Suukäytävän mikrobiologia

Mikrobiologiaa on perinteisesti määritelty liian pieneksi näkyvissä olevan mikroskooppisten organismien tutkimiseksi, todellisuudessa mikrobiologia kattaa moninaisen elämänmuotojen joukon, joiden halkaisija on alle yhden millimetrin. Mikro-organismeja, joita kutsutaan myös mikrobeiksi, ovat elävät organismit, joita emme voi nähdä paljaalla silmällä. Niiden ainoa yhteinen piirre on pieni koko, mutta niiden morfologia, fysiologia, lisääntymistapa ja ekologia vaihtelevat suuresti. Mikrobit jaotellaan kolmeen pääelämän domeeniin: bakteerit, arkeat ja eukaryoottiset mikrobit. Eukaryoottiset mikrobit sisältävät esimerkiksi alkueläimiä, mikroskooppisia sieniä ja levät. Virukset puolestaan ovat elottomia, soluttomia mikro-organismeja, jotka riippuvat täysin infektoituneista isäntäsoluista niiden elintoimintojen suorittamiseksi.

Mikrobiologian rajoja oli vaikea määrittää, ja Roger Stanier (1916-1982) esitti, että mikrobiologiaa tulee tarkastella myös käytettävien tekniikoiden kautta. Mikrobit eristetään ensin tietystä populaatiosta ja kasvatetaan laboratoriossa kulttuurimenetelmien avulla. Näin ollen mikrobiologia kehittää jatkuvasti sterilaatiotekniikoita ja kulttuuri mediaa mikro-organismien eristämiseen ja kasvuun.

Nykyajan mikrobiologian kentät ja rooli

Nykykäytännössä mikrobiologia on laaja ala, johon kuuluu useita erikoisaloja. Tutkimuksen suuntaus jakautuu kahteen: perus (fundamental) ja soveltava (applied). Perusorientaatio katsoo mikro-organismien biologista luontoa, mukaan lukien virologia, bakteriologia, algaali- ja mykologiastudien: solubiologia, mikrobiologinen fysiologia ja mikro-organismien taksonomia. Soveltava tutkimus keskittyy käytännön ongelmiin, jotka liittyvät tauteihin, veden ja jätevesien käsittelyyn, elintarvikkeiden pilaantumiseen ja tuotantoon. On tärkeää ymmärtää, että perus- ja soveltava tutkimus kytkeytyvät kiinteästi toisiinsa.

Mikrobiologian sovellusalat

Mikrobiologialla on sovelluskenttiä yhtä monta kuin tieteitä tai teknologioita, joilla on yhteys mikrobeihin. Erityisesti:

Maatalouden mikrobiologia: käsittelee mikrobien vaikutusta maatalouteen, kuten kasvitautien torjuntaa ja maaperän hedelmällisyyden parantamista.
Elintarvikemikrobiologia: torjuu elintarvikkeiden kontaminoitumista ja ruokaperäisiä sairauksia ja käyttää mikrobeja juuston ja jogurtin valmistuksessa.
Teollinen mikrobiologia: käyttää mikrobeja antibioottien, rokotteiden ja muuhun teollisuuteen tarvittavien aineiden tuottamiseen.
Geneettinen ja molekyylibiologia: tarkastelee geenitiedon luonteen ja sen säätelemisen tapoja soluissa.
Lääketieteellinen mikrobiologia: tutkii ihmisten ja eläinten sairauksia, mikrobiologit tunnistavat tartuntatautien aiheuttavat tekijät ja pyrkivät eliminoimaan ne.

Mikrobiologian tutkimusmenetelmät

Mikrobiologia perustuu erityisiin tutkimusmenetelmiin, jotka ovat keskeisiä kansanterveyden ongelmien ratkaisemiseksi. Olennainen osa on:

Mikroskopointimenetelmä: mahdollistaa mikro-organismien morfologisten ja värjäysominaisuuksien selkeän erottamisen.
Kulttuurimenetelmä: mikro-organismien inokulaatio ja eristys käyttöön otetuilla kulttuurimateriaaleilla biologisten ja kemiallisten ominaisuuksien analysoimiseksi.
Biologinen menetelmä: biologisten solujen tai organismien käyttö mikro-organismien syy- ja vaikutussuhteiden selvittämiseksi.
Immunologiset menetelmät: perustuvat mikrobitunnisteiden tai kehon vasta-aineiden havaitsemiseen.
Molekyyligeenimenetelmät: mikro-organismien genomin tunnistaminen.
Allergisen induktion testit: kehon hypersensitiivisyysreaktioiden tunnistamiseen.

Mikrobiologian historia

Mikro-organismien olemassaolosta ja niiden roolista sairauksissa on ollut viittauksia jo ennen niiden virallista löytämistä. Roomalainen filosof Lucretius ja lääkäri Girolamo Fracastoro esittivät, että näkymättömiä elimiä voi olla taudin aiheuttajana. Antooni van Leeuwenhoek, hollantilainen, teki ensimmäiset havainnot mikro-organismeista kehittämillään yksinkertaisilla mikroskoopeilla, jotka tekivät bakteerit ja alkueläimet näkyviksi. Hän loi ensimmäiset tarkat piirustukset havaituista mikro-organismeista, ja terminologia, kuten cocci, sauvat ja kierteiset bakteerit, on säilynyt käytössä nykypäivänä. Leeuwenhoekin löydöksellä herätettiin jälleen kiinnostus mikro-organismien tutkimiseen.

Keskiajalla usko spontaaniin syntyyn hallitsi. Francesco Redi kyseenalaisti tämän teorian taistelun aikana, ja John Needham ja Lazzaro Spallanzani jatkoivat tutkimuksia näyttäen, että elämää ei voida luoda elottomista aineista. Louis Pasteur esitti lopullisen todisteen spontaanin syntyteorian kumoamiseen. Hän dekantoimalla ilmaa suodataista sekä kehitti kohteita, joissa mikrobit voivat lisääntyä. Jatkuva tutkimus bakteerien ja mikrobien rooli infektoivissa taudeissa ynnä muiden mikrobitautien parantamismenetelmien kehittäminen, kuten kohtuudella, on edelleen keskeisessä osassa lääketieteellistä microbiologiaa.

Mikrobien taksonomia

Taksonomia, eli elävien organismien luokittelu, on keskeinen osa mikrobiologian tutkimusta. Taksonomialla voidaan nimetä eliöitä ja luokitella niitä yksikköihin, joissa ne jakavat monia yhteisiä ominaisuuksia. Microbial taxonomy kehittyy jatkuvasti ja vuosittain löydetään uudelleen uusia lajeja.

Suuremmassa mittakaavassa on olemassa viisi kuningaskuntaa: Monera, Protista, Fungi, Animalia ja Plantae. Kaikki mikrobit jakautuvat kolmeen domeeniin: Bakteerit (eubakteerit), Arkeat ja Eukaryot. Bakteerit ovat yksisoluisten prokaryoottien kuningaskunta, joka pelaa keskeistä roolia ekosysteemissä. Arkeat kehitetään eksoottisissa ympäristöissä, ja Eukaryot jakautuvat edelleen yksisoluiseksi organismeiksi, kuten alkueläimiksi, ja monisoluisiksi, kuten sieniksi ja kasviksi.

Yhteenveto

Käydyt tutkimusmenetelmät ja tutkimusalueet ovat ratkaisevan tärkeitä ymmärtäessämme mikrobimaailmaa ja sen vaikutuksia terveydemme ja ympäristön hyvinvointiin. Mitä enemmän opimme ja tutkimme mikro-organismeja, sitä paremmin pystymme estämään ja hoitamaan niitä sairauksia, joita ne aiheuttavat.

Mikrobiologian perusteet suukäytävässä

Mikrobiologian perusteet suukäytävässä