2. Значение микроорганизмов в природе и жизни человека
Повсеместное распространение, быстрое размножение и особенности
метаболизма микроорганизмов накладывают отпечаток на жизнь всей
планеты.
Процессы, в которых принимают участие микроорганизмы, прежде
всего, являются определяющими и необходимыми звеньями круговорота
таких элементов, как углерод, азот, сера, фосфор, а также других биоген-
ных элементов. Без микроорганизмов приостановился бы круговорот
веществ в природе и жизнь на Земле стала бы невозможной.
Микроорганизмы первыми поселяются на материнской горной породе
и обусловливают почвообразовательные процессы. Образуя в результате
жизнедеятельности минеральные и органические кислоты, микроорга-
низмы ускоряют растворение и выветривание горных пород, вовлечение
освобожденных минералов в биологический круговорот. Микроорганиз-
мы участвуют и в образовании гумуса, определяющего основное свойст-
во почвы – плодородие. Кроме того, жизнедеятельность микроорганиз-
мов обеспечивает доступность гумуса для растений.
Особую роль в формировании и поддержании плодородия почвы иг-
рают бактерии, участвующие в круговороте азота в природе. Это азот-
фиксирующие бактерии, которые превращают недоступный для расте-
ний молекулярный азот атмосферного воздуха в связанный, обогащая
тем самым почву соединениями азота. Немаловажным этапом кругово-
рота азота в природе является возвращение минерального азота в атмо-
сферу, которое осуществляют денитрифицирующие бактерии в процессе
нитратного (анаэробного) дыхания. Если бы этот цикл не был замкнут,
то окисленные формы азота вымывались бы из почвы в моря и океаны,
оставаясь в них недоступными для растений. Кроме того, образующиеся
в процессе денитрификации оксиды азота участвуют в поддержании озо-
нового слоя планеты.
Многие микроорганизмы образуют в процессе метаболизма и выде-
ляют во внешнюю среду различные органические и неорганические ки-
слоты, под действием которых водонерастворимые соли переходят в рас-
творимую форму, в результате чего улучшается питание растений.
Микроорганизмы-редуценты – «санитары» природы. Они осуществ-
ляют разложение растительных и животных остатков и превращают их в
минеральные вещества. Минерализация органических веществ имеет
большое значение, так как при этом необходимые зеленым растениям
элементы переходят из недоступной для них формы в доступную. Кроме
того, микроорганизмы способны осуществлять деградацию отдельных
искусственно синтезированных человеком органических веществ (ксено-
биотиков) – пестицидов, гербицидов, поверхностно-активных веществ,
составляющих упаковочных материалов, нафталина, толуолов и др. Если
бы это не происходило, ксенобиотики бесконтрольно накапливались бы
в окружающей среде, загрязняя ее.
Микроорганизмы принимают активное участие в биологическом са-
моочищении водоемов, выполняя функцию по обезвреживанию и окис-
лительной переработке поступающих в водоем загрязняющих веществ.
Широко используются микроорганизмы и в системах биологической
очистки сточных вод. Биологическая очистка сточных вод производится
на полях орошения и полях фильтрации, куда поступают подлежащие
очистке воды. Просачиваясь через слои почвы, они подвергаются окис-
лительному воздействию целого комплекса почвенных микроорганиз-
мов, в результате чего содержащиеся органические вещества полностью
минерализуются. В настоящее время в связи с высоким уровнем разви-
тия промышленности и огромным количеством образующихся сточных
вод создаются специальные сооружения аэробной биологической очист-
ки – биотенки, биофильтры и аэротенки.
Человек с древних времен интуитивно использовал уникальные осо-
бенности микроорганизмов, даже не подозревая об этом. С давних пор
процессы брожения применялись при приготовлении теста для хлеба,
пива, вина, уксуса, кисломолочных продуктов, росяной мочке льна.
Только в настоящее время стало известно, что все эти процессы проис-
ходят при участии определенных микроорганизмов, которые присутст-
вуют на используемых для брожения субстратах.
Изучение биосинтетической деятельности микроорганизмов позволи-
ло установить их способность к синтезу самых разнообразных соедине-
ний, имеющих большое народнохозяйственное значение. В настоящее
время с помощью микроорганизмов в промышленных масштабах полу-
чают микробный белок, аминокислоты (глутаминовую, треонин, лизин,
пролин, глутамин), витамины (В12, рибофлавин), ферменты (амилазы,
пектиназы, протеазы, целлюлазы, липазы, изомеразы, трипсины, стрепто-
киназы, диастазы), интерферон, инсулин, гормон роста человека, органи-
ческие кислоты (лимонную, молочную, масляную, уксусную, глюконо-
вую), этанол, глицерин, ацетон, бутанол, пропанол, бутандиол, полиса-
хариды (декстраны, ксантаны, пуллулан, альгинаты), средства защиты
растений, антибиотики, стероиды, каротиноиды, рибонуклеотиды, корти-
зон, преднизолон, гидрокортизон и другие ценные продукты.
Достижения микробиологии находят практическое применение в ме-
таллургии для извлечения различных металлов из руд. Например, уже
реализован способ микробиологического выщелачивания меди из суль-
фидной руды халькопирита. В перспективе возможно использование
микроорганизмов для получения цветных и редких металлов – золота,
свинца, германия, лития и др.
Особо следует отметить, что микробиология внедрилась в такие тра-
диционно небиологические производства, как получение энергетическо-
го сырья (биогаз метан), добыча нефти, что вносит существенный вклад
в решение топливно-энергетической проблемы. Микроорганизмы спо-
собны повышать прочность бетона. Установлено, что при добавлении на
тонну бетона нескольких килограммов биомассы микроорганизмов по-
вышается прочность и пластичность строительного материала.
Успехи в области микробиологии открыли новые возможности в про-
филактике и лечении многих инфекционных заболеваний, в борьбе с ко-
торыми ранее медицина была бессильна. За сравнительно небольшой пе-
риод времени почти полностью ликвидированы такие заболевания, как
чума, оспа, холера, малярия, являющиеся в прошлом бичом человечест-
ва. В настоящее время внимание микробиологов сосредоточено на про-
блеме злокачественных опухолей, птичьего гриппа и синдроме приобре-
тенного иммунодефицита. Изучение свойств патогенных микроорганиз-
мов позволило получать в промышленных масштабах вакцины, сыворот-
ки и другие лечебные препараты.
Таким образом, микробиология вносит существенный вклад в реше-
ние многих практических задач, проблем здравоохранения и сельского
хозяйства, способствует развитию определенных отраслей промышлен-
ности.
Следует отметить, что еще имеются большие возможности, основан-
ные на применении микроорганизмов, для расширения и совершенство-
вания биотехнологических процессов. Решение таких актуальных про-
блем, как обеспечение человечества продуктами питания, возобновление
энергетических ресурсов, охрана окружающей среды, так или иначе бу-
дет связано с использованием микроорганизмов.
|