Микробиология как наука и её методы¶

Микробиология — раздел биологии, изучающий микроорганизмы: их строение, физиологию, генетику, экологию, эволюцию и взаимодействие с другими организмами. Объектами исследования служат организмы, невидимые невооружённым глазом, — бактерии, археи, микроскопические грибы и водоросли, простейшие, а также неклеточные формы (вирусы, вироиды, прионы). Название происходит от греческих слов μικρός (малый), βίος (жизнь) и λόγος (учение).

¶История

Микроорганизмы были открыты в 1670-х годах Антони ван Левенгуком, использовавшим собственноручно изготовленные однолинзовые микроскопы. До середины XIX века микробиология развивалась преимущественно как описательная дисциплина. Луи Пастер доказал микробную природу брожения и разработал принципы вакцинации, а Роберт Кох сформулировал критерии связи микроорганизма с заболеванием и выделил возбудителей сибирской язвы и туберкулёза. В XX веке сформировались медицинская, промышленная, почвенная и морская микробиология; открытие антибиотиков и расшифровка структуры ДНК превратили её в экспериментальную науку.

¶Разделы

• Бактериология — изучение бактерий.
• Вирусология — изучение вирусов.
• Микология — изучение микроскопических грибов.
• Протистология — изучение простейших.
• Медицинская и ветеринарная микробиология — возбудители инфекций и иммунный ответ.
• Промышленная и пищевая микробиология — брожение, биотехнология, производство антибиотиков и ферментов.
• Экологическая микробиология — роль микробов в круговороте веществ.

¶Методы исследования

¶Микроскопические

Световая микроскопия позволяет наблюдать клетки размером от десятых долей микрометра; для повышения контраста применяют фазово-контрастную, темнопольную и флуоресцентную микроскопию. Электронная микроскопия (трансмиссионная и сканирующая) даёт разрешение до нанометров и используется для изучения вирусов и ультраструктуры клеток.

¶Микробиологические (культуральные)

Посев на питательные среды позволяет выделить чистые культуры, подсчитать число колоний и оценить свойства штамма. Применяются плотные и жидкие среды, методы предельных разведений и глубинного посева. Чистая культура — совокупность клеток одного вида, полученная из изолированной колонии.

¶Физико-химические и молекулярные

• Стерилизация и дезинфекция — автоклавирование, сухой жар, фильтрация, облучение.
• Хроматография и масс-спектрометрия — анализ метаболитов и липидного состава (MALDI-TOF для идентификации бактерий).
• Полимеразная цепная реакция (ПЦР) — обнаружение и амплификация специфических последовательностей ДНК.
• Секвенирование — определение нуклеотидных последовательностей, метагеномика микробных сообществ.
• Серологические методы — реакция агглютинации, иммуноферментный анализ (ИФА).

¶Генетические

Мутагенез, трансформация, конъюгация и трансдукция применяются для изучения наследственности микроорганизмов; CRISPR-Cas служит инструментом направленного редактирования генома.

¶Значение

Микробиология лежит в основе инфекционной медицины, эпидемиологии, вакцинопрофилактики и антимикробной терапии. Она обеспечивает биотехнологическое производство антибиотиков, аминокислот, витаминов, ферментов и топлива. Микроорганизмы участвуют в круговороте азота, углерода и серы, в очистке сточных вод и почвообразовании. Достижения дисциплины используются в генной инженерии, криминалистике и контроле качества пищевых продуктов.