Mikrobioloogia

Mikroorganismide kasvatamine Petri tassil

Mikrobioloogia (vkr mikros 'väike', bios 'elu', logos 'õpetus') on mikroorganismide ehk mikroobide uurimisega tegelev teadusharu. Mikrobioloogia uurib eukarüootseid ja prokarüootseid mikroorganisme. Eukarüootsete mikroorganismide hulka kuuluvad seened ja protistid, millel on membraaniseoselised organellid. Samas prokarüootsetel organismidel, kes kõik on mikroorganismid, seesugused rakuosised puuduvad. Prokarüootide hulka kuuluvad ka bakterid ja arhed. Ajalooliselt on mikrobioloogid keskendunud kultuuride kasvatamisele, nende värvimisele ja mikroskopeerimisele. Samas on vähem kui 1% tavakeskkonna mikroorganismidest laborikeskkonnas kultiveeritavad.[1] Et hinnata mikroorganismide olemasolu mingis keskkonnas, uuritakse proovis leiduvaid DNA või RNA järjestusi.

Ajalugu

Kuigi pärmseeni on inimkond kasutanud juba tuhandeid aastaid, tõestas nende olemasolu olulise rolli käärimisprotsessi läbiviimisel alles Louis Pasteur 1857. aastal. Pildil on pagaripärmi mutantide lahjenduste tilkkülvid agariplaadil tüvede elumuse võrdlemiseks

Hüpoteesid mikroorganismide olemasolust olid sajandeid enne nende tegelikku avastamist. Esimesed õpetused nähtamatu elu olemasolust pärinevad 6. sajandist eKr.[2]

Tegelik mikroobide avastamine ja uurimine algas 17. sajandil, kui leiutati mikroskoop. 1665. aastal tegi Robert Hooke esimese jäädvustatud mikroskoopilise jälgimise. 1676. aastal jälgis Anton van Leeuwenhoek oma loodud üheläätselise mikroskoobiga baktereid. Joseph Lister oli esimene, kes ütles, et mikroorganismid põhjustavad nakkushaigusi ning kasutas fenoole desinfitseerijana.[3][4]

Bakterioloogia lõi 20. sajandil Ferdinand Cohn, kes alustas ka bakterite taksonoomilist klassifikatseerimist.[5] Tema kaasaegsed olid Louis Pasteur ja Robert Koch, keda peetakse mikrobioloogia isadeks.[6] Robert Koch sõnastas tingimused, mis peavad olema täidetud tõestamaks, et just mingi konkreetne haigustekitaja põhjustab seda konkreetset haigust, ja avastas uusi mikroorganisme. Louis Pasteur lõi pastöriseerimise ja eri vaktsiine.[7][8] Pasteur ja Koch on mikrobioloogia rajajad, aga nende töö ei näidanud mikrobioloogia mitmekesisust, vaid keskendus pigem meditsiinile. Alles 20. sajandi teisel poolel hakkas mikrobioloogia arenema. Avastati viirused, kemolitotroofia, geokeemiliste protsesside bakterid ja loodi uusi tehnoloogiaid.[9]

Harud[10]

Molekulaarbioloogia labor

Mikrobioloogia harusid jagatakse fundamentaal- ja rakendusteadusteks. Mikrobioloogiat saab klassifitseerida ka taksonoomia alusel, kui tegemist on bakterioloogia, mükoloogia, protozooloogia või fükoloogia valdkonnaga. Mikrobioloogia ning teiste loodus- ja täppisteaduse harud kattuvad oma praktikas suures osas. Mikrobioloogia võib eri aspektides laieneda ka väljapoole traditsioonilisi kitsaid piire, näiteks olla osa biofüüsika, biokeemia või molekulaarbioloogia uuringutes.

Fundamentaalne mikrobioloogia

  • Bakterioloogia – teadus, mis uurib baktereid
  • Mükoloogia – teadus, mis uurib seeni
  • Protozooloogia – teadus, mis uurib ainurakseid
  • Fütoloogia – teadus, mis uurib vetikaid
  • Parasitoloogia – teadus, mis uurib parasiite
  • Immunoloogia – teadus, mis uurib immuunsüsteemi
  • Viroloogia – teadus, mis uurib viirusi
  • Nematoloogia – teadus, mis uurib nematoode
  • Mikroobne tsütoloogia – teadus mikroorganismide mikroskoopilistest detailidest
  • Mikroobifüsioloogia – teadus mikroobide biokeemilistest rakufunktsioonidest, tegeleb ka mikroobse kasvu, ainevahetuse ja rakustruktuuri uurimisega
  • Mikroobiökoloogia – teadus, mis uurib suhet mikroobi ja keskkonna vahel
  • Mikroobigeneetika – teadus, mis uurib mikroobide geeniregulatsiooni ja organiseeritust
  • Rakuline mikrobioloogia – teadus, mis seob omavahel rakubioloogia ja mikrobioloogia
  • Evolutsiooniline mikrobioloogia – teadus, mis uurib mikroobide evolutsiooni. Valdkond jaguneb kaheks:
    • mikroobitaksonoomia – tegeleb mikroorganismide nimetamise ja klassifikatsiooniga
    • mikroobisüstemaatika – tegeleb mikroorganismide mitmekesisuse ja geneetilise varieeruvuse uurimisega
  • Generatsioonide mikrobioloogia – teadus, mis uurib mikroorganisme, kellel on samad tunnused, mis nende vanematel
  • Süstemaatiline mikrobioloogia – teadus, mis seob süsteemibioloogia ja mikrobioloogia
  • Molekulaarne mikrobioloogia – teadus, mis uurib mikroorganismide molekulaarseid põhimõtteid ja füsioloogilisi protsesse

Muu

  • Nanomikrobioloogia – teadus, mis uurib mikroorganisme nanotasandil
  • Astromikrobioloogia – teadus, mis uurib mikroorganismide esinemist kosmoses
  • Sõjanduslik mikrobioloogia – teadus, mis uurib mikroorganisme, keda kasutatakse bioloogiliste relvade tootmisel
  • Ennustav mikrobioloogia – teadus, mis uurib mikroorganisme, kasutades matemaatilist modelleerimist

Rakendusteaduslik mikrobioloogia

Vähirakkude laboratoorne kasvatamine plastnõudes
  • Meditsiiniline mikrobioloogia – teadus, mis uurib patogeenseid mikroobe ja nende rolli haiguste tekkes. Kaasab ka mikroobse patogeneesi ja epidemioloogia uuringuid ning on seotud patoloogia ja immunoloogiaga. See valdkond hõlmab ka inimese mikrobioota, vähi ja kasvajate mikrokeskkonda.
  • Farmakoloogiline mikrobioloogia – teadus, mis uurib antibiootikumide, ensüümide, vitamiinide, vaktsiinide ja muude farmakoloogiliste produktide tootmise, saastamise ja rikkumisega seotud mikroobe.
  • Tööstuslik mikrobioloogia – teadus, mis uurib, kuidas mikroobe tööstusprotsessides kasutada. Näiteks tööstuslikul kääritamisel või reovee puhastusel. Selle valdkonnaga on lähedaselt seotud ka õlle tootmine, mis on oluline mikrobioloogia rakendusala.
  • Mikroobne biotehnoloogia – teadus, mis uurib, kuidas mikroorganismide geneetilise ja molekulaarse muutmise tulemusena võib tulemuseks olla kasuliku saagise tootmine.
  • Toiduainete mikrobioloogia – teadus, mis uurib mikroorganismide kasutamist toitu tootmisel, näiteks kääritamisel. Lisaks uuritakse ka toidu riknemist ja sellest tingitud haigusi.
  • Põllumajanduslik mikrobioloogia – teadus, mis uurib põllumajandusele olulisi mikroorganisme. Seda valdkonda saab jaotada järgmiselt:
    • taimemikrobioloogia ja taimepatoloogia – teadusharud, mis uurivad taime, taime patogeeni ja mikroorganismide vahelisi seoseid;
    • mullamikrobioloogia – teadus, mis uurib mullas leiduvaid mikroorganisme.
  • Veterinaarne mikrobioloogia – teadus, mis uurib mikroobide rolli veterinaarmeditsiinis või loomade taksonoomias.
  • Keskkonnamikrobioloogia – teadus, mis uurib mikroobide funktsiooni ja erisust nende loomulikes elukeskkondades. Iseloomustab baktereid peamistes elukeskkondades, nagu risosfäär, fülosfäär, muld, pinnasevee ökosüsteemid, avaookeanid, ekstreemsed keskkonnad. Eriharud:
    • mikroobne ökoloogia;
    • mikroobselt mõjutatud toitaineringe;
    • geomikrobioloogia;
    • mikroobne mitmekesisus;
    • biotervendus.
  • Veemikrobioloogia – teadus, mis uurib vees elavaid mikroorganisme.
  • Õhumikrobioloogia – teadus, mis uurib õhus asuvaid mikroorganisme.

Mikroorganismide kasulikkus

Tööstuslikud fermenteerimise anumad õlletööstuses

Vaatamata sellele, et mikroorganismid tekitavad haigusi, on neist inimestele palju kasu.

Mikroobe kasutatakse toiduainetehnoloogias: tööstuslikul kääritamisel (alkoholi, äädika ja piimatoodete valmistamine) ja pagaritööstuses.

Mikroorganisme rakendatakse antibiootikumide ja aminohapete tootmisel ja abilisena keerulisemate organismide (taimede) kloonimisel.[11]

Mikroorganisme kasutatakse ensüümide ja reportergeenide tootmisel ning ka uudsete molekulaarbioloogiliste tehnoloogiate katsetamisel.

Mikroobid toodavad biopolümeere: polüsahhariide, polüestreid ja polüamiide. Neid saab kasutada meditsiinis kudede taastamiseks ja kehas ravimite transportimiseks. Mikroorganisme kasutatakse paljude ainete biosünteesiks.[12]

Sageli kasutatakse mikroorganisme keskkonnaprobleemide lahendamiseks. Eri liigid suudavad lagundada paljusid toksilisi jäätmeid, seega kasutatakse ulatuslikumate reostuste likvideerimiseks segu bakterite ja seente liikidest ning tüvedest, sest igaüks neist tuleb toime eri ainega.[13]

Bakteritel on oluline roll inimese mikrobiootas. Seedetraktis aitavad nad kaasa vitamiinide ja aminohapete tootmisele, seedivad toitu ja hävitavad kahjulikke mikroobe.[14][15]

Tuntud mikrobiolooge

Vaata ka

Viited

  1. ↑ Nitesh RA, Ludwig W, Schleifer KH (2011). "Phylogenetic identification and in situ detection of individual microbial cells without cultivation". Microbiology Rev. 59 (1): 143–169. PMC 239358. PMID 7535888.
  2. ↑ Mahavira is dated 599 BC – 527 BC. See. Dundas, Paul; John Hinnels ed. (2002). The Jain. London: Routledge. ISBN 0-415-26606-8. {{cite book}}: parameetris |author2= on üldnimi (juhend) p. 24
  3. ↑ Gest H (2005). "The remarkable vision of Robert Hooke (1635–1703): first observer of the microbial world". Perspect. Biol. Med. 48 (2): 266–72. DOI:10.1353/pbm.2005.0053. PMID 15834198.
  4. ↑ Wainwright, Milton (2003). "An Alternative View of the Early History of Microbiology". Advances in Applied Microbiology. Advances in Applied Microbiology. 52: 333–55. DOI:10.1016/S0065-2164(03)01013-X. ISBN 978-0-12-002654-8. PMID 12964250.
  5. ↑ Drews G (1999). "Ferdinand Cohn, among the Founder of Microbiology". ASM News. 65 (8): 547.
  6. ↑ Ryan KJ, Ray CG (editors) (2004). Sherris Medical Microbiology (4th ed.). McGraw Hill. ISBN 0-8385-8529-9. {{cite book}}: parameetris |author= on üldnimi (juhend)
  7. ↑ Bordenave G (2003). "Louis Pasteur (1822–1895)". Microbes Infect. 5 (6): 553–60. DOI:10.1016/S1286-4579(03)00075-3. PMID 12758285.
  8. ↑ Madigan M, Martinko J (editors) (2006). Brock Biology of Microorganisms (13th ed.). Pearson Education. Lk 1096. ISBN 0-321-73551-X. {{cite book}}: parameetris |author= on üldnimi (juhend)
  9. ↑ Johnson J (2001) [1998]. "Martinus Willem Beijerinck". APSnet. American Phytopathological Society. Originaali arhiivikoopia seisuga 20.06.2010. Vaadatud 2. mai 2010. Retrieved from Internet Archive January 12, 2014.
  10. ↑ Pharmaceutical Microbiology Principles and Applications. Nirali Prakashan. Lk 1.1–1.2. ISBN 978-81-85790-61-9. Vaadatud 18. juuni 2011.
  11. ↑ Burkovski A (editor). (2008). Corynebacteria: Genomics and Molecular Biology. Caister Academic Press. ISBN 1-904455-30-1. Vaadatud 25.03.2016. {{cite book}}: parameetris |author= on üldnimi (juhend)
  12. ↑ Rehm BHA (editor). (2008). Microbial Production of Biopolymers and Polymer Precursors: Applications and Perspectives. Caister Academic Press. ISBN 978-1-904455-36-3. Vaadatud 25.03.2016. {{cite book}}: parameetris |author= on üldnimi (juhend)
  13. ↑ Diaz E (editor). (2008). Microbial Biodegradation: Genomics and Molecular Biology (1st ed.). Caister Academic Press. ISBN 1-904455-17-4. Vaadatud 25.03.2016. {{cite book}}: parameetris |author= on üldnimi (juhend)
  14. ↑ MacFarlane, GT; Cummings, JH (1999). "Probiotics and prebiotics: Can regulating the activities of intestinal bacteria benefit health?". BMJ: British Medical Journal. 318 (7189): 999–1003. DOI:10.1136/bmj.318.7189.999. PMC 1115424. PMID 10195977.
  15. ↑ Tannock GW (editor). (2005). Probiotics and Prebiotics: Scientific Aspects. Caister Academic Press. ISBN 978-1-904455-01-1. Vaadatud 25.03.2016. {{cite book}}: parameetris |author= on üldnimi (juhend)
Vikisõnastiku artikkel: mikrobioloogia