XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

Человек привыкает с детства, что в возникновении многих болезней виноваты микробы.

И вдруг — микроб на службе здоровья. Такая ли уж это сенсация? А разве человек не заставил бактерии и вирусы работать в охране его здоровья? Вспомните прививки против оспы, холеры, кори, полиомиелита и других инфекций. Ведь при этом также используются возбудители болезни, только в ослабленном варианте. Почему бы не заставить «работать» на человека и других микробов. Американским ученым Гатри был предложен новый метод диагностики некоторых наследственных нарушений обмена веществ. Им были использованы живые микроорганизмы — микробы, которые принесли столько бед человечеству в виде тяжелых инфекционных болезней. Микробы были поставлены на службу по охране здоровья людей. Их основная задача сводилась к роли детективов, когда среди тысячи здоровых людей им нужно было найти одного больного. Научная задача была решена Гатри изящно и тонко. Этот метод поначалу был предложен для выявления больных с фенилкетонурией, а затем адаптирован и для выявления других наследственных нарушений обмена. Полоски фильтровальной бумаги пропитываются несколькими каплями крови, и после специальной обработки кровяные диски помещают на специальную среду, содержащую штаммы бактерий. Этот икробиологический скрининг стал использоваться не только в Америке, но и в Англии, Франции, ГДР, Польше и СССР.

В настоящее время метод Гатри используется 50 крупными лабораториями зарубежных стран для массового обследования новорожденных. Так, например, этим методом уже обследовано на фенилкетонурию более 13 млн. новорожденных и выявлено 1186 детей с этим заболеванием, что составляет 1:11500 [1].

Работы и успехи генетических исследований.

Методы, с помощью которых можно выращивать в лаборатории микроорганизмы, такие как, Tenericutes, Firmicute, Gracilicutes разработали О. Брефельд, Р. Кох и его школа в прошлом веке. Введение в практику прозрачных питательных сред, уплотненных желатиной или агаром, позволило изолировать отдельные клетки, следить за их ростом в колонии и получать чистые культуры. Разработка стандартных методов стерилизации и приготовления питательных сред привела к быстрому развитию медицинской микробиологии. Хотя еще Кох описал количественные методы, их преимущества при работе с микроорганизмами были поняты только в последние 50 лет. Малые размеры микроорганизмов позволяют получать в одной пробирке или чашке Петри и исследовать популяции, состоящие из 108-1010 отдельных клеток, и, благодаря этому, выявлять такие редкие события, как мутация или передача приобретенного признака, не нуждаясь в сложных вспомогательных средствах и довольствуясь малым пространством. Огромные успехи биохимических и генетических исследований не в последнюю очередь достигнуты благодаря легкости обращения с бактериями [2].

Классические микробиологические производства. На примере пивоварения и виноделия с использованием дрожжей относящиеся к семейству Saccharomycetaceae роду Saccharomyces виду vini, выпечки хлеба и приготовления молочных продуктов с помощью молочнокислых бактерий, а также получения пищевого уксуса при участии уксуснокислых бактерий становится очевидным, что микроорганизмы относятся к старейшим культурным «растениям». В Японии и Индонезии соевые бобы издавна перерабатываются с помощью мицелиальных грибов, дрожжей и молочнокислых бактерий. Если не считать получения этанола, в промышленном производстве индивидуальных веществ микроорганизмы начали использовать лишь в последние шестьдесят лет. Уже в период первой мировой войны с помощью управляемого дрожжевого брожения получали глицерин. Молочная и лимонная кислоты, в больших количествах необходимые для пищевой промышленности, производятся с помощью молочнокислых бактерий и гриба Aspergillus niger соответственно. Из дешевых, богатых углеводами отходов путем брожения, осуществляемого клостридиями и бациллами, можно получать ацетон, бутанол, 2-пропанол, бутандиол и другие важные химические соединения.

Производство антибиотиков. С появлением антибиотиков наступила новая эпоха в медицине и фармацевтической промышленности. Благодаря открытию пенициллина и других продуктов метаболизма грибов, актиномицетов и иных микроорганизмов человечество приобрело высокоэффективное оружие для борьбы с бактериальными инфекциями. Успешно продолжаются поиски новых антибиотиков. Теоретически перспективным кажется и путь применения антибиотиков для борьбы с вирусными болезнями и с опухолями вирусного происхождения.

Новые микробные производства. Классические виды брожения дополняются новыми применениями микробов в химических производствах. Из грибов получают каротиноиды и стероиды. Когда выяснилось, что Corynebacterium glutamicum из сахара и соли аммония с большим выходом синтезирует глутаминовую кислоту, были получены мутанты и разработаны методы, с помощью которых можно в больших масштабах производить многие аминокислоты, нуклеотиды и реактивы для биохимических исследований. Микроорганизмы используются химиками в качестве катализаторов для осуществления некоторых этапов в длинной цепи реакций синтеза; микробиологические процессы по своей химической специфичности и по выходу продукта превосходят химические ре акции; ферменты, применяемые в промышленности, - амилазы для гидролиза крахмала, протеиназы для обработки кож, пектиназы для осветления фруктовых соков и другие - получают из культур микроорганизмов.

Монопольное положение микроорганизмов. Следует отметить, что не которые виды сырья, доступные в особенно больших количествах, такие как нефть, природный газ или целлюлоза, могут использоваться микроорганизмами и перерабатываться ими в клеточный материал (биомассу) или в промежуточные продукты, выделяемые клетками. Микроорганизмы, таким образом, незаменимы при «облагораживании» этих необычных видов сырья для биотехнологических процессов; освоение такого сырья биологическими технологиями только начато [3].

В сельском хозяйстве нашли применение бактериальные удобрения. При внесении этих удобрений в почве усиливаются биохимические процессы и улучшается корневое питание растений.

Бактерии, вызывающие болезни человека, используются как биологическое (бактериологическое) оружие.

Самой хорошо изученной бактерией стала - E.coli,которая встречается в нижней части кишечника теплокровных организмов. Безвредные штаммы являются частью нормальной флоры кишечника человека и животных. Кишечная палочка приносит пользу организму хозяина, например, синтезируя витамин K, а также предотвращая развитие патогенных микроорганизмов в кишечнике.

В кишечнике человека в норме обитает от 300 до 1000 видов бактерий общей массой до 1 кг, а численность их клеток на порядок превосходит численность клеток человеческого организма. Они играют важную роль в переваривании углеводов, синтезируют витамины, вытесняют патогенные бактерии.

Бактерии способны расти как в присутствии свободного кислорода, так и при его отсутствии. Бактерии участвуют в формировании структуры и плодородия почв, в образовании полезных ископаемых и разрушении растительной и животной биомассы, поддерживают запасы углекислого газа и кислорода в атмосфере [4].

Монопольное положение микроорганизмов. Следует отметить, что не-которые виды сырья, доступные в особенно больших количествах, такие как нефть, природный газ или целлюлоза, могут использоваться ми-кроорганизмами и перерабатываться ими в клеточный материал (биомассу) или в промежуточные продукты, выделяемые клетками. Микроорганизмы, таким образом, незаменимы при «облагораживании» этих необычных видов сырья для биотехнологических процессов; освоение такого сырья биологическими технологиями только начато.

Современные достижения генной инженерии. Изучение механизмов передачи генов у бактерий и участия в этом процессе внехромосомных элементов открыло возможность включения чужеродной ДНК в бактериальные клетки.

Генетические манипуляции позволяют вносить небольшие отрезки носителей генетической информации высших организмов, например человека, в бактерию и заставлять ее синтезировать соответствующие белки. Вполне осуществимо производство гормонов, антигенов, антител и других белков с помощью бактерий. Делаются также попытки передать растениям способность к азотфиксации и лечить болезни, связанные с биохимическими дефектами.

Непосредственная применимость основополагающих научных знаний. Попытка перечислить в этом разделе все виды технологии и продукты промышленной микробиологии, а также иные, пока лишь предполагаемые, области ее применения завела бы нас слишком далеко. Связь между фундаментальными исследованиями и практикой в микробиологии, как и во всех естественных науках, очень тесна: «Нет прикладных наук... но каждая наука имеет много практических приложений» (Л. Пастер) [5].

Литература

1.Воробьева Л.И. Микробы на службе человека / Воробьева Л.И.,Л.И.Работнова, Н.С.Егоров. — Текст : электронный // © Зооинженерный факультет МСХА [сайт]. — URL: https://www.activestudy.info/mikroby-na-sluzhbe-zdorovya-cheloveka/ (дата обращения 8.12.2020)

2.Н.В.Макарова. Количественные работы и успехи генетических исследований/ Н.В.Макарова, А.В. Лямин, Д.Ф. Игнатова, А.С. Данчева. — Текст : электронный //Микроорганизмы [сайт]. — URL: https://micro.moy.su/publ/vvedenie/mikroorganizmy_i_okruzhajushhaja_sreda/mikroorganizmy_na_sluzhbe_cheloveka/3-1-0-10 (дата обращения 09.12.2020)

3.Хамагаева И.С. Перспективы использования пробиотических микроорганизмов/Хамагаева И.С. — Текст : электронный //Пробиотические микроорганизмы [сайт]. — URL: http://mila.kcbux.ru/sistema-Linej/sistema-04-bakter.html (дата обращения 10.12.2020)

4.Хамагаева И.С.Бактерии на службе у человека/Хамагаева И.С. Качанина Л.М.,Тумурова С.М. . — Текст : электронный // © Бактерии [сайт]. — URL: http://propionix.ru/f/biotehnologiya-zakvasok-propionovokislyh-bakteriy.pdf (дата обращения 10.12.2020)

5. Шлегель Г. Общая микробиология/Шлегель Г. — Текст : электронный //https://zakon.today/mikrobiologiya_1050/mikroorganizmyi-slujbe-cheloveka-74006.html (дата обращения 11.12.2020)

Код для цитирования: Скопировать