Живой покров нашей планеты составляют растения, животные и микроорганизмы. Хотя микроорганизмы являются самыми древними существами в эволюции органического мира, человечество узнало о них только в конце ХУЛ в. Микроорганизмы не составляют однородной в систематическом отношении группы. Название это имеет собирательное значение, оно объединяет все живые существа, имеющие микроскопические размеры и слабую морфологическую дифференцировку.
Термин «микробиология>gt; происходит от греческих слов: micros - малый, bios - жизнь, logos - наука, т.е. наука о жизни малых. К микроорганизмам относятся преимущественно одноклеточные организмы - бактерии, актиномицегы, грибы, водоросли, простейшие и неклеточные - вирусы. Предметом изучения микробиологии служат в основном бактерии, актиномицегы, из грибов - дрожжи, в общем плане организации рассматриваются вирусы. (Грибы, водоросли и простейшие относятся к области специальных дисциплин). Микробиология изучает строение, физиологию, биохимию, генетику и экологию микроорганизмов, их роль и значение в жизни человека и продуктивности биосферы.
Несмотря на то, что микробиология как наука сформировалась значительно позже, чем ботаника и зоология, к настоящему времени она заняла ведущее место среди биологических дисциплин в теоретических и прикладных исследованиях. Своим успешным развитием микробиология обязана в первую очередь достижениям физики и химии, которые не только обогатили ее оригинальными методами исследования, но также позволили расшифровать и интерпретировать некоторые тончайшие особенности обмена веществ у микроорганизмов. Применение электронной микроскопии дало возможность изучить тонкую структуру бактериальной клетки и вирусных частиц, а применение масс-спекгрометрии, ядерно-магнитного и электронного парамагнитного резонанса позволило выяснить такие особенности обмена веществ, которые раньше для исследователей были недоступны. Еще более глубокое влияние на развитие микробиологии оказала современная химия. В распоряжение микробиологии она дала большое число новых аналитических методов, заставила пересмотреть пути и сущность энергетического обмена, химизм биосинтеза ряда веществ. В свою очередь микробиология внесла ценный вклад в генетику, биохимию, молекулярную биологию. Использование микроорганизмов в качестве объектов генетических и биохимических исследований открыло новую эпоху в естествознании.
С достижениями микробиологии связано решение многих теоретических проблем общей биологии и медицины, а также широкое применение микроорганизмов в народном хозяйстве. Так, именно на микроорганизмах впервые была установлена роль ДНК в передаче наследственной информации, доказана сложная структура гена и зависимость мутационных процессов от изменений в структуре ДНК. Микроорганизмы играют существенную роль и в решении таких вопросов молекулярной генетики, как открытие и расшифровка генетического кода, механизмы повреждения и репарация ДНК. Благодаря ряду биологических особенностей они являются весьма удобным объектом для познания жизненно важных процессов, осуществляющихся на клеточном, субклеточном и молекулярном уровнях. С помощью различных мутантов микроорганизмов удалось расшифровать пути биосинтеза многих аминокислот, азотистых оснований, витаминов.
Изучение биосинтетической деятельности микроорганизмов показало их способность (и высокую активность) к синтезу весьма ценных соединений, имеющих большое народнохозяйственное значение.
Успехам микробиологии обязано развитие новых отраслей промышленности, основанных на микробном синтезе сложных веществ, химический способ получения которых либо невозможен, либо очень сложен и дорог. Это прежде всего относится к белкам, липидам, аминокислотам, витаминам, ферментам, гормонам, антибиотикам и другим лекарственным и биологически активным веществам. К настоящему времени уже осуществлено промышленное производство микробного белка из углеводородов нефти. По содержанию аминокислот этот белок более полноценный по сравнению с растительным и синтезируется микроорганизмами
гораздо быстрее, чем высшими организмами. Так, в организме коровы весом 500 кг в течение суток образуется только 0,5 кг белка, в то время как такая же масса дрожжей (500 кг) за это время синтезирует более 50 т белка. Можно ожидать, что при дальнейшей разработке и совершенствовании данного процесса микробный белок будет широко использоваться не только в животноводстве, но и займет ведущее место в питании людей.
Следовательно, проблема получения белка таким способом выдвигает микробиологию на видное место среди биологических наук. С помощью микроорганизмов ведется получение природных аминокислот, ибо химический синтез дает пока ароцемические смеси, нежелательные для применения в пищевых целях. Микроорганизмы являются продуцентами витамина В^, химический синтез которого еще не разработан, и стероидных гормонов.
Преимуществом микробиологического синтеза является то, что он не требует особых условий (высоких температур, давления, вакуума), исходным материалом служит доступное и дешевое природное и техническое сырье, не исключая и промышленные отходы ряда производств (деревообрабатывающего, свекло-сахарного, гидролизно-дрожжевого, нефтеперерабатывающего и др.).
Достижения микробиологии находят практическое применение в металлургии для извлечения различных металлов из руд. Так, уже реализован способ микробиологического выщелачивания меди из сульфидной руды халькопирита. В перспективе - использование микроорганизмов для получения цветных и редких металлов - золота, свинца, лития, германия и др.
Следствием научных достижений микробиологии является эффективное использование микроорганизмов в борьбе с вредителями сельскохозяйственных культур, повышении плодородия почвы, очистке сточных вод и других областей хозяйственной деятельности человека.
Успехи в области микробиологии открыли новые возможности и перспективы в профилактике и лечении многих инфекционных заболеваний, в борьбе с которыми ранее медицина была бессильна. За сравнительно небольшой период почти полностью ликвидированы чума, оспа, холера, малярия,
являющиеся в прошлом бичом всего человечества. В настоящее время внимание микробиологов сосредоточено на важнейшей проблеме современной медицины - проблеме злокачественных опухолей.
Таким образом, микробиология вносит существенный вклад в решение многих естественнонаучных и практических задач, проблем здравоохранения и сельского хозяйства, способствует развитию определенных отраслей промышленности и, надо полагать, разрешит еще ряд важнейших вопросов, стоящих перед человечеством. Имеются большие возможности расширения и совершенствования биотехнологических процессов, основанных на применении микроорганизмов. Решение таких актуальных проблем, как обеспечение человечества продуктами питания, возобновление энергетических ресурсов, охрана окружающей среды так или иначе связано с использованием микроорганизмов.
Ученым предстоит большая работа по выделению и освоению культивирования новых видов микроорганизмов, изучению их биологических свойств и способностей к синтезу физиологически активных веществ, что расширит область их применения в народном хозяйстве, а вместе с тем и круг разрабатываемых научных проблем. Все это содействует созданию и развитию ряда направлений в микробиологической науке. Некоторые из них в силу своей значимости уже выделились из общей микробиологии и оформились в самостоятельные дисциплины с собственными целями, задачами и объектами исследования. Среди них необходимо отметить медицинскую, ветеринарную, техническую, почвенную, геологическую и водную микробиологию, вирусологию, генетику микроорганизмов; приобретает самостоятельность космическая микробиология.
Медицинская микробиология - одна из старейших микробиологических дисциплин - изучает патогенные микроорганизмы, вызывающие заболевания человека, и разрабатывает методы диагностики, профилактики и лечения этих болезней. Она исследует также условия сохранения патогенных микробов во внешней среде, пути и механизмы их распространения, разрабатывает методы борьбы с ними.
Ветеринарная микробиология - изучает возбудителей
заболеваний животных, разрабатывает методы диагностики этих заболеваний, способы профилактики и их лечения.
Техническая (промышленная) микробиология рас* сматривает особенности развития микроорганизмов, используемых для получения различных органических соединений, применяемых в народном хозяйстве, разрабатывает и совершенствует научные методы биосинтеза ферментов, витаминов, аминокислот, антибиотиков и других биологически активных веществ. Перед технической микробиологией стоит также задача разработки мер предохранения продуктов питания, сырья и стройматериалов от порчи микроорганизмами.
Почвенная микробиология изучает роль микроорганизмов в образовании и плодородии почвы, в питании растений; изыскивает методы приготовления бактериальных удобрений.
Геологическая микробиология изучает роль микроорганизмов в образовании и разложении руд, получении из этих руд металлов, образовании полезных ископаемых, круговороте наиболее важных биогенных элементов.
Водная микробиология исследует микроорганизмы водоемов, их роль в пищевых цепях, круговороте веществ, загрязнении и очистке питьевой и сточных вод.
Вирусология изучает вирусы, их структурноморфологические особенности, взаимодействие с клеточными организмами, распространение в природе и положение в органическом мире.
Генетика микроорганизмов - одна из наиболее молодых дисциплин -рассматривает молекулярные основы наследственности и изменчивости микроорганизмов, закономерности процессов и мутагенеза, разрабатывает методы и принципы управления жизнедеятельностью микроорганизмов и получения новых штаммов, полезных для человека.
Идеи и методы, разработанные молекулярной генетикой, микробиологией и молекулярной биологией, составили основу для развития генетической инженерии. Сущность ее заключается в направленном конструировании рекомбинантных молекул ДНК с последующим их введением в живой организм При этом введенная молекула рекомбинантной ДНК становится составной частью генетического аппарата реципиентного организма и придает ему новые несвойственные признаки. Цель генетической инженерии состоит в том, чтобы конструировать такие рекомбинантные ДНК, которые придавали бы реципиентному организму свойства, полезные для человека.
Методами генной инженерии созданы штаммы бактерий, продуцирующие гормоны роста, интерферон, инсулин. На основе сконструированного штамма, продуцента инсулина, налажено промышленное производство человеческого инсулина.
Космическая микробиология занимается изучением влияния космических условий на микроорганизмы (земные), поиском внеземной жизни, т.е. выявлением микроорганизмов в метеоритах и грунтах других планет, изысканием методов стерилизации космических кораблей (в целях исключения возможности заноса микроорганизмов с земной поверхности в космос). Она также разрабатывает проблему использования микроорганизмов в космических кораблях для обеспечения нормальных условий жизни при длительном пребывании человека в космосе.
При всем своем многообразии эти дисциплины базируются на общей микробиологии, изучающей основные закономерности строения, развития и жизнедеятельности микроорганизмов.