Микробиология — наука, изучающая строение, жизнедеятельность и экологию микроорганизмов (мельчайших форм жизни растительного или животного происхождения, не видимых невооруженным глазом). Микробиология изучает всех представителей микромира. По своей сути микробиология — фундаментальная биологическая наука. Для изучения микроорганизмов она использует методы других наук, прежде всего физики, биологии, биоорганической химии, молекулярной биологии, генетики, цитологии, иммунологии. Как и всякую науку, микробиологию подразделяют на общую и частную. Общая микробиология изучает закономерности строения и жизнедеятельности микроорганизмов на всех уровнях — молекулярном, клеточном, популяционном, а также генетику и взаимоотношения микроорганизмов с окружающей средой. Предметы изучения частной микробиологии — отдельные представители микромира в зависимости от проявления и влияния их на окружающую среду, живую природу, в том числе человека. К частным разделам микробиологии относят медицинскую, ветеринарную, сельскохозяйственную, техническую, морскую, фармацевтическую, космическую микробиологию.
Многочисленные открытия в области микробиологии, изучение взаимоотношений между макро- и микроорганизмами во второй половине XIX в. способствовали началу бурного развития иммунологии. Современная медицинская микробиология и иммунология достигли больших успехов и играют огромную роль в диагностике, профилактике и лечении инфекционных и многих неинфекционных болезней, связанных с нарушениями иммунной системы (онкологических и аутоиммунных болезней, трансплантации органов и тканей и др.).
Микробиология — важнейшая дисциплина, обеспечивающая диагностику инфекционных и многих неинфекционных болезней. Этим целям служат основные методы микробиологического исследования.
- Микроскопический метод — изучение морфологии микробов с использованием специальной микроскопической техники.
- Культуральный метод — получение чистых культур микробов и изучение их биологических свойств, позволяющее провести идентификацию, то есть определение вида микроба.
- Серологический метод — выявление антител к возбудителям в биологических жидкостях организма больного (чаще — в сыворотке крови, от лат. serum — сыворотка) как формы иммунного реагирования организма человека на микробного возбудителя.
- Аллергический метод — оценка аллергических феноменов, возникающих в организме человека (на коже, слизистых оболочках или в крови) под действием компонентов или цельных клеток микроба-возбудителя.
- Биологический метод — моделирование инфекционных процессов на лабораторных животных или куриных эмбрионах.
- Хемотаксономический метод — изучение микробов по продуктам их жизнедеятельности непосредственно в организме человека (без предварительного культивирования на питательных средах, например при использовании газовой и газово-жидкостной хроматографии, масс-спектрометрии).
- Молекулярно-биологический метод — изучение состава микробных нуклеиновых кислот с помощью полимеразной цепной реакции, секвенирования и гибридизации дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), метагеномного анализа.
Воздух, которым мы дышим, вода во всех водоемах, почва, которая дает жизнь растительному царству, руда, из которой выплавляют металл, пищевые продукты — практически все вещи вокруг нас и мы сами густо населены микроорганизмами. Они живут в самой глубокой впадине океана и на высочайшей горной вершине на земле, их находят во льдах Арктики и Антарктиды и в горячих подземных источниках. Их обнаружили даже в пробах воздуха, взятых на высоте 85 км. В каждой капле воды их насчитывают миллионы, а в 1 г почвы — от 300–400 млн до 3 млрд. Прошло время, когда со словом «микроб» люди связывали лишь болезни и опустошения, эпидемии, уносившие миллионы жизней. Ныне многие знают, что есть и такие микробы, которые приносят людям пользу и бывают неутомимыми помощниками человека. Полезных микробов больше, чем вредных, об их значении мы и поговорим.
Процессы, в которых принимают участие микроорганизмы, прежде всего, служат определяющими и необходимыми звеньями круговорота таких элементов, как углерод, азот, сера, фосфор, и других биогенных элементов. Без микроорганизмов приостановился бы круговорот веществ в природе и жизнь на Земле стала бы невозможной.
Микроорганизмы первыми поселяются на материнской горной породе и обусловливают почвообразовательные процессы. Микроорганизмы участвуют и в образовании гумуса, определяющего основное свойство почвы — плодородие. Микроорганизмы-редуценты — «санитары» природы. Они осуществляют разложение растительных и животных остатков и превращают их в минеральные вещества. Кроме того, микроорганизмы способны осуществлять деградацию отдельных искусственно синтезированных человеком органических веществ — пестицидов, гербицидов, поверхностно-активных веществ, составляющих упаковочных материалов, нафталина, толуолов и др. Если бы это не происходило, ксенобиотики бесконтрольно накапливались бы в окружающей среде, загрязняя ее. Микроорганизмы принимают активное участие в биологическом самоочищении водоемов, выполняя функцию по обезвреживанию и окислительной переработке поступающих в водоем загрязняющих веществ.
Человек с древних времен интуитивно использовал уникальные особенности микроорганизмов, даже не подозревая об этом. С давних пор процессы брожения применялись при приготовлении теста для хлеба, производстве пива, вина, уксуса, кисломолочных продуктов. Все эти процессы происходят при участии определенных микроорганизмов, которые присутствуют на используемых для брожения субстратах.
Изучение биосинтетической деятельности микроорганизмов позволило установить их способность к синтезу самых разнообразных соединений, имеющих большое народно-хозяйственное значение. В настоящее время с помощью микроорганизмов в промышленных масштабах получают аминокислоты, витамины, ферменты, интерферон, инсулин, гормон роста человека, органические кислоты, этанол, глицерин, ацетон, бутанол, полисахариды, средства защиты растений, антибиотики, стероиды, каротиноиды, рибонуклеотиды, кортизон, преднизолон, гидрокортизон и другие ценные продукты. Достижения микробиологии находят практическое применение в металлургии для извлечения различных металлов из руд. Следует отметить, что еще есть большие возможности, основанные на применении микроорганизмов, для расширения и совершенствования биотехнологических процессов.