¿Cuál es la relación entre los microorganismos y los humanos?
Introducción a los microorganismos
Los microorganismos son un gran grupo de organismos, entre los que se encuentran bacterias, virus, hongos y algunos pequeños protozoos. Aunque pequeño, está estrechamente relacionado con la vida de las personas. Los microorganismos generalmente se dividen en las siguientes ocho categorías: bacterias, virus, hongos, actinomicetos, rickettsias, micoplasmas, clamidia y espiroquetas. Se puede decir que los microorganismos son "ubicuos y ubicuos" en la naturaleza, abarcando una variedad de especies beneficiosas y dañinas, y están ampliamente involucrados en muchos campos como la salud, la medicina, la industria, la agricultura y la protección del medio ambiente. A continuación se analiza la relación entre los microorganismos y los humanos desde los aspectos de la atención médica, la producción industrial, la producción agrícola, la protección del medio ambiente y la investigación básica en ciencias de la vida.
(A) Microorganismos y atención médica
En primer lugar, la microbiología ha jugado un gran papel en la promoción de la atención médica. Influenciados por la teoría embrionaria de Pasteur, los médicos británicos inventaron la desinfección quirúrgica con ácido carbólico, que desempeñó un papel importante en la reducción de la tasa de infección quirúrgica. En los treinta años transcurridos desde la década de 1970 hasta principios del siglo XX, debido a la aparición de diversos métodos microbiológicos, se aislaron muchos microorganismos patógenos, como Bacillus anthracis, Bacillus leprae, Streptococcus pneumoniae, Bacillus typhi, Mycobacterium tuberculosis y Yersinia pestis. Después de más de diez años de arduo trabajo, los científicos han inventado la vacuna BCG elaborada a partir de Mycobacterium vaccae atenuado, dando a los humanos la iniciativa frente a las bacterias patógenas. A través de investigaciones sobre el metabolismo microbiano, se descubrió que un tinte básico puede inhibir la producción de tetrahidrofolato por parte de los microorganismos, provocando la muerte de los microorganismos y la aparición de una gran cantidad de sulfamidas de quimioterapia. La aparición de la penicilina a principios del siglo pasado provocó un aumento en la exploración del tesoro de los antibióticos, y la estreptomicina y el cloranfenicol aparecieron uno tras otro. Hoy en día, la aplicación de fármacos bacterianos modificados genéticamente ha aportado un enorme valor médico y comercial.
En segundo lugar, como mujer amante de la belleza en el siglo XXI, la belleza es un curso obligatorio en la vida, por lo que el enfoque de la microbiología natural y la atención médica está en la microbiología y la belleza. Las enzimas microbianas pueden regular la presión arterial, la función gastrointestinal, la función inmune, proteger el hígado, tratar la diabetes y tener efectos blanqueadores, antienvejecimiento, eliminación del acné, antisépticos y de belleza. Las enzimas microbianas son probióticos. Los probióticos se refieren a preparaciones bacterianas vivas y sus metabolitos que desempeñan un papel beneficioso en la mejora del equilibrio microecológico del huésped, mejorando así el nivel y el estado de salud del huésped. Los probióticos existen en todos los rincones de la tierra. Las bacterias u hongos beneficiosos en los animales incluyen principalmente lactobacilos, bifidobacterias, actinomicetos, levaduras, etc. Los probióticos activos de borde de bambú más potentes del mundo actualmente incluyen probióticos activos compuestos de los microorganismos mencionados anteriormente.
(B) Microorganismos y producción industrial
Los microorganismos tienen las características de muchos tipos, amplia distribución, rápido crecimiento, rápida reproducción, gran capacidad metabólica, gran adaptabilidad y fácil cultivo. En la producción industrial, se pueden seleccionar los microorganismos apropiados en función de sus características. Algunos microorganismos pueden usarse tan pronto como se aíslan de la naturaleza, mientras que otros requieren mutaciones artificiales para obtener cepas mutantes antes de poder usarse. En la actualidad, la tendencia general de las cepas bacterianas utilizadas en la industria de la fermentación es de bacterias salvajes a bacterias mutantes, de reproducción natural a reproducción metabólica y de mutación genética inducida a reproducción direccional de recombinación genética. Debido al desarrollo de la propia ingeniería de fermentación y a la intervención de la ingeniería genética, las algas y los virus se están convirtiendo gradualmente en microorganismos en la producción industrial. Microorganismos comúnmente utilizados en la producción industrial
1. Bacterias
Las bacterias son los microorganismos más numerosos y distribuidos en la naturaleza. Son procariotas unicelulares y se reproducen mediante un método típico de dicotomía. A medida que la célula crece, los cromosomas circulares del ADN se replican y las proteínas y otros componentes dentro de la célula se duplican simultáneamente, luego se crea un espaciador horizontal en el medio de la célula, los cromosomas se separan y luego el espaciador se divide para formar dos hijas idénticas. células. Si los tabiques no se separan por completo, se forman células en cadena.
Las bacterias comúnmente utilizadas en la producción industrial incluyen Bacillus subtilis, Acetobacter, Corynebacterium, Brevibacterium, etc. Se utiliza para producir amilasa, ácido láctico, ácido acético, aminoácidos y ácido inosínico, etc.
2.
La levadura es un organismo eucariota unicelular que se encuentra en todas partes en la naturaleza y se distribuye principalmente en ambientes ácidos con alto contenido de azúcar, como frutas, verduras, néctar y hojas de plantas, así como suelo de huerto. La levadura de petróleo se encuentra principalmente en el suelo alrededor de los campos petrolíferos. La levadura es principalmente saprofita, a menudo existe en forma de células individuales y se reproduce en forma de germinación. Cuando la célula madre crece hasta cierto punto, comienza a germinar. A medida que la yema crece, la célula madre se encoge, formando un tabique entre la célula madre y las células hijas, hasta formar finalmente dos células del mismo tamaño. Si la yema no se separa de la célula madre, se formará una cadena de células denominada pseudohifas. Durante el período pico de producción de fermentación, a menudo aparecen pseudohifas.
Las levaduras utilizadas en la industria incluyen: levadura de cerveza, cándida, levaduras similares, etc. Se utiliza para elaborar cerveza, hacer pan, producir lipasa y producir proteínas de levadura comestibles, medicinales y alimentarias, etc.
3.
Moho no es un término taxonómico. Los hongos que crecen sobre sustratos nutritivos para formar hifas esponjosas, en forma de red o floculantes se denominan colectivamente mohos. Los mohos están ampliamente distribuidos en la naturaleza y existen en el suelo, el aire, el agua y dentro y fuera de los organismos vivos. Le gustan los ambientes ácidos, la mayoría de los cuales son aeróbicos, saprofitos y algunos parásitos. El moho tiene una gran capacidad de reproducirse. Se reproduce con esporas asexuales y esporas sexuales, en su mayoría esporas asexuales. Su método de crecimiento es que los extremos de las hifas son alargados, las puntas ramificadas y entrelazadas formando una red. La longitud del micelio no sólo está controlada por la genética, sino que también se ve afectada por el medio ambiente, y su número de ramas depende de las condiciones ambientales. Las hifas crecen dispersas o en grupos.
Los mohos comúnmente utilizados en la industria incluyen: algas de los géneros Rhizopus, Mucor y Phoebe, y ascomicetos de los géneros Monascus, Aspergillus y Penicillium. Se pueden utilizar para producir diversas preparaciones enzimáticas, antibióticos, ácidos orgánicos y hormonas esteroides.
Actinomicetos
Los actinomicetos reciben su nombre por sus colonias lineales. Es un grupo procariótico que se encuentra ampliamente distribuido en la naturaleza, especialmente en suelos débilmente alcalinos y ricos en materia orgánica. La mayoría son saprofitos y algunos son parásitos. Los actinomicetos se reproducen principalmente mediante esporas asexuales y algunos también se reproducen mediante fragmentos de micelio. El último método de propagación se encuentra en el cultivo por inmersión en líquido. Su método de crecimiento consiste en que los extremos de las hifas alargan las ramas y se entrelazan en una estructura de red para convertirse en micelio. La longitud del micelio no sólo está controlada por la genética sino también por el medio ambiente. En el cultivo de inmersión líquida, debido a la tensión de corte del mezclador, a menudo se forma micelio corto con fuertes ramas, que crecen de forma dispersa o en forma de grupos de micelio. Su mayor valor económico es su capacidad para producir una variedad de antibióticos. Más del 60% de los antibióticos que se encuentran en los microorganismos son producidos por actinomicetos, como estreptomicina, eritromicina, clortetraciclina, gentamicina, etc. Los actinomicetos más utilizados provienen principalmente de los siguientes géneros: Streptomyces, Micromonospora y Nocardia.
5. Basidiomicetos
Los llamados basidiomicetos son lo que la gente suele llamar microorganismos fúngicos. La utilización de recursos de basidiomicetos está atrayendo la atención de la gente, así como el desarrollo de polisacáridos, sustancias de caucho y medicamentos contra el cáncer. En los últimos años, algunos científicos de Japón y Estados Unidos han realizado investigaciones en profundidad sobre los efectos anticancerígenos de los hongos shiitake y han descubierto que la 1,2-β-glucosidasa y dos azúcares de los hongos shiitake tienen efectos anticancerígenos.
6. Las algas
Las algas son un recurso microbiano autótrofo ampliamente distribuido en la naturaleza y se utilizan como alimento para la salud humana y para animales en muchos países. Al cultivar espirulina, se pueden cosechar 60 toneladas por hectárea (1 ha = 104 m2) en función del peso seco, mientras que al sembrar soja se pueden cosechar 4 toneladas por hectárea. En términos de producción de proteínas, la espirulina es 28 veces mayor que la de la soja. Calculada a partir del rendimiento proteico, la proteína de los hongos shiitake por hectárea es de 20 a 35 veces mayor que la del trigo. Además, las algas pueden convertir el CO2 en aceite, y el aceite obtenido cultivando algas unicelulares u otras algas puede representar del 5% al 50% del peso seco de las células. El petróleo sintético, al igual que el petróleo pesado, se puede convertir en productos como gasolina y queroseno después de su procesamiento. Algunos países han establecido granjas para cultivar algas unicelulares. Basándose en el cálculo del 5% de materia seca de carbohidratos (petróleo) por hectárea de algas unicelulares cultivadas por año, se pueden obtener 60 toneladas de combustible derivado del petróleo. La aplicación de esta tecnología también puede reducir el efecto invernadero provocado por la emisión masiva de dióxido de carbono en la producción industrial. También hay informes en el extranjero de que la gente obtiene energía de hidrógeno de "granjas de algas", que cultivan grandes cantidades de algas y utilizan su fotosíntesis para liberar hidrógeno para obtener energía de hidrógeno.
Al ser una producción a gran escala, existen los siguientes requisitos para las cepas.
(1) Las materias primas son baratas, los productos objetivo crecen rápidamente y los rendimientos son altos.
(2) Las condiciones de cultivo son fáciles de controlar, la actividad enzimática es alta y los ciclos de fermentación; son cortos
(3) Fuerte resistencia a diversas bacterias y fagos;
(4) La cepa tiene propiedades genéticas estables, no es propensa a mutaciones ni degradación y no produce; cualquier sustancia o toxina biológicamente activa nociva, lo que garantiza una producción segura.
(C) Microorganismos y producción agrícola
Los microorganismos y la producción agrícola están estrechamente relacionados. Por ejemplo, los suelos de cría de animales y los tractos gastrointestinales son ecosistemas complejos compuestos por muchos microorganismos. Hay microorganismos beneficiosos en este sistema, así como algunos microorganismos dañinos, como bacterias patógenas y bacterias de descomposición. Estos microorganismos interactúan e influyen entre sí.
Si aumenta el número de microorganismos beneficiosos, se puede inhibir el crecimiento y la reproducción de microorganismos dañinos. Basándose en este fenómeno, la gente ha seleccionado intencionalmente algunas especies microbianas beneficiosas y las ha cultivado y propagado para producir preparaciones de bacterias biológicas beneficiosas. La aplicación de agentes biológicos beneficiosos al suelo puede aumentar el contenido de nutrientes eficaces en el suelo, reducir la aparición de enfermedades y mejorar la calidad de los productos agrícolas. Como los fertilizantes microbianos. En la actualidad, China es el mayor productor y consumidor de fertilizantes químicos del mundo, pero los fertilizantes químicos debilitarán la capacidad de producción de cultivos, agravarán la contaminación ambiental y desperdiciarán una gran cantidad de recursos escasos. Los fertilizantes microbianos desempeñan un papel insustituible en el mantenimiento y aumento de la productividad del suelo, la mejora de la calidad de los productos agrícolas, la reducción de la aparición de plagas y enfermedades, la protección del entorno ecológico de las tierras agrícolas y la consolidación de la seguridad alimentaria y de cereales nacional. niveles de vida. Una excelente opción para futuros fertilizantes.
(D) Microorganismos y protección ambiental
La protección ambiental y la biorremediación de ambientes contaminados son tareas estratégicas globales en el siglo XXI, en las que los microorganismos pueden desempeñar un papel irremplazable. Por ejemplo, 1. Usar fertilizantes microbianos, pesticidas o antibióticos agrícolas para reemplazar fertilizantes o pesticidas químicos que contaminarán gravemente el medio ambiente y no pueden degradarse. 2. Usar PHB, PHB o ácido poliláctico producido por microorganismos para fabricar plásticos médicos degradables y comida rápida; cajas y otros productos para reducir la "contaminación blanca" ”3. Utilizar actividades bioquímicas como la degradación y oxidación microbiana para purificar las aguas residuales industriales tóxicas y los desechos orgánicos domésticos. 4. Utilizar microorganismos para detectar el grado de contaminación ambiental, como. el método Ames para detectar “tres tipos de” sustancias y el medio de cultivo EMB para detectar agua potable y otras muestras de flora intestinal, las bacterias luminiscentes detectan el grado de contaminación de las fuentes de agua.
(5) La investigación básica en microbiología y ciencias de la vida
La microbiología ha promovido avances en muchas cuestiones teóricas importantes y ha sentado las bases para el desarrollo de la biología molecular y la genética molecular. La microbiología ha hecho importantes contribuciones a las técnicas de investigación en las ciencias de la vida. Debido a la penetración y desarrollo de la esterilización, el aislamiento y el cultivo microbiológicos, las células animales y vegetales pueden volver a cultivarse en placas o matraces Erlenmeyer y aislarse bajo un microscopio. La tecnología de transformación actual de animales y plantas transgénicos también proviene de la teoría y la tecnología microbianas. El gran descubrimiento de los microorganismos ha propiciado el surgimiento de la tecnología de recombinación del ADN y la ingeniería genética, que ha abierto una nueva página en todas las ciencias de la vida y también hará realidad los sueños del ser humano de cambiar los organismos, erradicar enfermedades y embellecer el medio ambiente. . Por un lado, la microbiología ha logrado importantes avances en la intersección y promoción mutua con otras disciplinas. Por otro lado, ha hecho grandes contribuciones al desarrollo de todas las ciencias de la vida y ocupa una posición importante en el desarrollo de las ciencias de la vida.