запобіжне щеплення в світі. Проти віспи, яка забрала багато життів, було знайдено дієва зброя. Відкриття Едварда Дженнера стало відкриттям найбільшої важливості. Вся Німеччина протягом багатьох років відзначала день народження Дженнера як національне свято. За наказом імператора першому вакцинированному хлопчикові в Росії було дано ім'я Вакцинов. Запобіжні щеплення від заразних хвороб стали називати вакцинацією від латинського слова vacca - корова, а препарати, використовувані для запобіжних щеплень вакцинами. Щеплення роблять людину стійкою до хвороб. В якості вакцин застосовуються мертві мікроби, ослаблені живі мікроби або ж їхні отрути - токсини, які попередньо знешкоджені. Їх вводять під шкіру, прищеплюють на шкіру або ковтають. Щоб імунітет став стійким, щеплення роблять повторно. Вакцинація захищає від хвороби, проти якої вона зроблена, у період від шести місяців до одного року. Деякі щеплення, наприклад, щеплення проти віспи, зберігають свої захисні властивості протягом 4 - 5 років і довше. Ослаблені мікроби або їх отрути сприяють виникненню в організмі особливих речовин, що руйнують ці мікроби. Вони як солдати на посаді - затримують і вбивають кожен мікроб, що потрапив в організм. Одного разу один європейський інженер поїхав на кілька місяців у відрядження в Індію. Час пролетів непомітно, настала пора збиратися додому. Він упакував у валізу подарунки для рідних, сів у літак. Але вже в повітрі відчув озноб, заболіла голова, у всьому тілі з'явилася незрозуміла тяжкість. Чекаючи таксі в аеропорту рідного міста, він буквально тремтів, хоча погода була тепла. Сім'я дуже зраділа його приїзду, але ця радість була омрачнена поганим самопочуттям прибув з Індії. Він ліг у ліжко, відмовився від їжі, був не в змозі поділитися враженнями від поїздки. До нього прийшли знайомі, але він не зміг навіть піднятися з ліжка. Перепробували всі ліки, які знайшлися будинку, але стан хворого продовжувало погіршуватися. Викликали лікаря. Той страшенно злякався - виявилося, що у пацієнта віспа. Його відразу відвезли в лікарню. Через деякий час захворіла дружина і двоє дітей інженера. Сам він і один з його дітей померли. Лікарям довелося розшукати всіх пасажирів літака, на якому прилетів інженер, таксиста, який відвіз його додому, і знайомих, що приходили його відвідувати. Адже вони могли захворіти самі і поширити цю небезпечну хворобу серед оточуючих. Декільком мільйонам людей провели повторну вакцинацію. Вилікувати від віспи дуже важко. Легше вберегтися від неї. Нещастя не сталося б, зроби інженер перед від'їздом в Індію щеплення від віспи. Уколи злегка неприємні, але не варто звертати уваги на таку дрібницю, як маленька дірочка від голки. Нічого страшного, якщо місце уколу буде трішки хворіти або з'явиться невелика температура. Це скоро пройде. Набагато важливіше те, що запобіжне щеплення перешкодить хвороби, завдяки їй ти станеш здоровіше і сильніше. Вчені підрахували, що щеплення збільшили середню тривалість людського життя на 10 років, а це велике досягнення.

Вступ Мікробіологія в даний час по праву вважається однією з основних дисциплін біології, оскільки без знання особливостей мікроорганізмів не можна зрозуміти все різноманіття життя на Землі, умов її появи і еволюції. Величезне значення мало дослідження мікроорганізмів для таких наук, як біохімія, молекулярна біологія, генетика, біофізика, екологія.  Велике значення в народному господарстві набуває використання мікроорганізмов, як продуцентів безлічі корисних речовин, як-то: білка, ферментів, антибіотиків, вітамінів. Активно розробляється раціональне використання біохімічної активності мікроорганізмів для підвищення родючості грунтів, видобутку корисних копалин, використання енергетичних ресурсів та очищення навколишнього середовища від багатьох забруднюючих речовин [2, 25 c.].  Разом з тим залишається необхідність знаходити ефективні способи боротьби з деякими мікроорганізмами, що викликають захворювання людини, тварин і рослин, а також псування промислових виробів і небажанi зміни навколишнього середовища.  Життя мікроорганізмів знаходиться в тісній залежності від умов навколишнього середовища [6, 121 c.]. Як на рослини, макроорганізми, так і на мікросвіт істотний вплив роблять різні фактори зовнішнього середовища. Їх можна розділити на три групи: хімічні, фізичні і біологічні. Вивчення залежностi мiж конкретними умовами середовища та життєдiяльностi клiтин дає змогу регулювати рiст, розвиток та обмiн речовин [5, 43 c.]. Шляхом пiдтримування необхiдних умов культивування можна керувати напрямом ферментативних процесiв, вирощувати бiомасу з заданними властивостями.  Роздiл 1 Загальна характеристика мікроорганізмiв Мікрооганізмамі прийнято називати найдрібніші живі істоти, розміри яких менше або трохи перевищують роздільну здатність людського ока (0,2 мм). Число відомих мікроорганізмів складає багато тисяч, причому відкриваються все нові види. Більшість мікроорганізмів на відміну від макроорганізмів одноклітинні, а наявні багатоклітинні форми порівняно мало диференційовані. На підставі особливостей організації клітин, перш за все генетичного апарату, вони підрозділяються на еукаріотів та прокаріотів. До еукаріотних мікроорганізмів відносяться багато водоростeй, грибiв та найпростішиx [4, 152 c.]. Мікроорганізмам належить важлива роль в природних процесах, а також у практичній діяльності людини. Завдяки невеликим розмірам мікроорганізми легко переміщуються з струмами повітря, по воді і іншими способами, тому вони швидко поширюються і зустрічаються в найрізноманітніших місцях, включаючи і ті, де інші форми життя іноді відсутні [5, 93 c.]. Характеризують мікроорганізми здатність до швидкого розмноження і різноманітність фізіологічних і біохімічних властивостей. В результаті деякі з них можуть рости в так званих екстремальних умовах, які для більшості інших мікроорганізмів несприятливі або взагалі не підтримують зростання. Поряд з мезофілами, оптимальна температура для росту яких складає 25-30̊С, серед мікроорганізмів є так звані псіхрофіли, деякі з яких можуть розвиватися при температурі, близької до нуля. Такі мікроорганізми поширені в морях і океанах, в печерах, але виявляються і в інших місцях, у тому числі в холодильних установках. Відомі також термофільні мікроорганізми, зростання яких спостерігається при 60-80̊С і навіть вище (90-110). Такі екстремальні термофіли виявлені, наприклад, серед бактерій, що зустрічаються в геотермальних джерелах. Залежно від ставлення мікроорганізмів до молекулярного кисню їх прийнято ділити на облігатні аероби, факультативні анаероби, аеротолерантнi анаероби і облігатні анаероби. Більшість мікроорганізмів, як і макроорганізми, є облігатними аеробами (для росту їм необхідний молекулярний кисень).  Поряд з цим є мікроорганізми, які хоч і потребують наявності О2, але можуть рости або краще ростуть при низькому його утриманні (2-10%). Такі мікроорганізми називають мікроаерофілами, а умови в яких вони ростуть, мікроаеробними. Факультативні анаероби ростуть як в присутності, так і у відсутності О2. Але в залежності від умов зростання відбуваються зміни в їх метаболізмі, перш за все в енергетичних процесах. Як правило, за наявності молекулярного кисню такі мікроорганізми перемикаються на окислення субстрату за участю О2, тобто на аеробне дихання, оскільки воно більш вигідно, ніж отримання енергії в результаті анаеробних процесів. Наочним прикладом можуть служити деякі дріжджі, здатні здійснювати в анаеробних умовах спиртове бродіння, а в аеробних повністю окислюється в процесі дихання цукру з утворенням вуглекислоти та води. Досить багато факультативних анаеробів і серед бактерій. Це Escherichia, деякі представники роду Bacillus, Paracoccus deicans і ряд інших [4, 128 c.]. До аеротолерантниx анаеробів належать багато молочнокислиx бактерій, якi здатні рости в присутності молекулярного кисню, але при цьому їх метаболізм залишається таким же, як і в анаеробних умовах. І в тому, і в іншому випадку вони здійснюють бродіння. Облігатні анаероби не тільки не потребують для зростання в наявності молекулярного кисню, а й для багатьох видів він токсичний навіть в мізерно малої концентрації.  До числа строгих анаеробів відносяться метаноб.  Розділ 2 Температурні межі існування мікроорганізмів Температура - найважливіший фактор, що впливає на зрiст процесiв, що протікають у мікроорганiзмax. Від температури в значній мірі залежать кисневий режим, інтенсивність окислювально-відновлювальних процесів, активність мікрофлори і т.д. Особливо значний вплив на рiст, розвиток та бiохiмiчну дiяльнiсть мiкроорганiзмiв мають температура та окисно-вiдновнi умови середовища, вiд яких також залежить iнтенсивнiсть бiосинтетичної дiяльностi органiзму. Однiєю з важливих умов регулювання росту мiкроорганiзмiв є температура середовища. Впливаючи на швидкiсть розмноження, температура впливає на швидкiсть бioсентетичних процесiв у клiтинах.  Життєдіяльність кожного мікроорганізму обмежена визначеними температурними границями. Цю температурну залежність звичайно виражають трьома крапками: мінімальна (min) температура — нижче якої розмноження припиняється, оптимальна (opt) температура — найкраща температура для росту і розвитку мікроорганізмів і максимальна (max) температура — температура, при якій ріст чи кліток сповільнюється, чи припиняється зовсім. Вперше в історії науки Пастером були розроблені методи знищення мікроорганізмів при впливі на них високих температур. Оптимальна температура звичайно прирівнюється до температури навколишнього середовища.[3, 136 c.] Мікроорганізми не регулюють температуру свого тіла, а тому існування їх визначається температурою оточуючого середовища. Розрізняють три основні температурні зони, які мають вирішальне значення для розвитку бактерій: мінімум, оптимум і максимум. Найменша температура, при якій можуть розвиватися дані мікроби, називається мінімальною. Найвища температура, при якій ці самі організми ще можуть жити, називається максимальною. Між двома крайніми точками є температура, при якій прокаріоти розвиваються найкраще. Така температура дістала назву оптимальної. Кардинальні температурні точки для деяких мікроорганізмів хоча і є характерними для кожного виду мікроба, але вони можуть змінюватися під впливом інших чинників зовнішнього середовища [1, 163 c.]. Усі мікроорганізми стосовно температури умовно можна розділити на 3 групи:  Перша група: психрофіли — це холодолюбиві мікроорганізми, ростуть при низьких температурах: min t — 0°С, opt t — від 10—20°С, max t — до 40°С. До таких мікроорганізмів відносяться мешканці північних морів і водойм. До дії низьких температур багато мікроорганізмів дуже стійкі. Наприклад, холерний вібріон довго може зберігатися в льоді, не втративши при цьому своїй життєздатності. Деякі мікроорганізми витримують температуру до -190°С, а суперечки бактерій можуть витримувати до -250°С. Дія низьких температур припиняє гнильні і бродильні процеси, тому в побуті ми користаємося холодильниками. При низьких температурах мікроорганізми впадають у стан анабіозу, при якому сповільнюються всі процеси життєдіяльності, що протікають у клітці.  До другої групи відносяться мезофіли — це найбільш велика група бактерій, у которую входять сапрофіти і майже всі патогенні мікроорганізми, тому що opt температура для них 37°С (температура тіла), min t = 10°С, maxt = 45°C. До мезофілiв відноситься переважна більшість, як сапрофітних, так і патогенних бактерій [2, 173 c.]. Серед бактерій - мешканці глибин океанів зустрiчаються сапрофітні бактерії - псіхрофіли, які розмножуються при температурі нижче 20°С. Термофільні мікроорганізми, що заселяють, наприклад, води гарячих джерел, здатні розмножуватися при температурі вище 70°С.  Бактерії-мезофіли у вегетативному стані чутливі до підвищення температури до 50-55°С. При цьому відбувається денатурація ферментних білків бактеріальної клітини, що веде до загибелі організму. Спороутворюючі бактерії - бацили - більш стійкі до підвищення температури, багато з них здатні витримувати протягом декількох годин нагрівання до 100-110°C. Однак, чутливість до підвищеної температури коливається у бактерій в залежності від умов культивування, складу живильного середовища, тривалості експозиції температурного впливу та інших факторів [5, 103 c.]. При температурі нижче оптимальної на 5-10°С бактерії не гинуть, проте, їх розмноження затримується у зв'язку з гальмуванням обміну речовин. Для збереження вегетативних форм бактерій при зниженій температурі застосовують речовини з високою в'язкістю, які охороняють цитоплазму бактеріальної клітини від руйнування кристалами льоду. Такі речовини називають кріопротектори. До них відносяться желатин, розчин альбуміну, гліцерин, 40% розчин сахарози. Кріопротектори використовують для тривалого зберігання культур бактерій при мінусових температурах, а також при ліофільномy висушуванні мікроорганізмів. Ліофільнe висушування передбачає перехід речовини із замороженого стану в сухе, минаючи рідку фазу. Це досягається при нагріванні заморожених культур бактерій в умовах вакууму і використовується при приготуванні імунобіологічних препаратів.  До третьої групи відносяться термофіли — теплолюбні бактерії, розвиваються при t вище 55°С, min t для них = 30°С, max t = 70—76°С. Ці мікроорганізми живуть у гарячих джерелах. Серед термофілів зустрічається багато спорових форм. Суперечки бактерій набагато стійкіше до високих температур, чим вегетативні форми бактерій. Наприклад, суперечки бацил сибірської виразки витримують кип'ятіння протягом 10—20 с. Усі мікроорганізми, включаючи і спорові, гинуть при температурі 165—170°С в плин години. Дія високих температур на мікроорганізми покладено в основу стерилізації [2, 302 c.].  Одним з найважливіших факторів, що визначають ріст і розвиток термофільних мікроорганізмів, є швидкість надходження кисню і його концентрація в культуральной середовищі. Ступінь обмеження зростання аеробних організмів при нестачі кисню залежить від температури вирощування. Розчинність кисню у воді збільшується з пониженням температури, тому зростання мікроорганізмів при більш низьких температурах не обмежується вмістом кисню в такій мірі, як у випадку інкубації при високих температурах. Цим і пояснюється той факт, що загальний урожай організмів, вирощених при низьких температурах, часто виявляється вище, ніж врожай мікроорганізмів, вирощених при більш високих температурах, хоча швидкість зростання в останньому випадку може бути більше.