Natura ~i importanta microorganismelor

Definirea termenului de microorganism.Principalele grope de microorganisme

- In conceptia modema, integratoare, \iimea microorganis~: esteprezentaHi ca 0 ~ caracterizata printr-o serie de particularitati geneJ:~e:~diniensiuni ~i; • 'o.rga_llizare.~~rt;·,. particularitati legate Mviat~ 'care IeCaracterizeaza ca fiind sisteme biologice; • raport mare mtresuprafata ~i volum, ceea ce favorizeaza strategia de supravietuire, schimburilebilaterale rapide organism - mediu ~i 0 capacitate mare de multiplicare.Insumand aceste proprietati definim un(§rgati§ca fiind~roorgamsID, rnraca term~l _~_ aiba vreo implicatie de ordiIL1axonomic, deci indiferent depozitia sa in sistemul de clasificare a lumii vii ~i indiferent de diversitatea saextrem de mare.

Referindu-ne la ~am~area celular , drept caracter general almicroorganismelor, trebuie sa preciziim incadrarea microorganismelor in celedoua tipuri de eelule aparute in cursul istoriei evolutive ~i numite procariote ~ieucariote «karion> = nucleu; <pro> = inainte, primordial; <eu> = adevarat,normal). Intre cele douii tipuri existii 0 diferentli primordiala in ceea ce prive~teeomplexitatea structurii eelulare. La modul eel mai general, eeluleleproeariote sunt lipsite de un nucleu propriu-zis, in timp ee eele eueariote 11prezinta. Organismele alcatuite din asemenea eelule sunt numite respectivproeariote (Procaryotes) ~i eucariote (Eucaryotes). Toate procariotele suntmicroorganisme, in timp ce dintre eueariote, numai unele sunt mieroorganisme.

Majoritatea microorganismelor au un corp alcatuit dintr-o singura celulii(organisme unieelulare) sau numai din eateva eelule. In aparenta ei simplitate,lumea mieroorganismelor este la fel de complexa ~i divers a ea ceamaeroscopiea; de fapt, ca numar, microorganismele depa~esc eu un factor decateva mii, organismele macros cop ice.

Referindu-ne la~""'i-m-e-n-s-iu;"'n-i""le-m-i-cr-o-s-co-p-ili9-c, drept caracter general almieroorganismelor este necesar deasemenea sa preeizam ce fel de dimensiuniavem in vedere. Aceasta precizare poate fi eel mai bine evidentiata prih

eompararea grupelor de microorganisme eu organisme mai mari ale lumii !Vi/V),maeroseopiee ~i eu moleeulele ~i at9-m~olec.ulare...(Fig. 2). In timp ee !d 0f'vM~imensiunile l!!!!ili. macroseovic.e sunt date in em. ~i m., eele ale majoritatiimieroorganismelor ~i virusurilor intra In speetrul mierometrilor (jl1ll) ~i i'ntr-o (Yfl!n-L

masura mai midi a nanometrilor (nm) ~imilimetrilor (mm).

Vizibil l!.~ro ochiulIwl't

lStructu:-3. reproductivii

.,-,

_, a mucegaiului pfurii

•

o~: •. o Micro~copic Ii"0.: 0::- - 00 (, -

>o~.~ A1g!coloniala

•....

Nucleu "0,:0; ~'~'., Pediaslrum4'1.,.,..~..•

- I .~.

~~ Lrocoat Bacterie In forma'~ \\ .d.:e~aston~

OBact.m.e-forma rlerid (Staphylococcus) '~~ (Escherichia coli)

Necesitl!.miCOlicoape. "

iPeciale~j')W$!l.~_tunitatc om(

1 '.Q1t:im<:1nl1 milimmu.1 micrv"IJletruInanometru

Atom de hi>lrogm 1 i\nglitrom

onmmJ.illl

run~ ..

Valoare :10.2 melri10.3 metri10..(, metri10.9 metrito·IOmetn

Fig. 2. UniUitile de masura utilizate pentru dimensiunile microorganismelor ~i virusurilor, cu 0

reprezentare comparativa a nivelelor: macroscopic, microscopic, molecular ~i atomic.

Spectrul de dimensiuni1 al majoriHitii microorganismelor se extinde dela cele mai mici vITusmi (asociate conventional microorganismelor) care

...-- --------, , 7

masoar~ a~roxim~t~ nm ,i ~e fa~tJill-~nt ~ult m~i .~ari de~at ~ ~olecuUim~Je,pana la(ptoto~~3tcare masoara ~-4 mm ,1 sunt vlZlblle ochmlUl ltber.

~ tn ceeace-'prive~t stilul de viata I microorganismelor estede precizatla modul general ca majoritatea microorganismelor traiesc Qin habitate casolul ~i apa, unde sunt relativ inofensive ~i adesea beneficiale. Un organismliber i~i poate procura toti nutrientii necesari, ca ~i a1ti factori, direct din mediuln:ani~at (~biotic)~ Un numar mic de microor~anism~, numi~e ~ su~tgazdUlte ~l se hranesc pe seama altor orgamsme va (numlte ~ Pnnactiunile sale un parazit detemiina prejudicii gazdei, cunoscute ca boliinfectioase. Un numar mic de microorganisme pot exista fi_eJiber, fie ca par~rti~--- ~k categoria microorganismelor, definite prin p~rticularit~ti1e gener;lementionate, in ciuda deosebirilor morfologice, de activitate biologica ~i pozitiesistematica, intra umlatoarele grope: - bacterii; - microfungi (levuri sau drojdii~i fungi filamento~i sau mucegaiuri); - microalge ~i - protozoare. Acestor grupeIe sunt asociate virusurile. ~E

Dintre grupele de microorganisme, ~le/feprezinta sistemefebiologicecele mai rudiment are pentru di ele insumeaza trasliturile minime care pot sacaracterizeze un sistem biologic, trasaturi care impreunli determina ceea ce n~via/d. Dupa caracterizarea lui F. Jacob, bacteriile reprezinta un "minimum vital -organismele cele mai simple care reunesc atributele de organizare, autonomie ~iinvarianta ce caracterizeaza fiintele vii". Dincolo de lumea bacteriilof ajungem lastructuri cu organizare moleculam, intraild in domeniul molecular al structurii de tipacelular care caracterizeaza virusurile ~i alti agenti ID.fectio~isubvirali (sau moleculeinfectioase) cum ar fi viroizii ~iprionii.

~~ sunt agenti infectio~i de tip cu totul particular, care prinparticularitatlle structurale ~i comportamentullor -rw fac parte din lumea vie, insens strict, fiind in mP-d-CQ!!Yro.tionalasociate microorganismelor. ~ntesunt structuri nucleoproteice alcatuite dintr·un acid nucleic (fie ADN, fie ARN)

~ ----~ .

__ Dimensiunile rnicroorganismelor ~i virusurilor se apreciaza dupasistemul metric actual (metro = unitatea standard de lungime) in Ilm, nm ~i A.Illm (anterior Il) = 1/1000000 = 0,000001 m = 10.6 m; 1 urn (anterior mil)=111000000000 = 0,000000001 m = 10-9 m; 1 A =0;0000000001 m = 10.10 m.

~i proteine. Deci, fai3:de tipul de organizare celulara proprie la nivel rudimentarmicroorganismelor, virusurile reprezinta 0 treapta inferioara, corespunzand unorcomplexe macromoleculare mai mult sau mai putin complicate. La acest mvelacti:0tati1e metabolice au disparut, ca ~i echivalentii enzimatici. ~!l'nfectios'\nu se mai mu1tip~sunt multiplicati de celulele gazda pe care Ieparaziteaza. eu excep~JQ!, ei poarUi informatie genetica pe care 0

introduc mtr-o celu1a vie ~i 0 obliga sa utilizeze aceasta informatie geneticapentru a produce noi agenti infectio~i.

Astfel, virusutile, entitati corpusculare cu dimensiuni infime, de~i~di-n- componentele--ehimi.ce--esentiale ~i.-definiteri·i- pentm organismelevii s,!nt ~le structurale ~i functionale ale organizarii ceIuIare,'ceea ce Ie face inapte de a exista autonom.s,i de_a se multiplica iQ afara uneic Iule vit_

lmportanta microorganismelor. Caracterullor conflictual.

Semnificatia teoretica ~l practica de mare actualitate amicroorganismelor in Biologie ~i numeroase alte domenii ~tiintifice ~ieconomico-industriale are ca premiza implicatiile lor in viata plantelor,animalelor ~i in primul rand a omului. Traim I'ntr-o Iume a microorganismelorde 1ana~tere pana Ia moarte. Suntem lntr-un permanent contact cu aceasta Iumeaparte a clirei interventie a schimbat ~i schimba permanent· viata no astra ~i tarade care existenta pe pamant nu ar putea fi posibila; 0 Iume aseptica nu numai can-ar fi de dorit, ci ar fi chiar neconfortabila.

Microorganismele reprezinUi ,0 fractiune substantialli a biomasei totale. Seestimeaza ca fiecare individ urnan este purtator a 1014 bacWrii, 0 citra care dep~e~tenurnaml celulelor proprii (din care este alcatuit) ~i populatia umana totaia excretaprin intestinul sau colectiv 1022

- 1an bacterii pe zi. I'4~gani~.mele ocupa unnumar enorm de ni~e ecologice, de la izvoare termale cu temperatura de 90°C paua Iaalimente refrigerate ~i de Ia apa distilata cu contarninanti sub forma de unne, IaMarea Moarta. Aceastli rlispandire are la baza mecanisme de producere a energiddintre care unele reprezintli 0 exceptie unica.

Avand in vedere aceasta raspandire a microorganismelor, roluIparadoxa1, atM ca inamici, cat ~ica aliati ai vietii pe planeta noastra, pe care I-au

jucat ~i 11joaca microorganismele este In mod constant surprinzator. Impactullor economico-social este deosebit datorita efectelor daun1ltoare ~i beneficiale pecare Ie exercita.

Efectele ddundtoare sunt legate de interventia microorganisselor ~ivirusurilor ca agenti patogeni. De la primul studiu, realizat de R.~~lh~acumaproximativ I!o ani, prin care 0 boaHi specifica €hrQ.]> este asociata in modclar unui rQIianism micro~, microbiologii au realizat cercetiiri continueprivind agentii cauzali ai bolilor. In ultimii 20 de ani au fost descoperiti noiagenti infectio~i ca flilV . (human immunodeficiency virus = virusulim~odeficientei umane) ~ialte retrovirusuri:; iar boli nou aparute ca boala Ly~~i ~ala Legi0!larilor au fast asociate definitiv cu microorganisme. Conexiuniintrigante intre microorganisme ~i boli de etiologie necunoscuta continua sa fiefacute intr-o asemenea masura incat ~aE!!£ierea unor s'p-'e9iilli..~tLtoate bolilrr...J:1;mqne .aUJl~g;I!-.Qjgnii. Mai recent s-a constatat existenta unei corelatiiintre .1abetu de tip ~_~i anumite virusuri oxsakre:, intre ulceru~ ga~ ~i 0bacterie' no.ua:care invadeaza stomacul ~i intre artnta reumatoida ~i infectil,9>parvovirus~, De~i implicarea precis a a agentilor infectio~i in numeroase bolicronice ramane de determinat, se deschid posibilitati asupra unei intregi directiide studiu ~i tratament potential. In ciuda progreselor extraordinare incuno~terea ~i tratarea bolilor infectioase, lumea este inca devastata de ele,O.M.S.estimeaza ca pe plan mondial, peste 20 de milioane de persoane mor infiecare an de boli infectioase ce pot fi prevenite. La acestea se adauga nu numaiboli noi, ca SIDA, ci ~i numeroase boli cunoscute de mult timp, ca tuberculoza,sifilisul, rujeola, care manifesta a dramatica reactualizare. Pentru a complica ~imai mult problema, un numar tot mai mare de pacienti ell afectiuni grave sunt~ntinY.ti in viata eriode indelun at tim , fiind supu~i unor infectii-CU-l11kmQrggni me comune diJLID~diu,....car.e..Jll cteaza m: sOAIl.£l.esan~se.Citandu-l pe Louis teur chiar cu 0 tehnologie medicala de exceptie, miaobi!s~.p~re,cAInca au 1J1timul c1J.J!J.l:U, Existenta microorganismelor ~i virusurilor caagenti patogeni, descoperita cu mult timp inainte, sau in zilele noastre,marcheaza domeniul Microbiologiei in special din punct de vedere practic, insensul unui domeniu cu principii ~i tehnici de lucru aparte. Microbiologia)fumizeaza tehnici ~i procedee pentru depistarea agentilor care determina boli )necunoscute sau altele care ar putea apare, inetode pentru studiul acestor agenti,

ca ~i al microorganismelor in general, tehnici preluate de asemenea, partial, inobtinerea culturilor de celule vegetale ~ianimale.

Pe langa rolul implicat in amenintarea sanatatii pe care il au unelemicroorganisme, altele exercita efecte daunatoare. riD.alterare limentelo~_altor rQdJ:lS..e....£.Q.m~t9ALAdaptabilitatea~i strategiile de supravietuire ale

/

microorganismelor sunt atat de bine dezvoltate incat ele ocupa cu u~urinta ~i sedezvolta chiar in noi habitate create prin diverse materiale de uz comercial cumar fi: calculatoare, combustibillichid (jetfuel), picturi, minerale, metal, plastic,

l hartie ~iimbradlminte.Efecte beneficiale. De~i exista tendinta comuna de a asocia

microorganismele (bacteriile in special) cu bolile organismelor ~i cu alterarilediferitelor produse sau materiale, numai un numar mic din totalul celorcunoscute este raspunzator de aceste efecte. In realitate, ~ajoritate auc~mtrib~ii ese~~le _l~_buna~~.l,~tcJlito-liloLnl~p.~t!ti._l1Q~.tr~-,-lOsfera este-in!emeiata _§LS1,1~!inutLde_lumeamicJ.Qo:r:g'!.J?ismelor_a direi recuno~ere-seimpune cu evidenta jJe masura ce rasa umana supune la incercan echililLrulbiosferei~al}tului rin cresterea celmQg'Y,population,power usage, pollution=-p~pu atie, folosirea:resurselor en rg~~i~ p()luare). Dupa afirmatia recenta apaleontologului Stephen Jay Gould: " ...l@im fn Era Bacteriilor a$a cum afast lde la fnceput, este acum $i va fi mereu pdnii la sfdr$itul lumii". Fara-!!!t£roorganisme-¥ia~.macro£cgpic.a..Jl1t..Jlr_.exist<\,Viata macroscopica este~usti~~tad~ ~~~r~~.c.~!:.boEEluiJ2!infQtosi!lte~~.De~i::fQtQsi:~e~ae.ste atribuit.~in ~mod obi~nuit 2Ia~t~19r, originea sa evolutiva se ana in lumea bact~riiJ9r.Plantele ~i-au dezvoltat capacitatea de fotosinteza numai in-'-sensul de a' fiachizitionat-o, prin actiuni endosimbiotice cu (ci~.!1_Q)9.i~:g~J:iile"Astfel, jprincipalul produs al fotosintezei, oxigen.!11.atrnosferic,i~i datoreaza existenta inultima instanta bacteriilor. Capacitatea organismelor pluricelulare de a utilizaoxigen, care rezida in mttocon..drii, a fost de asemenea dobandita prinendosimbioza, implicand bacteriile pu~urii. La toate nivelele bacteriile suntfundamentale ecosistemului global, deoarece numai prin activitatea lor (reactiichimice complexe) materiile existente in cantitati limitate pe pamant pot fireciclate ~i reutilizate, asigurandu-se viata. Microorlranismele marine §i de apa .dulce formeaza baza lanWluLtr.oflc_ID.J2~~n~ rauri si lacuri. Cele din sol-~-- - --------- - - - ---contribuL la-degFadarea resturilor vegetale. ~i_aniIllale, .i~9tPoreaza~otmolecular atrnosferic in compu~i organici, elementele chimice din sol ~i aer,

fiind astfel reciclate. Beciclarea globaUl.se realizeaza pe baza metabolismului~icrobian. Rezervele de oxigen, balanta globala a altor gaze importante dinatmosfera, ca dioxidul de carbon ~i metanul, sunt in mare masura controlate prinmetabolismul microbian. Chiar depunerea mineralelor este intr-o oarecaremasura rezultatul activitatii bacteriilor. De aceea intr-un sens fundamental~a...?ste bact~i!>~f~.

__v=-- In ;clatia c~ organismul uman ~i animal, microorganismele (bacteriileprezente in mod normal in intestin) asigura sinteza unor vitamine absolutnecesare fumizand mecanisme naturale pentru asigurarea sanatatii. Rolulmicroorganismelor in viata organismelor animale este cercetat cu ajutorulanimalelor in stare de~ (gr. via/a cunoscuta). Utilizarea experimentalaa animaleor €en1C9 (germfree = animale sterile bacteriologic) a aratat dimicrobiota normala, in special cea intestinala, poateexercita. mai multe efectebeneficiale asupra organismului gazda (in unele cazuri participa direct· indigestie). Stabilirea efectului de protectie asupra organismului animal (inclusivuman exercitat de microbiota intestinala a dus la utilizarea asa numitelor----~ ----------- ,

robiotice sau uplimente alimentare de natura alimentara. Un probiotic estede lmt m prezent ca fiind un preparat constand din microorganisme vii saustimulenti microbieni cu efect beneficial asupra microbiotei indigene areceptorului, care poate fi: animal, planta sau aliment.

Microorganismele aduc numeroase beneficii de ordin comercial. tnindustrie sunt utilizate curent tehnici microbiologice pentru cultivareamicroorganismelor in scopul utilizlirii lor la sinteza unor produ~i (acetona,glicerina, acizi organici, enzime, alcooli, numeroase medicamente) mai u~or ~imai ieftin dedit prin sinteza chimica. Industria alimentara se bazeaza in mareparte pe microorganisme in realizarea unor etape esentiale din cadrultelli'1ologieide prelucrare a alimentelor. Microorganismele sunt implicate inproducerea otetului, muraturilor, bauturilor alcoolice, produselor lactate, d ~panificatie ~i a altora. tnca de la inceputurile civilizatiei s-a observat ca prinacela~i proces unele alimente se altereaza sau produc imbolnaviri, in timp cealtele devin delicatese. tn fiecare zona in care este exploatata natura beneficialaa microorganismelor au aparut progrese explozive. Sugestiv este exemPlu~\bi0E.e~_~dit.rii~Jntroducereamicroorganismelor pentru a restaura stabilitatea irl ~mediiIe poluate sau dezechilibrate. Este autorizata utilizarea tot mai mult amicroorganismelor pentru a curata petrolul sau indeparta poluantii din lacuri ~i

surse de apa. Ne bazam pe microorganisme care apar natural pentru degradareamateriilor biodegradabile din sol, ca ~ipentru epurarea apelor reziduale,purificarea mineralelor extrase ~i in general reciclarea nutrientilor In toateecosistemele planetei.

Cercetarea microorganismelor aliate omului reprezinta 0 preocupareesentiaHi a ingineriei genetice, domeniu cu implicatii pentru Insa~i fond~l vietii.Unele din sperantele cele mai mari ale omenirii: vaccinul pentru AIDS<'~~iredimmune deficiency syndrome = sindromul de imunodeficienta dobandita)provocat de HIV, plante autofertilizante, medicamente miraculoase, vindecareade boli genetice, eliminarea poluarii ~i solutii pentru nevoile de hrana aleomenirii, sunt dependente de aces! dorneniu.

Microorganismele sunt impliGate astfel in viata noastra zilnica atat insensul monden, cat ~i Intr-unul mult mai larg, de perspectiva. Este 0 realitatefaptul ca ne spatam Imbracamintea cu detergenti care contin enzime produse demicroorganisme, mancam alimente a caror aroma deriva din ac\iuneamicroorganismelor ~i in muIte cazuri mancam chiar microorganisme. Nevaccinam cu preparate care contin microorganisme modificate pentru a preveniboli (care sunt determinate de respectivele microorganisme Intr-o stare foarte'lsemanatoare); tratam diferite afectiuni clinice cu medicamente produse demicroorganisme; pulverizam plantele cu insecticide de origine microbiana ~illtilizam microorganismele ca fabrici in miniatura pentru a obtine diferitembstante chimice industriale. In mod clar relatia dintre oameni si,. , ,microorganisme este complexa ~i nu putem decat sa beneficiem de cuno~tintele;at mai aprofundate asupraei.

Absolvirea unui curs de Microbiologie implica j'nsu~irea unui punct devedere modificat asupra lumii ~i a propriei persoane ~i 0 mai profunda intelegerelsupra rolurilor complexe pe care Ie au microorganismele I~ fiecare aspect al

•. ..---,;?~xlstentel. ~

Necesitatea denumirii microorganismelorin contextul taxonomiei

Sistemul formal privind organizarea, clasificarea ~i numireatietuitoarelor este cunoscut sub denumirea de taxonomie. Taxonomia:considerata adesea sinonima cu clasificarea) este defmita de unii autori ca teoria