Mikroorganismid

Allikas: Vikipeedia
Kolibakterite kobar, suurendatud 10 000 korda

Mikroorganismid ehk mikroobid (rahvapäraselt ka pisikud) on väikseimad organismid, mis on nähtavad ainult mikroskoobiga. Mikroorganismidele vastanduvad makroorganismid, mida näeb palja silmaga. Teadust, mis tegeleb mikroorganismidega, nimetatakse mikrobioloogiaks.

Soolekepikesed mikroskoobi all

Evolutsioon[muuda | redigeeri lähteteksti]

Ainuraksed mikroobid, esimesed elusorganismid Maal, tekkisid arvatavasti umbes 3,5 miljardit aastat tagasi[1]. Raku tekke aluseks oli membraani moodustumine teatud ürgsete orgaaniliste struktuuride ümber. Eukarüootse elu varasemaid mikrofossiilid on umbes 1,8 miljardit aastat vanad[2]. Teadlased on hinnanud mitokondrite ja kloroplastide tekke samasse ajaperioodi. Järgnev evolutsioon oli väga aeglane ning mitmerakulised liigid ilmusid elustikku arvatvasti umbes miljard aastat tagasi, kuid neist pole fossiilseid tõendeid säilinud. Parimad fossiili-näited esimestest loomadest pärinevad Austraalias asuvast Ediacara mäestikust. Need on umbes 650 miljoni aasta vanused kivistised meduusisarnastest organismidest. [3]

Ajalugu[muuda | redigeeri lähteteksti]

Leeuwenhoeki mikroskoop

Esimesed teadmised mikroorganismidest olid puudulikud ning põhinesid spekulatsioonidel, kuna uurimismetoodika ning –vahendid olid puudulikud. Antoni van Leeuwenhoek (1632–1723) oli üks esimesi teadlasi, kes ise konstrueeritud mikroskoopi kasutades heitis pilgu mikroorganismide keerukale maailmale. Leeuwenhoeki mikroskoop oli lihtne läätsega seadeldis, mis võimaldas läätse taha asetatud objekti lähemale ning kaugemale liigutada ning seega uuritavat teravustada. Teadlase mikroskoop suurendas 200–300 korda.[4] Ta uuris algloomi, vetikaid, pärme ning baktereid, avastas spermatosoidid ning punased verelibled. Alates aastast 1673 saatis ta pidevalt Londoni Kuninglikule Seltsile kirju, milles kirjeldas oma tähelepanekuid mikroorganismide kohta.[4]. Leeuwenhoek sai inspiratsiooni oma mikroskoobi loomiseks inglise teadlaselt Robert Hooke’ilt (1635–1703), keda tänapäeval teatakse kui mikroskoobi täiustajat, organismide rakulise ehituse kirjeldajat ning Hooke’i seaduse sõnastajat. Hooke’i peetakse ka raku avastajaks. [5] Lazzaro Spallanzani (1729–1799) tõestas, et kasvumeediumi steriliseerimisel mikroobid hukkuvad ning uued mikroorganismide kolooniad saavad kasvama hakata vaid siis, kui meedium puutub kokku õhuga.[6]

Louis Pasteur (1822–1895) arendas Spallanzani ideed veelgi edasi ning esines 1864. aastal Sorbonne’is ettekandega, millega tõestas, et elu abiogeneesi teel ehk elu ei saa tekkida vahetult eluta ainest. Ta kasutas oma katsetes kurekaelaga kolbe, milles olev ainete segu steriliseeriti. Kolvi otsas oli avaus, mis tagas õhu juurdepääsu, kuid kolvi kael takistas mikroobide liikumist. Kui kolb purustati, hakkasin mikroorganismid segus aktiivselt paljunema. Lisaks töötas Pasteur välja pastöriseerimine protsessi, lõi vaktsiinid siberi katku ning marutõve vastu.[7] Robert Koch (1843–1910) oli meditsiinilise mikrobioloogia rajaja. Uurides mitmeid bakterioloogilisi haigusi ning kasvatades baktereid söötmetel, leidis ta, et mitmeid haigustekitajaid on võimalik meediumil kasvatada ning seejärel süstida tervetesse loomadesse, põhjustades nende haigestumise [8]. Ta töötas välja ka Kochi postulaadid.

Klassifikatsioon[muuda | redigeeri lähteteksti]

Mikroorganismide hulka kuuluvad bakterid, mikroseened, arhed ja protistid; siia alla ei kuulu aga viirused ja prioonid, mida üldiselt loetakse elututeks, kuigi paljud mikrobioloogia harud uurivad ka viirustega seotud protsesse.

Eukarüoodid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Eukarüoodid on väga mitmekesine domeen, kuhu kuuluvad nii silmaga nähtavad organismid kui ka paljud mikroorganismid. Erinevalt bakteritest ning arhedest on eukarüootidel olemas rakutuum, kus asub DNA, ning mebraanidega ümbritsetud organellid. Eukarüootide DNA on pakitud keerukatesse kromosoomidesse[9]. Eukarüootides esinevad organellid – mitokondrid ja kloroplastid – arvatakse olevat prokarüootset päritolu. Ehkki nad on eukarüootse raku osad, on neil oma DNA ning neid ei sünteesita kokku osadest, vaid neid tekib juurde olemasoleva organelli pooldumisel. Ilmselt tekkisidki eukarüootsed rakud prokarüoote „alla neelates“.[10]

Protistid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Protistid on kõik eukarüoodid välja arvatud seened, loomad ja taimed. Nad võivad olla ainu- või hulkraksed. Protiste leidub peaaegu kõikjal, kus on vett. Traditsiooniliselt jaotatakse protiste nende toitumistüübi alusel: ainurakse looma sarnased protistid e algloomad, taimesarnased protistid e ainuraksed vetikad, seentele sarnased limakud ja veeseened[11]. Paljud neist on olulised primaarprodutsendid, moodustades suure osa ookeanide planktonist. Herbi- ja bakteriovoorsetel protistidel on tähtis roll mageveekogude ökosüsteemides. Mitmed protistid on ka haigustekitajad, neist tuntuim on parasiitne algloom plasmoodium, mis põhjustab malaariat. Ka toksoplasmoosi ning trihhomonoosi põhjustavad protistid.[12]

Loomad[muuda | redigeeri lähteteksti]
Mikrofoto varbussidest

Kuigi paljud mikroskoopilised loomad on hulkraksed, siis enamikku neist on ilma mikroskoobita peaaegu võimatu märgata. Aerjalalised ning vesikirbulised on väikesed lülijalgsete hõimkonda kuuluvad mikroorganismid, mis koos keriloomadega ning protistidega moodustavad zooplanktoni ehk loomhõljumi, mis on oluliseks toiduallikaks kõrgematele organismidele[13]. Huvitavad loomsed mikroorganismid on ümarussid ehk nematoodid, mis on levinud kogu Maal – meres, magevees, maismaal ning parasiitselt teistes organismides. Nematood Caenorhabditis elegans ehk varbuss on bioloogias oluline mudelorganism. Üldiselt on mikroskoopilised loomad väga laia levialaga ning peavad muutlikele keskkonnatingimustele hästi vastu.[14]

Seened[muuda | redigeeri lähteteksti]

Paljud seeneliigid on üherakulised. Tuntuimad pärmseened on teaduses mudelorganismina kasutatavad pagaripärm (Saccharomyces cerevisiae) ja pärmseen Candida albicans, mis põhjustab inimestel naha seenpõletikke. Need seened läbivad oma elutsüklis nii haploidse kui ka diploidse faasi ning paljunevad pungumise või jagunemise teel[15].

Taimed[muuda | redigeeri lähteteksti]

Rohevetikate hulgas on mitmeid mikroskoopilisi liike. Kuigi paljud ainuraksed vetikad kuuluvad protistide hulka, siis osad paigutatakse taimede riiki – rohevetiktaimed (Chlorophyta) ja mändvetiktaimed (Charophyta) on pisikesed vetikad, mida leidub enamasti mageveekogudes. Fotosünteesivõime muudab vetikad olulisteks primaarprodutsentideks.[16]

Prokarüoodid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Prokarüoodid on organismid, millel puuduvad rakutuum ning membraaniga piiritletud organellid. Nad elavad üldjuhul keskkonnas üksikute rakkudena, erandiks on teatud müksobakterid, mis on teatud eluetapil võimelised moodustama viljakehi [17]. Prokarüoodid jaotatakse kahte domeeni: bakterid ja arhed. Nad on võimelised elama ka ekstreemsetes keskkonnatingimustes – kuumaveeallikates, loomade seedetraktis, sügaval pinnases või ookeanide põhjas. Maad asustab umbkaudselt 4–6 × 1030 rakku prokarüoote, mis moodustab tohutu osa kogu elustikust.[18]

Bakterid[muuda | redigeeri lähteteksti]
Bakteri pooldumine

Bakterid on mikroskoopilised organismid, mis elavad üksikrakkudena või moodustavad mitmerakulisi funktsioneerivaid kolooniaid. Nende genoomiks on rõngas-DNA, mida nimetatakse ka bakterikromosoomiks. DNA asub raku kõrgelt struktureeritud alas ehk nukleoidis. Lisaks võib bakterites esineda väikeseid DNA rõngasmolekule ehk plasmiide, mis replitseeruvad genoomist sõltumatult[19]. Bakterid paljunevad pooldumisega, mõnel juhul ka pungumise või sugulise paljunemise teel. Eriti huvitavalt paljuneb Epulopiscium fishelsoni, mille tütarrakud arenevad organismi sees ning väljuvad hiljem pilude kaudu. Selline paljunemine meenutab sündimist.[20]

Arhed[muuda | redigeeri lähteteksti]

Arhed ehk ürgid on samuti mikroskoopilised prokarüoodid, mida alles molekulaaruuringute abil bakteritest eristati. Ribosoomi RNA uuringute põhjal on arhedel rohkem ühist eukarüootidega kui bakteritega. Alles 1990. aastal moodustati tänaseks tuntud kolm eluslooduse domeeni: bakterid, arhed, eukarüoodid.[21]) Arhed erinevad bakteritest geneetiliste ja biokeemiliste faktorite poolest. Näiteks arhede rakumembraanides esinevad eeterlipiidid, bakterite membraanides aga esterlipiidid. Siiski on arhede elutsükkel ning toitumine sarnasem bakteritele kui tüüpilistele eukarüootidele.[22]

Elupaigad ja ökoloogia[muuda | redigeeri lähteteksti]

Mikroorganismid elavad Maal peaaegu kõikjal, kus on vett (ka geisrites ja ookeani põhjas), samuti sügaval maapinnas. Eluvõimelisi mikroorganisme on leitud isegi miljonite aastate vanusest igijääst. Mikroorganismid võivad olla ka sümbiontses suhtes teiste organismidega: mutualismi puhul elavad kaks erinevast liigist organismi üksteisest sõltuvalt koos vastastikku kasulikku kooselu. Samblik on mutualistlik eluvorm, mis koosneb kahest sümbiondist: seenkomponendist ja fotobionist (vetikas ja/või tsüaanobakter). Seeneniidistik võtab ümbritsevast keskkonnast vett ja mineraalaineid ja süsihappegaasi. Bakteri– ja/või vetikarakud saavad seeneniidistikust vajalikud ained ning toodavad fotosünteesides toitaineid, mida seen fotobiondist imeb.[23] Parasitismi puhul on parasiit see, mis saab oma peremeesorganismi elutegevusest teatavat kasu. Parasiitne mikroorganism on näiteks peamiselt troopilises kliimas leviv düsenteeria–siseamööb (Entamoeba histolytica), mis inimese seedekulglasse sattudes hakkab seal paljunema ning soolerakke hävitama, põhjustades ägedat kõhulahtisust ja põletikke.[24] Ekstremofiilid on mikroorganismid, mis suudavad ellu jääda ka karmides keskkonnatingimustes, mis tavaliselt oleks elusorganismidele surmavad.[25] Teadlased on leidnud ekstremofiile, mis suudavad ellu jääda isegi vaakumis, on resistentsed suurtele annustele ultraviolettkiirgusele, millest võib järeldada, et teatud mikroorganismid oleksid võimelised isegi kosmoses ellu jääma.[26] Looduses on mikroorganismid aineringes sageli lagundajad, muundades mineraliseerumise käigus surnud orgaanilised ained anorgaanilisteks aineteks, mida saavad taaskord kasutada autotroofsed taimed. Kuna mõned mikroobid seovad lämmastikku, mängivad nad olulist rolli lämmastikuringes.[27]

Kasutamine[muuda | redigeeri lähteteksti]

Toiduainetööstus[muuda | redigeeri lähteteksti]

Saccharomyces cerevisiae ehk pagaripärmi rakud mikroskoobi all

Paljusid mikroorganisme kasutatakse toiduainetööstuses, spetsiifilisemalt veini– ja õlletootmisel (pagaripärm), küpsetamisel (pagaripärm) ja marineerimisel (äädikhappebakterid)[28]. Eriline osa on piimhappebakteritel piimatoodete käärimisel ehk fermentatsioonil – juustu, kohupiima ja teiste hapupiimatoodete valmistamisel. Jogurtitesse lisatakse probiootilisi piimhappebaktereid, mis aitavad kaasa seedeprotsessidele ning pärsivad haigustekitajate paljunemist[29].

Energia[muuda | redigeeri lähteteksti]

Mikroobide etanoolkäärimise tulemusena tekkivat etanooli kasutatakse autotööstuses bensiinilisandina. Energia tootmiseks kasutatakse ka lagunemisprotsessides tekkivat biogaasi, metaani. Alates 2011. aasta märtsist sõidavad Tartu linnas biogaasil töötavad bussid.[30] Lisaks uurivad teadlased võimalusi, kuidas vetikad saaksid efektiivselt toota vedelkütuseid.[31]

Bioremeditsioon[muuda | redigeeri lähteteksti]

Reovee puhastussüsteemides kasutatakse lisaks mehhaanilisele ning keemililisele puhastamisele ka mitmeid mikroobiliike, mis on spetsiaalselt kasvatatud ja kohandatud, et puhastada vett ökoloogilisemal viisil ning vähem kemikaale kasutades.[32]

Teadus[muuda | redigeeri lähteteksti]

Teaduses kasutatakse paljusid mikroorganisme nende lihtsa ehituse ning odava kasvatamise tõttu mudelorganismidena. Mudelorganismid aitavad uurida geenide järjestusi, geenide toimet ja funktsioone ning üldse seoseid genotüübi ja fenotüübi vahel; on aluseks metabolismi toimimise, arengubioloogia ja haiguste uuringutele.[33] Tähtsamad mikrokoopilised mudelorganismid on:

Vaata ka[muuda | redigeeri lähteteksti]

Viited[muuda | redigeeri lähteteksti]

  1. Thomas Cavalier-Smith. Cell evolution and Earth history: stasis and revolution. (abstraktist). 2006. The Royal Society. (PDF) (inglise)
  2. http://www.ebc.ee/loengud/evol/evol97_6.html Loegukursus evolutsioonilisest bioloogiast, Richard Villems, fossiilid
  3. David Burne. „Evolutsioon linnulennult“, tõlge eesti keelde Tallinn: Koolibri kirjastus, 2007. Lk 158–163
  4. 4,0 4,1 J. R. Porter. „Antony van Leeuwenhoek: Tercentenary of His Discovery of Bacteria“. (lk 260–269). Microbiol. Mol. Biol. Rev., June 1976. (PDF) Kasutatud 30.09.2012. (inglise)
  5. http://www.science-of-aging.com/timelines/hooke-history-cell-discovery.php – Robert Hooke and The Discovery of the Cell, ingliskeeles
  6. http://www.britannica.com/EBchecked/topic/557970/Lazzaro-Spallanzani – Lazzaro Spallanzani, Encyclopedia Britannica http://www.britannica.com
  7. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1045187002500595 Biography: LouisPasteur: A controversial figure in a debate on scientific ethics. B.Lee Ligon. Aprill 2002. Seminars in Pediatric Infectious Diseases Volume 13, Issue 2, April 2002, lk 134–141.
  8. http://forms.asm.org/microbe/index.asp?bid=52099 – Pasteur-Koch: Distinctive Ways of Thinking about Infectious Diseases, Agnes Ullmann, American Society for Microbiology, ingliskeeles, august 2007, http://forms.asm.org/
  9. http://www.ucmp.berkeley.edu/alllife/eukaryotamm.html Eukaryota: More on Morphology, University of California Museum of Paleontology, http://www.ucmp.berkeley.edu
  10. David Burne. „Evolutsioon linnulennult“, tõlge eesti keelde Tallinn: Koolibri kirjastus, 2007. Lk 158–163
  11. http://biology.clc.uc.edu/courses/bio106/protista.htm – Protista, J. Stein Carter, UC – Clermont College Biology courses, november 2004
  12. http://users.rcn.com/jkimball.ma.ultranet/BiologyPages/P/Protists.html – The Protists, John W. Kimball, Kimball's Biology Pages, märts 2012,
  13. http://www.wisegeek.com/what-are-some-common-microscopic-animals.htm#lbimages – What are Some Common Microscopic Animals?, written by: Michael Anissimov, edited by: Bronwyn Harris, september 2012, http://www.wisegeek.com
  14. http://avery.rutgers.edu/WSSP/StudentScholars/project/introduction/worms.html – C. elegans as a Model System – Genes, Genomes, and Human Genetics, on-line course, Rutgers University
  15. http://science.jrank.org/pages/7438/Yeast-Life-cycle.html – Yeast – Life Cycle, Science Encyclopedia, http://science.jrank.org
  16. http://www.microscopy-uk.org.uk/mag/indexmag.html?http://www.microscopy-uk.org.uk/mag/wimsmall/green.html – Green Algae, Wim van Egmond, Microscopy-UK, http://www.microscopy-uk.org.uk/index.html
  17. http://gt.inkblue.net/bakterisystemaatika/Loeng/ delta- ja epsilonbakterid, bakterisüstemaatika loeng, Tiina Alamäe, 2007
  18. William B. Whitman, David C. Coleman, William J. Wiebe. Prokaryotes: The unseen majority. Juuni 1998. Kasutatud 02.10.2012. (inglise)
  19. http://www.ebc.ee/loengud/maia_gen/geneetika16.htm – Bakterite geneetika, Maia Kivisaar, geneetika üldkursus, http://vvv.ebc.ee/
  20. Esther R. Angert, Kendall D. Clements. Initiation of intracellular offspring in Epulopiscium. (lk 827–835). veebruar 2004. Molecular Microbiology Volume 51, Issue 3. Kasutatud 02.10.2012. (inglise)
  21. C R Woese, O Kandler, M L Wheelis. Towards a natural system of organisms: proposal for the domains Archaea, Bacteria, and Eucarya.. (abstraktist). juuni 1990. Kasutatud 30.09.2012. (inglise)
  22. M De Rosa, A Gambacorta, A Gliozzi. Structure, biosynthesis, and physicochemical properties of archaebacterial lipids.. (sissejuhatusest). märts 1986. Kasutatud 30.09.2012. (inglise)
  23. http://www2.mcdaniel.edu/Biology/eco/mut/mutualism.html – Mutualism, McDaniel College, Biology Course
  24. http://www.loodusajakiri.ee/eesti_loodus/artikkel3190_3169.html "Selgrootu oht", Mati Martin, Eesti Loodus, märts 2010, http://www.eestiloodus.ee/index.php
  25. Robertson C, Harris J, Spear J, Pace N (2005). "Phylogenetic diversity and ecology of environmental Archaea". Curr Opin Microbiol 8 (6): 638–42. doi:10.1016/j.mib.2005.10.003.PMID 16236543.
  26. Horneck G (1981). "Survival of microorganisms in space: a review". Adv Space Res 1 (14): 39–48. doi:10.1016/0273-1177(81)90241-6. PMID 11541716.
  27. http://www.nhptv.org/natureworks/nwep11b.htm – Decomposers, Nature Files Consepts, NatureWorks
  28. http://www.loodusajakiri.ee/eesti_loodus/EL/vanaweb/9808/aadikas.html – "Vein + bakterid + hapnik = äädikas", Urmas Kokassaar, Eesti Loodus, august 1998
  29. http://www.endla.joosu.ee/piim-ja-piimatooted/ kaubanduserialade riikliku õppekava moodul “Kaubaõpetus” teema “Toidukaubaõpetus” alateema “Piim ja piimatooted”, kokkuvõtted Eesti piimatööstuste kodulehekülgedelt
  30. http://www.tartu.ee/?lang_id=1&menu_id=6&page_id=24079 – Biogaasibussid, Mihkel Lendok, http://www.tartu.ee/, märts 2011
  31. http://pipelineandgasjournal.com/liquid-fuels-algae-show-many-advantages?page=show LIQUID FUELS FROM ALGAE SHOW MANY ADVANTAGES, Carol Freedenthal, Pipeline and Gas Journal, jaanuar 2010 Vol. 237 No. 1,
  32. http://www.wcponline.com/column.cfm?T=T&ID=1725&AT=T – Bioremediation: Using Microbes to Clean Up Hazardous Waste, Kelly A. Reynolds, Water Conditioning & Purification Magazine, september 2002: volume 44, number 9
  33. http://www.loodusajakiri.ee/eesti_loodus/artikkel356_347.html – "Caenorhabditis elegans – üks noobel uss", Kaja Reisner, Eesti Loodus, mai 2003

Välislingid[muuda | redigeeri lähteteksti]