Введение

Микроорганизмы, или микробы, - мельчайшие из всех известных на Земле живых существ. Они так малы, что подчас трудно различимы в оптический микроскоп. Из-за ничтожно малых размеров изучение этих невидимых невооруженным глазом форм живых существ связано с использованием микроскопа, поэтому они и были названы микробами. Наука же, изучающая внешнюю и внутреннюю организацию микробов и их жизнедеятельность, получила название микробиологии (от греческих слов: mikros - малый; bios - жизнь и logos - учение). К микробам отнесены:

- низшие растительные организмы (бактерии, плесневые грибы, дрожжи, актиномицеты, водоросли и некоторые другие);
- низшие животные организмы (протозоа, или протисты);
- особая группа микроорганизмов, не имеющих клеточного строения (вирусы, бактериофаги).

Микробиология - сравнительно молодая наука. Являясь одной из отраслей общей биологии, она изучает закономерности жизни и развития микробов в единстве с условиями среды их обитания, те изменения, которые они вызывают в организме животных, растений и в неживой природе, систематику микробов, их практическое значение и возможность технического применения. За последние 70-80 лет микробиология настолько развилась, что в настоящее время наблюдается процесс ее дифференциации на самостоятельные дисциплины: медицинскую микробиологию, ветеринарную, сельскохозяйственную, техническую, пищевую и пр.

Микроорганизмы чрезвычайно распространены в природе. На поверхности земли нет такого места, где бы не было микробов. Они живут даже там, где не могут жить никакие другие растения и животные: в горячих источниках, на дне глубоких морей, в вечномерзлых арктических почвах и льдах, в недрах земли - на глубине тысячи и более метров, на вершинах бесплодных скал и в сыпучих песках пустынь. Микробы сопутствуют человеку на протяжении всей его жизни. Они населяют окружающие нас предметы, находятся на поверхности пищевых продуктов, на одежде, на покровах нашего тела и внутри организма.

Незримые и необыкновенно легкие, микроорганизмы мириадами поднимаются в воздух с поверхности почвы при малейшем дуновении ветра, воздушными течениями порой уносятся на значительную высоту, пролетая огромные расстояния, с пылинками и капельками влаги оседают обратно на землю и дождевыми водами увлекаются по тончайшим трещинкам и порам в глубь земли.

Повсеместное распространение микробов объясняется их исключительной выносливостью в неблагоприятных условиях жизни, легкой приспособляемостью к тем или иным факторам внешней среды и поразительной способностью быстро размножаться. Этот невидимый мир поражает исследователей своим многообразием. Возбуждая массу самых различных биохимических процессов, микроорганизмы «властно вторгаются во все стороны окружающих нас жизненных явлений» (В. Л. Омелянский).

Микробов образно называют незримыми друзьям» и врагами человека. Среди микробов мы действительно находим могущественных друзей, но нередко наталкиваемся и на злейших врагов.

«Трудно переоценить роль микробов на нашей планете, - указывал академик В. О. Таусон, - скорее можно недооценить то значение, которое имеет мир этих существ для всего живого: настолько многообразна их деятельность и грандиозны ее последствия».

Прежде всего микробы выполняют великую космическую функцию: непрестанно поддерживают грандиозный процесс круговорота веществ и энергии на земле. Всеобщий естественный закон сохранения материи и энергии был открыт в 1748 г. нашим великим соотечественником М. В. Ломоносовым. «Все перемены, в натуре случающиеся, - писал он, - такого суть состояния, что сколько чего у одного тела отнимется, столько присовокупится к другому. Так, ежели где убудет несколько материи, то умножится в другом месте».

Вечный процесс круговорота веществ в природе - яркая иллюстрация этого закона. Микробы же в круговороте веществ и энергии оказываются связующим звеном между живой и мертвой природой.

Наибольший интерес представляет участие микробов в круговороте азота и углерода. На земле нет живых организмов ни с высокой, ни с простейшей организацией, в теле которых не содержалось бы органогенов: углерода, азота, кислорода и водорода. Определенное сочетание органогенов дает элементарный состав органических веществ: углеводов, жиров, белков и др. Каждый живой организм, любая живая клетка для своего развития нуждаются в этих элементах и должны их получать вместе с пищей. Кислород и водород организмы могут получать из воды. А вот в какой форме будут содержаться в пище углерод и азот, живым существам далеко не безразлично. В элементарном виде (азот в виде газа, а углерод в виде угля, сажи) они не могут усваиваться ни животными, ни растениями. Эти элементы нужны животным и растениям в связанном состоянии: растениям в виде минеральных форм, животным - в виде органических соединений.

Органические формы азота и углерода создают растения. На солнечном свету в зеленых листьях растений углекислый газ атмосферы и поступившая из почвы вода превращаются в углеводы. В растениях синтезируются и белковые вещества. Необходимый для этого азот растения получают из аммонийных и азотнокислых солей (минеральных форм), которые поступают в листья через корни растений вместе с влагой. Часть органических веществ, создаваемых растениями, тратится на построение собственной растительной ткани, но большое количество откладывается в виде запасных питательных веществ, богатых энергией (в виде углеводов, жиров, белков, органических кислот и пр.). Животные, поедая растения и других животных, получают для построения своих клеток необходимые им сложные органические вещества.

Для нормального развития жизни на Земле необходимо, чтобы растения могли непрерывно получать в нужном количестве углекислый газ из атмосферы и азотсодержащие соли из почвы. Однако запасы углекислого газа и солей азота в природе не безграничны. Углекислого газа в атмосфере содержится всего 0,03%. Ненадолго хватило бы растениям и имеющихся в почве азотсодержащих солей. Газообразный же азот атмосферы, азот и углерод сложных органических соединений, ежегодно попадающих в почву в громадных количествах с трупами животных и растительными остатками, для растений недоступны.

В связи с этим чрезвычайно важна роль микроорганизмов сапрофитов, которые используют для своего питания белки, углеводы, жиры и другие органические вещества, попавшие в почву вместе с мертвыми животными и растительными остатками, и минерализуют их. Сапрофиты составляют подавляющее большинство микробов - большую часть бактерий, плесневых грибов, актиномицетов; к ним же принадлежат все дрожжи. Опавшая листва, стволы деревьев, сучья, солома, сено, в которых в виде клетчатки заключен углерод, трупы людей, животных и птиц, их выделения (моча и кал), животные остатки (рога, копыта, шерсть), в которых заключен азот, становятся достоянием сапрофитов. Превосходной питательной средой для сапрофитов являются и такие продукты, как мясо, овощи, фрукты, хлеб, плодовые соки и пр.

В результате активной жизнедеятельности сапрофитов сложные органические соединения, входящие в состав перечисленных продуктов, расщепляются до более простых веществ и в конечном счете минерализуются. Белки расщепляются гнилостными микробами до аммиака, сероводорода, углекислого газа, воды. Углеводы, жиры и другие органические безазотистые соединения также подвергаются глубокому расщеплению, превращаясь в углекислый газ и воду. Аммиак, образующийся при гниении белков, поступает в почву. Нитрифицирующие бактерии превращают его в соли азотистой, а затем азотной кислоты - в калийные и натриевые селитры - важнейшие питательные вещества для растений. Углекислый газ поступает в атмосферу. Развивающиеся растения усваивают образовавшиеся минеральные соли азота и углекислый газ, строят из них свой белок и тело и вновь могут быть использованы в пищу животными.

Животные и растения, умирая, снова попадают в почву и подвергаются активному воздействию микроорганизмов. Таким образом осуществляется круговорот органических веществ в природе, без которого жизнь на Земле была бы невозможна.

Велико значение микробов и в производственной деятельности человека. С помощью дрожжей получают вина, тесто для хлеба, спирт, брагу, пиво. Молочнокислые бактерии используются для приготовления сметаны, кефира, творога, простокваши. Отдельные виды молочнокислых бактерий участвуют в квашении овощей, силосовании кормов. При изготовлении сыра, уксуса, глицерина, органических кислот, ацетона, витаминов, ферментов, аминокислот жизнедеятельность микробов является основой производства. Микроорганизмы способны синтезировать замечательные лекарства - антибиотики: пенициллин, грамицидин, биомицин, синтомицин и многие другие. Широко известны кормовые дрожжи, выращиваемые на сахаристых отходах сельского хозяйства и накапливающие много белка. Такие дрожжи используют для повышения питательной ценности некоторых кормов (например, дрожжевание соломы).

Успех практического использования микробов зависит от глубины познания их физиологических свойств и особенностей возбуждаемых ими биохимических процессов.

Наряду с микробами, играющими в природе и в жизни человека положительную роль, существуют и такие, которые наносят человеку громадный вред и приносят неисчислимые бедствия. Поселяясь на поверхности или чаще внутри тела человека, животных или растений и питаясь сложными органическими веществами живых организмов, эти микробы поражают их различными болезнями. Таких микробов называют паразитами. Паразитами являются некоторые бактерии, отдельные виды плесневых грибов, актиномицетов, а также фильтрующиеся вирусы. Многие заразные болезни вызываются бактериями или вирусами, специфичными для каждой болезни. К болезнетворным (патогенным) бактериям относятся: чумная, дифтерийная, тифозная и туберкулезная палочки, холерный вибрион, бациллы сибирской язвы, сапа, проказы, столбняка, спирохета возвратного тифа и многие другие. А возбудителями натуральной оспы, бешенства, гриппа, ящура, мозаичной болезни табака, закукливания овса, одревеснения томатов, при котором они остаются белыми и не приобретают ни обычного вкуса, ни мягкости, ни аромата, являются вирусы.

Борьба с патогенными микроорганизмами трудна и опасна. На героических и волнующих страницах истории этой борьбы написаны имена многих поколений ученых-микробиологов, врачей - героев науки, часто жертвовавших собой во имя человека.

Вредят человеку не только болезнетворные микробы-паразиты. Многие сапрофиты также наносят большой, иногда колоссальный, ущерб народному хозяйству и промышленности, вызывая порчу и приводя в негодность запасы пищевых продуктов и других видов промышленного сырья и готовых изделий. Часто можно наблюдать быстрое плесневение хлеба, появление на поверхности квашеных овощей беловато-серой пленки, а затем неприятного запаха. Вкус квашеной продукции при этом резко ухудшается. Мясо и рыба, сохраняемые при повышенных температурах и влажности, быстро приобретают неприятный запах и портятся. Молоко скисает или прогоркает. Эти и многие другие случаи порчи пищевых продуктов связаны с развитием различных микроорганизмов.

Для предохранения от порчи микробами продукты солят, сушат, коптят, замораживают в холодильниках, консервируют, используя различные консерванты, нагревают, помещая в герметическую тару, и пр. Порча пищевого сырья микробами - это необратимый процесс. Никакими средствами уже нельзя превратить испорченный продукт в доброкачественный. Употребление же испорченной микробами пищи не только вызывает у человека неприятные вкусовые и обонятельные ощущения, но и в некоторых случаях может служить причиной опасных заболеваний и отравлений. Обусловливают эти заболевания и отравления либо микробы, либо выделяемые ими яды (токсины), попадающие в организм вместе с пищей.

Обнаружить микробиальную порчу пищевых продуктов с первого взгляда можно далеко не всегда. Во многих случаях для выявления микробов и их токсинов требуется тщательный анализ. Вот почему при изучении и разработке наиболее рациональных и совершенных методов сохранения пищевых продуктов от порчи их микроорганизмами необходимо знание микробиологии. Цель микробиологического контроля консервного производства - выявлять микробов на поверхности сырья, полуфабрикатов, на оборудовании, таре и т.д., чтобы в ходе технологического процесса предупредить попадание микроорганизмов в готовые консервы и тем самым предотвратить их порчу или понижение качества.