Svrha mikrobiologije

Dok su promatranja stanica pluta Roberta Hookea (1665) pokrenula proučavanje mikroskopskih struktura, Antoni van Leeuwenhoek iz 1676. promatranja su mu donijela naslov "Oca mikrobiologije". Sićušna bića koja je Leeuwenhoek nazivao 'animalcules' pobudila su mnogo toga znatiželja.

Vremenom su studije na životinjama uništile vjeru u spontano generiranje i riješile misterij pokvario vino i spasio milijune (ako ne i milijarde) života ugroženih bolestima, zagađenjem i lošim hrana.

Formalna mikrobiološka definicija kaže da mikrobiologija proučava "mikroorganizme ili mikrobe, raznoliku skupinu općenito sitnih, jednostavnih oblika života koji uključuju:

• bakterija
  
• arheje
  
• alge
  
• gljivice
  
• protozoa
  
• virusi. "Mikrobiolozi također proučavaju strukturu, funkciju i klasifikaciju tih mikroorganizama te kako ih koristiti i kontrolirati

Ponekad se proučavanje mikroskopskih organizama može činiti nevažnim. Međutim, mikroorganizmi utječu na mnoge aspekte svakodnevnog života. Razumijevanje ovih utjecaja može pomoći u razumijevanju zašto se važnost mikrobiologije ne može podcijeniti.

Hrana i sigurnost hrane

Prirodni procesi mikroorganizama utječu na hranu i na pozitivan i na negativan način. Postojanje Uprave za hranu i lijekove (FDA) naglašava važnost mikrobiologije u svakodnevnom životu.

Među svojim brojnim otkrićima, Louis Pasteur otkrio je da fermentacija vina i piva ovisi o mikrobnim procesima. Fermentacija također razvija okuse zrna kakaa, listova čaja i zrna kave. U Africi proizvodi od fermentirane manioke osiguravaju prehrambene sastojke. Fermentirani proizvodi od soje i ribe svakodnevno se konzumiraju u mnogim azijskim zemljama. Kiseli krastavci, kiseli kupus, jogurt i kimchi zahtijevaju mikrobnu aktivnost.

Kruh raste zbog ugljičnog dioksida koji se kvasac oslobađa dok kvasac raste. Za pretvorbu mlijeka u sir potrebni su mikrobi. Sirevi poput plavog sira razvijaju se uvođenjem netoksičnih plijesni.

Neki mikroorganizmi, međutim, uspijevaju u hrani, a hranu čine nesigurnom za ljudsku upotrebu. U 2011. godini bolesti koje se prenose hranom utjecale su na oko 48 milijuna ljudi u SAD-u. Procijenjeni godišnji trošak bolesti koje se prenose hranom, 7 milijardi dolara, dolazi od liječenja i izgubljenog radnog vremena.

Bolesti koje se prenose hranom mogu uzrokovati bakterije, virusi, paraziti, prirodni toksini (često nusprodukt aktivnosti mikroorganizama) i toksini iz okoliša. Do kvarenja hrane dolazi kada mikroorganizmi razgrađuju hranu.

Pasteur je pokazao da zagrijavanje hrane i pića prije zatvaranja u posudu ubija mikroorganizme koji su uzrokovali kvarenje hrane. Sigurne metode konzerviranja hrane omogućuju skladištenje i dijeljenje hrane tijekom vremena i udaljenosti.

Mikroorganizmi ispunjavaju mnoge niše u okruženjima.

Mikrobi poput kemosintetskih bakterija u otvorima za duboko more i fitoplanktona (plutajući fotosintetski mikroorganizmi) čine osnovu mnogih vodenih prehrambenih lanaca. Gljive, bakterije i protisti obavljaju važnu zadaću razgradnje koja oslobađa hranjive tvari natrag u okoliš.

Gram tla sadrži procjenu milijardu mikroorganizama od moguće tisuće vrsta. Mikrobiološka ispitivanja bakterija, virusa, protesta i gljivica u ekosustavima tla dovela su do razumijevanja ciklusa ugljika, dušika, fosfora i sumpora. Budući da ti hranjivi ciklusi u tlu omogućuju daljnje postojanje života na Zemlji, učenje o tim mikroorganizmima se čini vrijednim.

Studije mikroorganizama u ekstremnim okruženjima sugeriraju mogućnost života na drugim planetima, u sredinama potpuno negostoljubivim za ljudski život.

Mikroorganizmi na Zemlji žive u okruženjima, od podzemnih ležišta nafte do slanih jezera i drugih ekstremnih slanih otopina okoliša, od kipućih vrućih izvora do ledeno hladnih staništa i u okruženjima s pH u rasponu od vrlo kiselih do vrlo alkalna. Ova ekstremna okruženja pokazuju da bi mikroorganizmi mogli preživjeti negdje drugdje u svemiru.

Opažanja Robert Hookea na staničnim stijenkama pluta označavaju početak mikrobiologije, proučavanja malih oblika života. Drugi su nastavili te studije.

Studije iz 1700-ih na kraju su dovele do konačnog udara Louis Pasteura do spontane generacije, tada prevladavajućeg uvjerenja da živa bića mogu nastati iz neživih materijala. Ova su istraživanja pokazala da su mikrobi morali putovati od mjesta do mjesta.

Razumijevanje vektora, tih metoda transporta, dovelo je do mnogih zdravstvenih praksi, uključujući pranje ruku prije jela i nakon korištenja kupaonice.

Teorija klica, ideja da bi mikroorganizmi mogli uzrokovati bolesti u početku se mnogima činila smiješnom. Praksa pranja ruku i opreme samo da bi se opet zaprljali naišla je na otpor mnogih, uključujući mesare i kirurge.

No, promjene u medicinskim postupcima tada radikalnih mislilaca poput Josepha Listera dovele su do poboljšanih kirurških ishoda. Smanjenje broja smrtnih slučajeva povezanih s infekcijama uvjerilo je mnoge da prihvate mogućnost da mikroorganizmi zapravo mogu ubiti ljude.

Studije plijesni u Petrijevoj zdjelici bakterija dovele su do Flemingova otkrića penicilina. Slične studije u ekosustavima tla dovele su do otkrića dodatnih antibiotika. Na primjer, dva su antibiotika (kloramfenikol i streptomicin) došla iz studija mikrobiologije tla od strane Mildred Rebstock i drugih. Porast bakterija otpornih na antibiotike i mesa koji jedu meso pokazuje kontinuiranu potrebu za učenjem mikrobiologije.

Mikrobiološka istraživanja daju odgovore (i pitanja) o mikroorganizmima. Pasterovo istraživanje kvarenja piva i vina dovelo je do zdravstvenih praksi poput pasterizacije piva, vina i nakon 1886. mlijeka. Pasterove tehnike dovele su do otkrića virusa od strane ruskog mikrobiologa Dmitrija Ivanovskog. Cijepljenje i liječenje bolesti u rasponu od bjesnoće do velikih boginja do HIV-a i AIDS-a proizašlo je iz mikrobioloških istraživanja.

Istraživači testiraju mikroorganizme kako bi razumjeli njihovo ponašanje i interakcije. Informacije o sitnim organizmima mogu se činiti trivijalnima, ali mikrobiološka istraživanja dovela su do poboljšanja prinosa usjeva, bioremediacija zagađivača poput nafte i dizela i tehnike za liječenje bolesti, smanjenje bolesti koje se prenose hranom i sprečavanje infekcije.