Gausiausi gyvosios gamtos atstovai Žemėje yra labai maži, tik pro mikroskopą matomi mikroorganizmai. Dėl mikroskopinio dydžio, gebėjimo prisitaikyti prie įvairių gyvenimo sąlygų ir didelio biologinio aktyvumo mikroorganizmai išplitę gamtoje, žmonių, gyvūnų organizmuose ir augaluose. Apstu jų vandenyje, dirvoje, ore, maiste. Mikroorganizmų randama net dykumų smėlyje.

Dauguma mikrobų yra nežalingi, mintantys negyvosiomis organinėmis ir neorganinėmis medžiagomis. Kai kurie iš jų labai svarbūs gamtos medžiagų apykaitai, nes aktyviai dalyvauja skaidant (mineralizuojant) gyvūnų ir augalų liekanas. Dauguma mikroorganizmų atlieka svarbų vaidmenį: palaiko gyvųjų organizmų ir cheminių junginių pusiausvyrą pasaulyje. Jie ardo organinius nešvarumus, sugeba panaudoti atmosferos azotą, užima svarbią vietą fotosintezės ir oksidacijos procesuose.

Įvairiausių fermentinių sistemų turintys mikroorganizmai išskiria medžiagas, kurios naudojamos maisto produktų gamybos technologiniuose procesuose. Kai kuriuos mikrobus žmogus „prijaukino“, išmoko juos dirbtinai auginti ir naudoti reikalingiems produktams gaminti. Mikroorganizmai naudojami pieno, duonos pramonėje, alaus, vyno, acto, citrinos rūgščių, glicerolio, acetono, etanolio ir butanolio gamyboje. Kopūstų, agurkų, vaisių rauginimas, pašarų silosavimas – taip pat mikrobiologinis procesas, leidžiantis pigiausiu būdu konservuoti didelius daržovių, vaisių ir pašarų kiekius.

Apdorojant pluoštinius augalus (mirkant linus, kanapes), irgi naudojami mikroorganizmai. Nuo jų priklauso penicilino, streptomicino ir daugelio kitų antibiotikų gamyba. Mikrobiniai baltymai gerokai padidina melžiamų karvių produktyvumą. Dirvos derlingumas, augalui prieinamų mineralinių ir azoto junginių gausumas joje priklauso nuo mikroorganizmų. Jie sėkmingai naudojami kovai su žemės ūkio augalų kenkėjais.

Žinomos ne tik naudingosios, bet ir žalingosios mikroorganizmų savybės. Dauguma žalingųjų mikrobų, skaidydami sudėtines produktų dalis, ne pagerina, bet pablogina jų kokybę, dėl to patiriama daug nuostolių. Ligų sukėlėjai dažniausiai yra mikroorganizmai. Nuolat prisitaikydami prie besikeičiančių aplinkos sąlygų ir naujų antibiotikų, jie sukelia vis baisesnių ligų ir kėsinasi į brangiausią turtą – gyvybę.

Pamatyti prieš tris šimtmečius

Žmogus nuo neatmenamų laikų neišvengiamai susidurdavo su žalingų mikrobų veiklos padariniais. Nors tuomet gyventojai nežinojo tuos reiškinius sukeliančių priežasčių, tačiau per laiką išmoko kovoti su kai kurių mikrobų žalinga veikla. Kaimiečiai džiovino šieną, vaisius ir kitus produktus, pridegindavo žaizdas, miestelių gyventojai izoliuodavo užkrečiamosiomis ligomis (raupsais ir kt.) susirgusius žmones.

Dar senovėje rūgimo procesai buvo taikomi gaminant tešlą. Egipto piramidėse rasta duonos kepalų, kuriems iškepti egiptiečiai naudojo rūgstančios alaus misos nuosėdas. Egipto piramidėse išliko ir piešinių, vaizduojančių vyno gamybos technologiją. Duonos gėrimai, primenantys šiuolaikinį alų, taip pat turi daugiaamžę istoriją.

Augindamas gyvulius, žmogus taip pat taikė mikrobiologinius procesus. Iš surauginto avių, ožkų, karvių pieno, atskyrus tirštus komponentus, buvo gaunama varškė, o iš jos – sūris. Vėliau maisto produktai buvo džiovinami, sūdomi, šaldomi, rauginami.

Mikroorganizmai buvo surasti ir pradėti pažinti išradus didinamuosius stiklus. Pirmasis juos pamatė olandų pirklys Antonijus Levenhukas. Jis ne tik aprašė, bet ir nupiešė įvairių formų mikroorganizmus, kuriuos stebėjo dantų apnašose, lietaus vandens laše, dumble. Jį nustebino tai, kad visur knibždėte knibžda nenusakoma gausybė judančių padarėlių, panašių į kirmėlaites, kurias tyrinėtojas pavadino gyvais žvėriūkščiais (viva animalcula). Tuo laikotarpiu buvo aprašinėjama mikroorganizmų forma, dydis, bet moksliškai jų niekas netyrinėjo.

Nuo olando atradimo iki XIX amžiaus antrosios pusės nebuvo gilintasi į mikroorganizmų fiziologiją, pasitenkinta vien tik jų apibūdinimu. Nuo XIX amžiaus antrosios pusės pradėta nagrinėti, kokia mikrobų įtaka įvairių medžiagų pakitimams ir užkrečiamų ligų atsiradimui. Mikrobiologijos mokslo pradininkas buvo genialus prancūzas Luji Pasteras. Jis įrodė, kad rūgimo procesus sukeliantys mikrobai skiriasi nuo kitų ne tik išvaizda, bet ir gyvybine veikla. L. Pasteras išaiškino, kad mikrobai gadina vyną bei alų. Kenksmingiems mikrobams sunaikinti jis pasiūlė skysčius pakaitinti iki 60–70°C temperatūros. Šis metodas vadinamas pasterizacija ir šiuo metu plačiai naudojamas nesporiniams mikroorganizmams, ypač pieno, užmušti.

L. Pasteras išaiškino žmonių ir gyvulių infekcinių ligų prigimtį, surado daugelio ligų sukėlėjus: kiaulių raudonligės, vištos choleros, juodligės ir pūlinių (patogeninius stafilokokus ir streptokokus). Nuosekliai eksperimentuodamas, mokslininkas priėjo išvadą, kad iš susilpnintų mikroorganizmų galima pagaminti apsauginius skiepus – vakcinas. Jis pagamino vakcinas nuo juodligės ir pasiutligės. 1885 m. pasiutusių gyvulių apkandžioti žmonės pirmą kartą medicinos istorijoje buvo paskiepyti ir išgelbėti nuo mirties.

Žymus vokiečių gydytojas mikrobiologas Robertas Kochas tyrė juodligės (tuo laiku Europoje siautusios užkrečiamosios ligos, išnaikinusios ištisas galvijų bandas ir pavojingas žmonėms) sporų susidarymą, atrado tuberkuliozės lazdeles, choleros sukėlėją. Pirmasis pasiekimas, ieškant patogeninių mikroorganizmų, užfiksuotas 1882 metais, kada R. Kochas fiziologų draugijos posėdyje Berlyne pranešė atradęs tuberkuliozės sukėlėją. Tai buvo didžiausias amžiaus atradimas, nes nuo vadinamojo baltojo maro (džiovos) tuo metu mirdavo tūkstančiai žmonių. Už darbus, tiriant tuberkuliozės sukėlėją jam buvo paskirta Nobelio premija.

XIX a. pabaigą ir XX a. pradžią galima laikyti įvairių infekcinių ligų sukėlėjų atradimų laikotarpiu: 1884 m. vokiečių bakteriologas G. Gafki ištyrė ir aprašė vidurių šiltinės sukėlėją, 1885 m. amerikiečiai veterinarijos gydytojai D. E. Selmonas ir T. Smitas – kiaulių choleros (salmoneliozės) sukėlėją, augalų tyrinėtojas, karo gydytojas ir parazitologas D. Briusas atrado bruceliozės (Maltos salos karštinės) sukėlėją, japonų bakteriologas S. Kitazatas išskyrė stabligės sukėlėjo grynąją kultūrą ir kartu su šveicarų bakteriologu A. Jersenu – maro sukėlėją.

Naujas mikrobiologijos plėtros etapas siejamas su antibiotikų atradimu. Anglų mokslininkas mikrobiologas Aleksandras Flemingas 1929 m. paskelbė, kad pelėsis Penicillium notatum gamina medžiagas, žudančias pūliavimą sukeliančias bakterijas (stafilokokus, streptokokus ir difterijos lazdeles), ir jas pavadino penicilinu. Neįvertinęs savo atradimo svarbos, A. Flemingas nesiėmė bandymų gauti šių medžiagų, pavadintų antibiotikais, grynų ir panaudoti gydymui. Šį darbą Oksfordo universitete atliko anglai H. Flory ir E. Čeinas.

XX a. viduryje pradėta plėtoti antibiotikų, aminorūgščių, vitaminų, fermentų, biologinių kovos su augalų kenkėjais priemonių gamyba. Tai pareikalavo naujų žinių apie mikroorganizmų genetiką, nes reikėjo iš gamtos atrinkti ar dirbtinai gauti mikrobų kamienus, gebančius daug intensyviau sintetinti reikiamus produktus.

Mikrobiologijos pramonė įpareigoja genetikus spręsti vis naujus uždavinius: genų inžinerijos metodais išvesti naujas mikroorganizmų rases, biotipus, kurie produkuotų kur kas daugiau fermentų, vitaminų, aminorūgščių, antibiotikų. Visa tai galima būtų sėkmingai naudoti biotechnologiniuose procesuose.

Mikroorganizmai sėkmingai naudojami ir žemės ūkyje: gaminamos bakterinės trąšos ir augimo reguliatoriai, augalams nuo ligų ir kenkėjų apsaugoti naudojami mikroorganizmai antagonistai, anksti diagnozuojamos gyvulių ligos.

Mikroorganizmų savybės

Ligų sukėlėjams priklauso tik maža mikroorganizmų dalis, tačiau jie gali būti labai pavojingi. Surandama vis naujų žalingų mikrobų: 1982 m. – Laimo ligos sukėlėjas, 1985 m. – žmogaus imunodeficito virusas, vadinamas AIDS.

Užkrečiamųjų ligų sukėlėjai gali būti aptinkami įvairiuose maisto produktuose, vandenyje. Salmonelioze, kampilobakterioze, listerioze, jersinioze serga ir žmonės, ir gyvuliai, ir paukščiai, todėl mėsos, pieno produktai, kiaušiniai yra potencialus užkrato šaltinis. Dizenterija serga tik žmogus, o užsikrėsti galima, jei užteršiamos rankos, maistas, vanduo, apyvokos daiktai.

Žmogaus ir gyvūnų organizmuose yra įvairių mikroorganizmų. Dauguma jų (saprofitai) sudaro normalią mikrobiotą, nedarančią žalos šeimininkui ar net teikiančią naudą. Tačiau yra mikroorganizmų, kurie patekę į makroorganizmą sukelia ligą. Mikroorganizmai, sukeliantys žmonių, gyvulių ar augalų ligas, vadinami patogeniniais (parazitais, patogenais).

Per evoliuciją vieni mikroorganizmai prisitaikė maitintis iš negyvų gamtos išteklių ir iki šiol laisvai gyvena, kiti palaipsniui prisitaikė gyventi su gyvūnais ar augalais, iš jų gaudami reikiamų medžiagų. Procesas, kai mikroorganizmai maitinasi šeimininko audinių komponentais jam kenkdami, vadinamas parazitizmu. Kai kurie mikroorganizmai prisitaikė parazituoti tam tikruose organuose, audiniuose. Pavyzdžiui, kraujyje – pasterelės, limfiniuose mazguose – tuberkuliozės sukėlėjas, plonosios žarnos gleivinėje – salmonelės, nerviniame audinyje – pasiutligės virusas. Visi parazitiniai mikroorganizmai yra patogeniniai (sukeliantys ligas). Kartais ligas gali sukelti ir mikroorganizmas neparazituojantis makroorganizme. Pavyzdžiui stabligės sukėlėjas, patekęs į žaizdą, joje ir lieka, nesiverždamas į gyvus audinius. Čia jis maitinasi mirusiais audiniais bei kraujo krešuliais (saprofitiškai – mintantys negyvų organizmų organinėmis medžiagomis arba gyvų organizmų išskyromis). Būdamas žaizdoje stabligės sukėlėjas gamina stiprius toksinus (nuodus), kurie ir sukelia ligą. Kartais ligai sukelti nereikia, kad patogeninis mikroorganizmas patektų į organizmą. Pavyzdžiui, botulizmo sukėlėjas, papuolęs į maisto produktus ar pašarus, gali gaminti stiprius toksinus. Žmonės, suvalgę tokių produktų, ar gyvuliai, suėdę tokių pašarų, suserga botulizmu, kuris negydomas baigiasi mirtimi.

Galima teigti, kad patogeniniai mikroorganizmai dažniausiai būna parazitai, tačiau kai kurie mikroorganizmai gyvena organizme, nekenkdami jam, arba egzistuoja kitur. Patogeniniai mikroorganizmai, išskyrus virusus ir riketsijas, organizmo išorėje gali gyventi ir saprofitiškai, t.y juos galima dauginti negyvose maitinamosiose terpėse.

Kita mikroorganizmų grupė – sąlygiškai patogeniniai mikroorganizmai (oportunistai). Šie mikroorganizmai randami aplinkoje ir sudaro organizmo normalią mikrobiotą. Jie nekenksmingi sveikiems žmonėms, bet gali sukelti ligas tam tikromis sąlygomis, kai susilpnėja organizmo atsparumas (bloga mityba, pervargimas, temperatūrinio režimo sutrikimai).

Žinant mikroorganizmų savybes, tinkamiausias jiems egzistuoti sąlygas ir nepalankius veiksnius, galima ne tik išgydyti ligą, bet ir užbėgti jai už akių.