Mikrobiologie - Microbiology
Mikrobiologie (z řecký μῑκρος, mīkros„malý“; βίος, bios, "život "; a -λογία, -logia ) je studie o mikroorganismy, ty bytosti jednobuněčný (jediná buňka), mnohobuňečný (buněčná kolonie), nebo acelulární (chybí buňky).[1][2] Mikrobiologie zahrnuje řadu dílčích oborů včetně virologie, bakteriologie, protistologie, mykologie, imunologie a parazitologie.
Eukaryotický mikroorganismy jsou vázány na membránu organely a zahrnout houby a protistů, zatímco prokaryotický organismy - z nichž všechny jsou mikroorganismy - jsou obvykle klasifikovány jako postrádající organely vázané na membránu a zahrnují Bakterie a Archaea.[3][4] Mikrobiologové tradičně se spoléhal na kulturu, barvení a mikroskopie. Méně než 1% mikroorganismů přítomných v běžných prostředích lze však kultivovat izolovaně pomocí současných prostředků.[5] Mikrobiologové se často spoléhají molekulární biologie nástroje, jako je identifikace založená na sekvenci DNA, například 16S rRNA genová sekvence použitá pro identifikaci bakterií.
Viry byly variabilně klasifikovány jako organismy,[6] protože byly považovány buď za velmi jednoduché mikroorganismy, nebo za velmi složité molekuly. Priony virologové, kteří nikdy nebyli považováni za mikroorganismy, byli zkoumány, protože klinické účinky, které k nim lze vysledovat, byly původně předpokládány kvůli chronickým virovým infekcím a virologové provedli hledání - objevili „infekční proteiny“.
Existence mikroorganismů byla předpovězena mnoho století před jejich prvním pozorováním, například Jainy v Indii a Marcus Terentius Varro ve starém Římě. První zaznamenané mikroskopické pozorování se týkalo plodnic plísní Robert Hooke v roce 1666, ale jezuitský kněz Athanasius Kircher byl pravděpodobně první, kdo viděl mikroby, které zmínil pozorováním v mléce a hnilobném materiálu v roce 1658. Antonie van Leeuwenhoek je považován za otec mikrobiologie jak pozoroval a experimentoval mikroskopické organismy v 70. letech 16. století pomocí jednoduchých mikroskopy jeho vlastního návrhu. Vědecká mikrobiologie vyvinutá v 19. století prostřednictvím práce Louis Pasteur a v lékařské mikrobiologii Robert Koch.
Dějiny
Existence mikroorganismů byla předpokládána po mnoho staletí před jejich skutečným objevem. Existenci neviditelného mikrobiologického života předpokládal Džinismus který je založen na Mahavira Učení již v 6. století př. N. L.[7] Paul Dundas poznamenává, že Mahavira tvrdil o existenci neviditelných mikrobiologických tvorů žijících na Zemi, ve vodě, ve vzduchu a v ohni.[8] Jain písma popsat nigodas což jsou sub-mikroskopická stvoření, která žijí ve velkých klastrech a mají velmi krátký život, prý prostupují každou část vesmíru, dokonce i v tkáních rostlin a masa zvířat.[9] The římský Marcus Terentius Varro zmínil se o mikrobech, když varoval před umístěním usedlosti v blízkosti bažin „protože se zde chovají určitá nepatrná stvoření, která nemohou být viditelná očima, která se vznášejí ve vzduchu a vstupují do těla ústy a nosem, a tím způsobují vážné nemoci. “[10]
Ve zlatém věku islámské civilizace perští vědci předpokládali existenci mikroorganismů, jako např Avicenna ve své knize Kánon medicíny, Ibn Zuhr (také známý jako Avenzoar), který objevil svrab roztoči a Al-Razi kdo poskytl nejdříve známý popis neštovice ve své knize Cnostný život (al-Hawi).[11]
V roce 1546 Girolamo Fracastoro to nenavrhoval epidemický nemoci byly způsobeny přenosnými entitami podobnými semenům, které by mohly přenášet infekci přímým nebo nepřímým kontaktem nebo přenosem vozidla.[12]
V roce 1676 Antonie van Leeuwenhoek, který žil většinu svého života v Delft, Holland, poznamenal bakterie a další mikroorganismy používající a mikroskop s jedním objektivem vlastní konstrukce.[19][2] Je považován za otec mikrobiologie když propagoval použití jednoduchých jednookých čoček mikroskopy jeho vlastního návrhu.[19] Zatímco Van Leeuwenhoek je často uváděn jako první, kdo pozoroval mikroby, Robert Hooke provedl své první zaznamenané mikroskopické pozorování plodnic formy, v roce 1665.[20] Předpokládá se však, že zavolal jezuitský kněz Athanasius Kircher byl první, kdo pozoroval mikroorganismy.[21]
Kircher byl mezi prvními, kdo navrhoval magické lucerny pro projekční účely, takže musel být dobře obeznámen s vlastnostmi čoček.[21] V roce 1646 napsal „Co se týče úžasné struktury věcí v přírodě, zkoumané mikroskopem“, a uvedl: „kdo by věřil, že ocet a mléko oplývají nesčetným množstvím červů.“ Poznamenal také, že hnilobný materiál je plný nesčetných plazivých zvířecích molekul. Publikoval své Scrutinium Pestis (Vyšetření moru) v roce 1658 a správně uvedl, že nemoc byla způsobena mikroby, ačkoli to, co viděl, byly s největší pravděpodobností červené nebo bílé krvinky, spíše než samotný morový agent.[21]
Zrození bakteriologie
Pole bakteriologie (později subdisciplína mikrobiologie) byla založena v 19. století Ferdinand Cohn, botanik, jehož studie na řasy a fotosyntetizující bakterie ho vedlo k popisu několika bakterií včetně Bacil a Beggiatoa. Cohn byl také první, kdo vytvořil schéma pro taxonomická klasifikace bakterií a objevovat endospory.[22] Louis Pasteur a Robert Koch byli současníci Cohna a jsou často považováni za otce moderní mikrobiologie[21] a lékařská mikrobiologie, resp.[23] Pasteur je nejznámější svou sérií experimentů, které mají vyvrátit tehdy široce držené teorie spontánní generace, čímž upevňuje identitu mikrobiologie jako biologické vědy.[24] Jeden z jeho studentů, Adrien Certes, je považován za zakladatele mořské mikrobiologie.[25] Pasteur také navrhl metody pro konzervace potravin (pasterizace ) a vakcíny proti několika chorobám, jako je antrax, drůbeží cholera a vzteklina.[2] Koch je nejlépe známý svými příspěvky k teorie chorobných zárodků, což dokazuje, že specifická onemocnění byla způsobena specifickými patogenními mikroorganismy. Vypracoval řadu kritérií, která se stala známou jako Kochovy postuláty. Koch byl jedním z prvních vědci zaměřit se na izolaci bakterie v čistá kultura což má za následek jeho popis několika nových bakterií včetně Mycobacterium tuberculosis, původce tuberkulóza.[2]
Zatímco Pasteur a Koch jsou často považováni za zakladatele mikrobiologie, jejich práce přesně neodráží skutečnou rozmanitost mikrobiálního světa kvůli jejich výlučnému zaměření na mikroorganismy, které mají přímý lékařský význam. To nebylo až do konce 19. století a práce Martinus Beijerinck a Sergej Winogradský že byla odhalena skutečná šíře mikrobiologie.[2] Beijerinck přispěl k mikrobiologii dvěma hlavními příspěvky: objevem viry a rozvoj kultura obohacování techniky.[26] Zatímco jeho práce na internetu virus tabákové mozaiky stanovil základní principy virologie, byl to jeho vývoj kultivace obohacování, který měl bezprostřední dopad na mikrobiologii tím, že umožnil kultivaci široké škály mikrobů s divoce odlišnými fyziologiemi. Winogradsky byl první, kdo vyvinul koncept chemolithotrophy a tím odhalit zásadní roli mikroorganismů v geochemických procesech.[27] Byl zodpovědný za první izolaci a popis obou nitrifikační a bakterie fixující dusík.[2] Francouzsko-kanadský mikrobiolog Felix d'Herelle spoluobjevený bakteriofágy v roce 1917 a byl jedním z prvních aplikovaných mikrobiologů.[28]
Joseph Lister byl první, kdo použil fenol dezinfekční prostředek na otevřené rány pacientů.[29]
Pobočky
The odvětví mikrobiologie lze rozdělit na aplikované vědy nebo rozdělit podle taxonomie, jak je tomu v případě bakteriologie, mykologie, protozoologie, virologie a fykologie. Mezi jednotlivými odvětvími mikrobiologie existuje značné překrývání mezi sebou navzájem a s jinými obory a určité aspekty těchto odvětví mohou přesahovat tradiční rozsah mikrobiologie[30][31] Čistý výzkumný obor mikrobiologie se nazývá buněčná mikrobiologie.
Aplikace
Zatímco někteří strach z mikrobů vzhledem k asociaci některých mikrobů s různými lidskými chorobami je mnoho mikrobů také zodpovědných za řadu prospěšných procesů, jako jsou průmyslové kvašení (např. výroba alkohol, ocet a mléčné výrobky ), antibiotikum produkce a působí jako molekulární nosiče pro přenos DNA do složitých organismů, jako jsou rostliny a zvířata. Vědci také využili své znalosti mikrobů k výrobě biotechnologicky důležitých látek enzymy jako Taq polymeráza,[32] reportérské geny pro použití v jiných genetických systémech a nových technikách molekulární biologie, jako je kvasnicový dvouhybridní systém.[Citace je zapotřebí ]
Bakterie lze použít k průmyslové výrobě aminokyseliny. Corynebacterium glutamicum je jedním z nejdůležitějších bakteriálních druhů s roční produkcí více než dvou milionů tun aminokyselin, zejména L-glutamátu a L-lysinu.[33] Jelikož některé bakterie mají schopnost syntetizovat antibiotika, používají se k léčebným účelům, například Streptomyces dělat aminoglykosidová antibiotika.[34]
Různé biopolymery, jako polysacharidy, polyestery, a polyamidy, jsou produkovány mikroorganismy. Mikroorganismy se používají pro biotechnologickou výrobu biopolymerů s vlastnostmi na míru vhodnými pro vysoce hodnotné lékařské aplikace, jako jsou tkáňové inženýrství a dodávka léků. Mikroorganismy se například používají pro biosyntézu xanthan, alginát, celulóza, kyanofycin, poly (kyselina gama-glutamová), levan, kyselina hyaluronová, organické kyseliny, oligosacharidy polysacharid a polyhydroxyalkanoáty.[35]
Mikroorganismy jsou prospěšné pro mikrobiální biodegradace nebo bioremediace domácích, zemědělských a průmyslových odpadů a podpovrchových znečištění v půdách, sedimentech a mořském prostředí. Schopnost každého mikroorganismu degradovat toxický odpad záleží na povaze každého z nich kontaminant. Protože stránky obvykle mají více typů znečišťujících látek, je to nejefektivnější přístup mikrobiální biodegradace je použít směs bakteriálních a houbových druhů a kmenů, každý specifický pro biodegradace jednoho nebo více druhů kontaminantů.[36]
Symbiotický mikrobiální společenství přinášejí výhody zdraví jejich lidských a zvířecích hostitelů, včetně podpory trávení, produkce prospěšných vitamínů a aminokyselin a potlačení patogenních mikrobů. Některé výhody mohou být získány konzumací fermentovaných potravin, probiotika (bakterie potenciálně prospěšné pro trávicí systém) nebo prebiotika (látky konzumované k podpoře růstu probiotických mikroorganismů).[37][38] Způsoby, kterými mikrobiom ovlivňuje zdraví lidí a zvířat, jakož i metody ovlivňování mikrobiomu jsou aktivními oblastmi výzkumu.[39]
Výzkum naznačuje, že mikroorganismy by mohly být užitečné při léčbě rakovina. Různé kmeny nepatogenní klostridie může infiltrovat a replikovat se do solidních nádorů. Klostridiální vektory lze bezpečně podávat a jejich potenciál dodávat terapeutické proteiny byl prokázán v různých preklinických modelech.[40]
Viz také
- Profesní organizace
- Americká společnost pro mikrobiologii
- Federace evropských mikrobiologických společností
- Společnost pro aplikovanou mikrobiologii
- Společnost pro obecnou mikrobiologii
- Časopisy
Reference
- ^ "Mikrobiologie - nejnovější výzkumy a zprávy | Příroda". www.nature.com. Citováno 2020-02-01.
- ^ A b C d E F Madigan M, Martinko J (redaktoři) (2006). Brockova biologie mikroorganismů (13. vydání). Pearson Education. p. 1096. ISBN 978-0-321-73551-5.CS1 maint: další text: seznam autorů (odkaz)
- ^ Whitman, Whilliam B (2015). Whitman, William B; Rainey, Fred; Kämpfer, Peter; Trujillo, Martha; Chun, Jonsik; Devos, Paul; Hedlund, Brian; Dedysh, Svetlana (eds.). Bergey's Manual of Systematics of Archaea and Bacteria. John Wiley and Sons. CiteSeerX 10.1.1.737.4970. doi:10.1002/9781118960608. ISBN 9781118960608.
- ^ Pace, Norman R. (2006). "Čas na změnu". Příroda. 441 (7091): 289. Bibcode:2006 Natur.441..289P. doi:10.1038 / 441289a. ISSN 0028-0836. PMID 16710401. S2CID 4431143.
- ^ Nitesh RA, Ludwig W, Schleifer KH (2011). "Fylogenetická identifikace a detekce in situ jednotlivých mikrobiálních buněk bez kultivace". Mikrobiologické recenze. 59 (1): 143–169. PMC 239358. PMID 7535888.
- ^ Rice G (2007-03-27). „Jsou viry naživu?“. Citováno 2007-07-23.
- ^ Mahavira je datována rokem 599 př. N. L. - 527 př. N. L. Vidět Dundas, Paul; John Hinnels vyd. (2002). Jain. London: Routledge. ISBN 978-0-415-26606-2.CS1 maint: další text: seznam autorů (odkaz) p. 24
- ^ Dundas, Paul (2002), str. 88
- ^ Jaini, Padmanabh (1998). Cesta očištění Jaina. Nové Dillí: Motilal Banarsidass. p. 109. ISBN 978-81-208-1578-0.
- ^ Marcus Terentius Varro. Varro pro zemědělství 1, xii Loeb.
- ^ "فى الحضارة الإسلامية - ديوان العرب" [Mikrobiologie v islámu]. Diwanalarab.com (v arabštině). Citováno 14. dubna 2017.
- ^ Fracastoro, Girolamo (1546), De Contagione et Contagiosis Morbis překlad Wilmer Cave Wright (1930). New York: G.P. Putnam
- ^ Dobell, Clifford (1932). Antony van Leeuwenhoek a jeho „malá zvířata“: představa otce protozoologie a bakteriologie a jeho rozmanitých objevů v těchto oborech (Dover Publications vyd.). New York: Harcourt, Brace and Company.
- ^ Corliss, John O (1975). „Tři století protozoologie: krátká pocta jejímu otci zakladateli A. van Leeuwenhoekovi z Delftu“. The Journal of Protozoology. 22 (1): 3–7. doi:10.1111 / j.1550-7408.1975.tb00934.x. PMID 1090737.
- ^ Ford, Brian J. (1992). „Od diletanta po pilného experimentátora: přehodnocení Leeuwenhoka jako mikroskopa a vyšetřovatele“. Historie biologie. 5 (3).
- ^ Toledo-Pereyra, Luis H .: Podivná malá zvířata Antony van Leeuwenhoeka - Chirurgická revoluce, v Chirurgické revoluce: Historický a filozofický pohled. (World Scientific Publishing, 2008, ISBN 978-9814329620)
- ^ Chung, King-thom; Liu, Jong-kang: Průkopníci v mikrobiologii: Lidská stránka vědy. (World Scientific Publishing, 2017, ISBN 978-9813202948). „Můžeme spravedlivě nazvat Leeuwenhoka„ prvním mikrobiologem “, protože to byl vlastně první jedinec kultura, vidět a popsat velké množství mikrobiální život. Ve skutečnosti měřil množení brouků. Úžasnější je, že zveřejnil své objevy. “
- ^ Bennett, J.W. (1996). Martinus Willem Beijerinck: holandský otec průmyslové mikrobiologie. (Novinky SIM 46(2):69–72)
- ^ A b Lane, Nicku (6. března 2015). „The Unseen World: Reflections on Leeuwenhoek (1677) 'Concerning Little Animal'". Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 370 (1666): 20140344. doi:10.1098 / rstb.2014.0344. PMC 4360124. PMID 25750239.
- ^ Gest H (2005). „Pozoruhodná vize Roberta Hookea (1635–1703): prvního pozorovatele mikrobiálního světa“. Perspect. Biol. Med. 48 (2): 266–72. doi:10.1353 / pbm.2005.0053. PMID 15834198. S2CID 23998841.
- ^ A b C d Wainwright, Milton (2003). Alternativní pohled na rané dějiny mikrobiologie. Pokroky v aplikované mikrobiologii. 52. 333–55. doi:10.1016 / S0065-2164 (03) 01013-X. ISBN 978-0-12-002654-8. PMID 12964250.
- ^ Drews, G. (1999). „Ferdinand Cohn, mezi zakladatelem mikrobiologie“. Novinky ASM. 65 (8): 547.
- ^ Ryan, K.J .; Ray, C.G., eds. (2004). Sherris Medical Microbiology (4. vydání). McGraw Hill. ISBN 978-0-8385-8529-0.
- ^ Bordenave, G. (2003). „Louis Pasteur (1822-1895)“. Mikroby jsou infikovány. 5 (6): 553–60. doi:10.1016 / S1286-4579 (03) 00075-3. PMID 12758285.
- ^ Adler, Antony; Dücker, Erik (05.04.2017). „When Pasteurian Science Went to Sea: The Birth of Marine Microbiology“. Journal of the History of Biology. 51 (1): 107–133. doi:10.1007 / s10739-017-9477-8. PMID 28382585. S2CID 22211340.
- ^ Johnson, J. (2001) [1998]. „Martinus Willem Beijerinck“. APSnet. Americká fytopatologická společnost. Archivovány od originál dne 2010-06-20. Citováno 2. května 2010. Citováno z Internet Archive 12. ledna 2014.
- ^ Paustian T, Roberts G (2009). „Beijerinck a Winogradsky iniciují oblast environmentální mikrobiologie“. Prostřednictvím mikroskopu: Pohled na všechny malé věci (3. vyd.). Konsorcia učebnic. § 1–14.
- ^ Keen, E.C. (2012). „Felix d'Herelle a naše mikrobiální budoucnost“. Budoucí mikrobiologie. 7 (12): 1337–1339. doi:10,2217 / fmb.12,115. PMID 23231482.
- ^ Lister, Joseph (01.08.2010). „Klasika: O antiseptickém principu v praxi chirurgie“. Klinická ortopedie a související výzkum. 468 (8): 2012–2016. doi:10.1007 / s11999-010-1320-x. PMC 2895849. PMID 20361283.
- ^ „Větve mikrobiologie“. Obecná MicroScience. 2017-01-13. Citováno 2017-12-10.
- ^ Brockova biologie mikroorganismů (14. vydání). ISBN 978-0321897398.
- ^ Gelfand, David H. (1989). "Taq DNA polymeráza". V Erlich, Henry A. (ed.). Technologie PCR. Technologie PCR: Principy a aplikace pro amplifikaci DNA. Palgrave Macmillan UK. str. 17–22. doi:10.1007/978-1-349-20235-5_2. ISBN 978-1-349-20235-5.
- ^ Burkovski A (editor). (2008). Corynebacteria: Genomics and Molecular Biology. Caister Academic Press. ISBN 978-1-904455-30-1. Citováno 2016-03-25.
- ^ Fourmy, Dominique; Recht, Michael I .; Blanchard, Scott C; Puglisi, Joseph D. (1996). "Struktura A místa Escherichia coli 16S ribozomální RNA v komplexu s aminoglykosidovým antibiotikem" (PDF). Věda. 274 (5291): 1367–1371. Bibcode:1996Sci ... 274.1367F. doi:10.1126 / science.274.5291.1367. PMID 8910275. S2CID 21602792. Citováno 2016-04-05.
- ^ Rehm BHA (editor). (2008). Mikrobiální produkce biopolymerů a prekurzorů polymerů: Aplikace a perspektivy. Caister Academic Press. ISBN 978-1-904455-36-3. Citováno 2016-03-25.
- ^ Diaz E (editor). (2008). Mikrobiální biodegradace: Genomika a molekulární biologie (1. vyd.). Caister Academic Press. ISBN 978-1-904455-17-2. Citováno 2016-03-25.
- ^ MacFarlane, GT; Cummings, JH (1999). „Probiotika a prebiotika: Může regulace činnosti střevních bakterií prospět zdraví?“. BMJ: British Medical Journal. 318 (7189): 999–1003. doi:10.1136 / bmj.318.7189.999. PMC 1115424. PMID 10195977.
- ^ Tannock GW, ed. (2005). Probiotika a prebiotika: vědecké aspekty. Caister Academic Press. ISBN 978-1-904455-01-1. Citováno 2016-03-25.
- ^ Wenner, Melinda (30. listopadu 2007). „Lidé přenášejí více bakteriálních buněk než lidské“. Scientific American. Citováno 14. dubna 2017.
- ^ Mengesha; et al. (2009). „Clostridia v protinádorové terapii“. Clostridia: Molekulární biologie v postgenomické éře. Caister Academic Press. ISBN 978-1-904455-38-7.
Další čtení
- Kreft, J.-U .; Plugge, C. M .; Grimm, V .; Prats, C .; Leveau, J. H. J. «Mocný malý: Pozorování a modelování jednotlivých mikrobů se stává velkou vědou » Sborník Národní akademie věd, 110, 45, 05-11-2013, pàg. 18027–18028. DOI: 10.1073 / pnas.1317472110. ISSN: 0027-8424. PMC: PMC3831448. PMID: 24194530.
- Madigan M. T., Martinko J. M., Dunlap P-V., Clark D.P. 2009. Brock. Biología de los microorganismos. Pearson Educación, Madrid, s. 1296
externí odkazy
Prostředky knihovny o Mikrobiologie |
- Média související s Mikrobiologie na Wikimedia Commons
- nature.com Nejnovější výzkumy, recenze a novinky z mikrobiologie
- Microbes.info je mikrobiologický informační portál obsahující rozsáhlou sbírku zdrojů, včetně článků, zpráv, často kladených otázek a odkazů týkajících se oblasti mikrobiologie.
- Mikrobiologie na V naší době na BBC
- Imunologie, bakteriologie, virologie, parazitologie, mykologie a infekční choroby
- Výroční přehled mikrobiologie