จุลชีววิทยา

จาก UTKWiki
ข้ามไปที่: นำทาง, สืบค้น

เนื้อหา

จุลชีววิทยากับสิ่งมีชีวิต

จุลินทรีย์ มีบทบาทเกี่ยวข้องกับชีวิตประจำวันของมนุษย์อย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ เนื่องจากเจ้าสิ่งมีชีวิตเหล่านี้อยู่โดยรอบพวกเรา ทั้งในอากาศ น้ำ และอาหาร และก็มีทั้งพวกที่มีประโยชน์ และพวกที่เป็นโทษ เช่น ก่อให้เกิดโรคต่างๆ ทั้งกับมนุษย์ และสัตว์ แต่บางกลุ่มก็มีประโยชน์มากมาย ซึ่งแม้มนุษย์ตั้งแต่ โบราณ ไม่รู้จักจุลินทรีย์ แต่ก็ได้ใช้ประโยชน์จากเจ้าจุลินทรีย์เหล่านี้ มานาน แสนนาน ดังนั้นหากเรามีความรู้เกี่ยวกับ จุลินทรีย์เหล่านี้ เราก็จะสามารถ ป้องกัน ควบคุม หรือกำจัด จุลินทรย์ที่ก่อให้เกิดโทษ ได้ อีกทั้งยังสามารถ นำจุลินทรีย์ ที่มีประโยชน์ มาใช้ได้อย่างมีประสิทธิ์ภาพ เนื่องจากจุลินทรีย์เกี่ยวข้องกับชีวิตมนุษย์หลายด้าน ดังนั้นจุลชีววิทยา ก็เป็นการศึกษา ในหลายด้าน เกี่ยวกับจุลินทรีย์ เช่นด้านการแพทย์ และสัตว์แพทย์ ศึกษาเกี่ยวกับการทำให้เกิดโรค กับมนุษย์ และสัตว์ จากจุลินทรีย์ รวมทั้งการควบคุมป้องกัน และรักษา ในโรงพยาบาลจะมีนักจุลชีววิทยาทางการแพทย์ ช่วยแพทย์ ตรวจวิเคราะห์ จุลินทรีย์สาเหตุของโรค และศึกษาถึงยาที่เหมาะสมกับจุลินทรีย์นั้นๆ ทางด้านสาธารณะสุข นักจุลชีววิทยา จะตรวจอาหาร น้ำ และวัตถุดิบต่างๆ รวมทั้ง อาหารสำเร็จรูป อาหารทะเล อาหารแช่แข็ง การส่งออก และนำเข้าอาหาร ว่ามีจุลินทรีย์ที่เป็นอันตรายหรือไม่ เพื่อการเฝ้าระวัง และรับรองคุณภาพอาหารเหล่านั้น ทางด้านการเกษตร นักจุลชีววิทยา ทำหน้าที่ ตรวจและศึกษาโรคพืช และสัตว์ จากจุลินทรีย์ และศึกษาถึงการควบคุม ป้องกัน การแพร่ระบาดของโรคจากจุลินทรีย์ และรักษา ทางด้านอุตสาหกรรม นักจุลชีววิทยา ทำหน้าที่ตรวจสอบคุณภาพด้านจุลินทรีย์ในโรงงานอุตสาหกรรมด้านอาหาร นอกจานี้ยังศึกษา และปรับปรุง กระบวนการผลิต ที่เกี่ยวข้อง กับจุลินทรีย์ เช่น ในโรงงานผลิตขนม อาหาร นม นมเปรี้ยว สุรา เบียร์ ยาปฏิชีวนะ ผงชูรส รวมทั้งระบบบำบัดน้ำเสียของโรงงาน ก็ใช้ จุลินทรีย์ในการย่อยสลายของเสียทั้งสิ้น แม้แต่ในโรงงานผลิต ซีอิ๊ว เต้าเจี้ยว น้ำปลา ก็ใช้ความรู้ ทางด้าน จุลชีววิทยาทั้งสิ้น ไม่เว้นในโรงงาน ระดับ ชาวบ้าน เช่น การผลิตไวน์ กระแช่ อุ สาโท แหนม ปลาร้า ปลาส้ม ผัก ผลไม้หมักดอง ในวิทยาศาสตร์ชั้นสูง มีการนำจุลินทรีย์ไปใช้ในการ ตัดต่อ ทางพันธุกรรมเพื่อให้มีความสามารถสูงขึ้น และเป็นประโยชน์มากขึ้น แม้แต่ทางสงครามก็มีการใช้อาวุธชีวภาพ ซึ่งส่วนใหญ่ก็คือจุลินทรีย์ หรือ ผลิตภัณฑ์ จากจุลินทรีย์ทั้งสิ้น

เซลล์และองค์ประกอบของเซลล์

โครงสร้างและองค์ประกอบของเซลล์ (Cell Structure and Organelles)

1) ผนังเซลล์ (cell wall) เป็นโครงสร้างที่แข็งแกร่ง ห่อหุ้มเซลล์ ป้องกันไม่ให้ของเหลวต่าง ๆ ภายในเซลล์ได้รับอันตราย พบในเซลล์พืช และแบคทีเรีย องค์ประกอบทางเคมีเป็น เซลลูโลส (cellulose) เป็นส่วนมาก และมีสารโปรตีน และลิกนิน (lignin) บ้าง เซลล์สัตว์ไม่มีผนังเซลล์แต่จะมี extracellular matrix (ECM) แทน ECM ประกอบไปด้วย สารพวก glycoproteinsเช่น collagen , proteoglycan complex และ fibronectin รวมทั้งคาร์โบไฮเดรทสายสั้นๆ ฝังอยู่ที่เยื่อหุ้มเซลล์ เซลล์แต่ละชนิดจะมี ECM ที่มีโครงสร้างและองค์ประกอบแตกต่างกันไปตามหน้าที่ของเซลล์นั้นๆ ECM ทำหน้าที่ในการ support , adhesion , movement และ regulation

236.jpg

2) เยื่อหุ้มเซลล์ (cell membrane) ลักษณะเป็นเยื่อบาง ๆ ห่อหุ้มทุกสิ่งทุกอย่างภายในเซลล์ ทำหน้าที่ป้องกันการรั่วไหลของสารประกอบต่าง ๆ ภายในเซลล์ คัดเลือกสารอาหารและสารอื่นที่จะเข้าหรือออกจากเซลล์ (semipermeable membrane) องค์ประกอบทางเคมี คือโปรตีน และไขมัน ปัจจุบันนี้เชื่อกันว่ามีโครงสร้างเป็นแบบ Fluid Mosaic Membrane

3) ไซโตพลาสซึม (cytoplasm) มีลักษณะเป็นของเหลวส่วนใหญ่จะเป็นโปรตีน กรดนิวคลีอิก สาร อนินทรีย์ และสารอินทรีย์เล็ก ๆ หน้าที่มีหลายอย่าง เช่น การสังเคราะห์ หรือสลายตัวของสารประกอบต่าง ๆ ที่ได้มาจากอาหาร เป็นแหล่งที่มีปฏิกริยาทางเคมีเกิดขึ้นอยู่เป็นจำนวนมาก

4) เอ็นโดพลาสมิคเรติคูลัมชนิดเรียบ (smooth endoplasmic reticulum : SER) เป็นเยื่อร่างแหที่มีลักษณะเรียบ เชื่อมโยงระหว่างนิวเคลียสกับเซลล์เมมเบรน ประกอบไปด้วยไขมันและโปรตีน ทำหน้าที่ในการขนส่งสารต่าง ๆ ผ่านเซลล์ และเกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ สเตรอยด์ (steroid) บางชนิด

5) เอ็นโดพลาสมิคเรติคูลัมชนิดขรุขระ (rough endoplasmic reticulum : RER) เป็นเยื่อร่างแหที่มีลักษณะขรุขระเพราะมีไรโบโซมมาจับอยู่ที่เมมเบรนทำหน้าที่สังเคราะห์โปรตีนที่เป็นองค์ประกอบของ endomembrane system และโปรตีนที่ส่งออกไปนอกเซลล์ทำหน้าที่คล้ายกันกับเอ็นโดพลาสมิคเรติคูลัมชนิดเรียบ พบในเซลล์สัตว์เท่านั้น

6) กอลจิ บอดี้ (golgi body) เป็นโครงสร้างที่ประกอบด้วยถุง( vacuole) หุ้มด้วยเยื่อบาง ๆ หลาย ๆ ถุงเรียงกันภายในถุงจะมีสารที่เซลล์จะขนส่งออกนอกเซลล์ ทำหน้าที่ในขบวนการขนถ่าย ( secretion ) เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ไลโซโซมและเซลเพลทของพืช

7) ไลโซโซม (lysosome) พบเฉพาะในเซลล์สัตว์ และพืชชั้นต่ำบางชนิดมีลักษณะเป็นถุงขนาดเล็ก มีเยื่อหุ้มภายในถุงประกอบไปด้วย hydrolytic enzymes ที่สามารถย่อยแป้ง ไขมัน โปรตีน และกรดนิวคลีอิค ทำหน้าที่ย่อยสารอาหาร และย่อยองค์ประกอบภายในเซลล์ (autophagic)ทำลายสิ่งแปลกปลอม เช่น แบคทีเรีย หรือเชื้อโรคจากภายนอกเซลล์

8) นิวเคลียส ( nucleus) เป็นโครงสร้างที่มีความสำคัญที่สุดของเซลล์ เป็นที่อยู่ของสารพันธุกรรมส่วนใหญ่ มีลักษณะเป็นรูปกลมหรือรูปไข่ เซลล์ทั่วไปจะมีหนึ่งนิวเคลียส แต่สัตว์ชั้นต่ำบางชนิด จะมีสองนิวเคลียส เซลล์เม็ดเลือดแดงของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเมื่อเจริญเต็มที่ จะไม่มีนิวเคลียส ทำหน้าที่เป็นศูนย์กลางควบคุมกิจกรรมต่าง ๆ ภายในเซลล์

ส่วนประกอบของนิวเคลียสมีดังนี้คือ

1. เยื่อหุ้มนิวเคลียส( nuclear membrane) - มีลักษณะเหมือนกับเซลล์เมมเบรน - ประกอบไปด้วยโปรตีนและไขมัน บางครั้งจะมีไรโบโซมมาเกาะอยู่ - จะมีรู (pores) มากมาย ซึ่งเป็นทางผ่านเข้าออกของสารต่าง ๆ

2. โครมาติน (chromatin) - เป็นส่วนของนิวเคลียสที่ติดสีย้อม - ส่วนที่ติดสีย้อมเข้มเรียกว่า เฮทเทอโรโครมาติน ( heterochromatin ) - ส่วนที่ติดสีจาง ๆ เรียกว่ายูโครมาติน (euchromatin) ซึ่งเป็นที่อยู่ของยีนหรือดีเอ็นเอ - โครมาตินจะหดสั้นเข้าและหนาในขณะที่เซลล์มีการแบ่งตัวซึ่งเรียกว่าโครโมโซม - สิ่งมีชีวิต แต่ละชนิดก็จะมีจำนวนโครโมโซม แตกต่างกันไป

3. นิวคลีโอลัส (nucleolus) - มีรูปร่างกลม ๆ จำนวนไม่แน่นอนเกาะติดกับโครโมโซม - เป็นส่วนที่ติดสีย้อมชัดเจน - องค์ประกอบทางเคมี คือโปรตีน, RNA และเอ็นไซม์อีกหลายตัว - ทำหน้าที่ของเกี่ยวข้องกับการแบ่งเซลล์

9) ไรโบโซม (ribosome) เป็นองค์ประกอบของเซลล์ที่มีขนาดเล็ก ไม่มีเยื่อหุ้ม พบในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตทุกชนิดทั้งในคลอโรพลาสท์และ ไมโตคอนเดรีย มีขนาดประมาณ 10-20 มิลลิไมครอน ประกอบไปด้วยสารโปรตีนรวมกับ r RNA (ribosomal RNA) ทำหน้าที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์โปรตีน ขนาดที่พบในเซลล์ของยูคาริโอทคือชนิด 80 S ขนาดที่พบในแบคทีเรีย, ไมโตคอนเดรีย และคลอโรพลาสท์ คือชนิด 70 S

10) เซนตริโอล (centriole) รูปทรงกระบอกเล็ก ๆ ประกอบด้วยไมโครทูบูล (microtubule) เรียงตัวกันเป็นวงกลม ทำหน้าที่สร้างเส้นใย สบินเดิล(spindle fiber) ไปเกาะที่เซนโตเมียร์ (centromere) ของโครโมโซมในระยะเมตาเฟสของการแบ่งเซลล์ ทำหน้าที่ช่วยในการเคลื่อนไหวของเซลล์โดยการบังคับ การหดและคลายตัวของไมโครทูบูล ของแฟลเจลลัม และซิเลีย

11) ไมโตคอนเดรีย (mitochondria) พบเฉพาะในเซลล์ยูคาริโอท ประกอบไปด้วยโปรตีน ไขมัน DNA RNA และไรโบโซม รูปร่างไม่แน่นอน อาจจะเป็นก้อน (granular) เป็นท่อนยาว ๆ(filamentous) หรือคล้ายกระบอง(club shape) ก็ได้ มีเยื่อหุ้มสองชั้นภายในมีเอ็นไซม์ที่เกี่ยวข้องกับการหายใจแบบใช้ออกซิเจน (aerobic respiration) หลายชนิด เป็นแหล่งผลิตพลังงานให้เซลล์ มีความสำคัญต่อการสันดาปอาหาร แบคทีเรียไม่มี ไมโตคอนเดรีย แต่จะมีโปรตีนและสารอื่น ละลายอยู่ในไซโตโซมทำหน้าที่เป็นแหล่งผลิตพลังงานให้กับเซลล์

12) คลอโรพลาสท์ (chloroplast) เป็นพลาสติค (plastid) ชนิดหนึ่งที่มีสีเขียว พบเฉพาะในพืชและแบคทีเรียบางชนิดที่สังเคราะห์แสงได้ ประกอบไปด้วย คลอโรฟิล (chlorophyll) DNA RNA ไรโบโซม, โปรตีน, คาร์โบโฮเดรทและเอ็นไซม์บางชนิด รูปร่างมีหลายแบบ เช่น รูปไข่ รูปจาน หรือรูปกระบอง ทำหน้าที่สังเคราะห์แสง

13) แวคูโอล (vacuole) ลักษณะเป็นก้อนกลมใส ๆ มีเยื่อบาง ๆ ล้อมรอบ มองเห็นได้ชัดเจน ทำหน้าที่ได้แตกต่างกันเช่น Food vacuole Contractile vacuole Central vacuole หรือ Tonoplast พบในเซลล์พืช มีขนาดใหญ่ ภายในจะมี น้ำประมาณ , สารอินทรีย์, สารอนินทรีย์ O2 และ CO2

14) แคปซูล (capsule) เป็นเกราะที่ประกอบด้วยคาร์โบไฮเดรทห่อหุ้มเซลล์แบคทีเรียบางชนิดไว้อีกชั้นหนึ่ง ทำให้แบคทีเรียทนต่อสภาพแวดล้อม ที่ไม่ดีต่าง ๆ ได้เป็นอย่างดี

15) แฟลเจลลัม (flagellum) เป็นองค์ประกอบของเซลล์แบคทีเรียบางชนิด ประกอบไปด้วยโปรตีนที่ยืดหดได้ (contractile) ทำหน้าที่ช่วยในการเคลื่อนไหวของเซลล์

16) โครงกระดูกของเซลล์ (The Cytoskeleton) มีลักษณะเป็นเครือข่ายของเส้นใย ( network of fiber) ภายในเซลล์ ประกอบไปด้วย microtubules , microfilaments และ intermediate filament ทำหน้าที่ค้ำจุน และทำให้เซลล์คงรูปร่างอยู่ได้ ช่วยในการเคลื่อนที่ของเซลล์ (Cell motility) และ vesicles

จะเห็นได้ว่า ไม่มีเซลล์ของสิ่งมีชีวิตใด จะมีองค์ประกอบครบทุกชนิด เซลล์พืช และเซลล์สัตว์ จะมีองค์ประกอบต่าง ๆ มากกว่าเซลล์แบคทีเรีย ซึ่งอาจเป็นเพราะว่า สัตว์และพืชประกอบไปด้วยเซลล์หลายชนิด ซึ่งเซลล์เหล่านี้จะต้องทำหน้าที่ประสานงานกัน เพื่อทำให้สัตว์ทั้งตัวหรือพืชทั้ง

วิวัฒนาการของจุลินทรีย์

ใน ปี ค.ศ.1831 ชารลส์ ดาร์วิน นักธรรมชาติวิทยาชาวอังกฤษ ได้ล่องเรือไปยังหมู่เกาะกาลาปากอส ในมหาสมุทรแปซิฟิก ทางฝั่งตะวันตก ของทวีปอเมริกาใต้ ซึ่งเป็นหมู่เกาะซึ่งเกิดขึ้นใหม่จากลาวา ซึ่งประทุขึ้นของภูเขาไฟใต้ท้องมหาสมุทร ดาร์วินสังเกตว่า ทำไมสัตว์ที่พบบนเกาะ แห่งนี้ จึงมีลักษณะพิเศษ แตกต่างไปจากสัตว์ประเภทเดียวกันบนผืนแผ่นดินใหญ่ เขาจึงตั้งข้อสันนิษฐานว่า สัตว์เหล่านี้มีต้นกำเนิดมาจากแผ่นดิน ใหญ่ และถูกน้ำพัดพา ลอยหรือบินมายังเกาะแห่งนี้ และเมื่อเวลาผ่านไปนับล้านปี มันได้ปรับตัวให้เข้ากับสิ่งแวดล้อมของเกาะรูปร่างลักษณะ ของมัน จึงแตกต่างไปจากบรรพบุรุษบนแผ่นดินใหญ่ ดาร์วินจึงนำเสนอทฤษฎีวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต ซึ่งตั้งอยู่บนพื้นฐานของข้อสังเกตสามประการ คือ สิ่งมีชีวิตทั้งมวลล้วนผันแปร มีความสามารถถ่ายทอดคุณสมบัติลักษณะ และต้องดิ้นรนแข่งขันเพื่อความอยู่รอด ปัจจัยทั้งสามนี้ทำให้สิ่งมีชีวิตบาง ชนิดปรับตัวได้ดีกว่าชนิดอื่นๆ ซึ่งยังผลให้มันอยู่รอดปลอดภัยและแพร่พันธุ์ได้มากขึ้น สิ่งมีชีวิตที่ปรับตัวได้ช้าก็คงเหลืออยู่น้อยหรือสูญพันธุ์ไป การ ปรับตัวที่ว่านี้เป็นไปอย่างช้าๆ แต่เมื่อเวลาผ่านไปเนิ่นนาน ผลที่ได้คือ คุณลักษณะต่างๆ จะปรากฏมากขึ้นๆ ในรุ่นต่อไป เขาเรียกกระบวนการเช่นนี้ว่า “การคัดเลือกโดยธรรมชาติ” (Natural selection) ในปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์พบว่า กลไกที่ขับดันให้เกิดการวิวัฒนาการมี 2 สาเหตุ คือ การกลายพันธุ์ และการอยู่รอดของผู้ที่เก่งกว่า

จุลินทรีย์และการนำไปใช้ประโยชน์

จุลินทรีย์กับสิ่งแวดล้อม ในปัจจุบันนิยมนำจุลินทรีย์มาช่วยรักษาสิ่งแวดล้อมให้สะอาดโดยเฉพาะในโรงงานอุตสาหกรรม ที่มีการปนเปื้อนของสารพิษเหล่านนี้อยู่ ทั้งที่ปนเปื้อนในแหล่งน้ำ และในดิน เช่น การนำจุลินทรีย์มาบำบัดสารมลพิษที่ย่อยสลายยากทั้งที่เป็นสารอินทรีย์และสารอนินทรีย์ โดยจุลินทรีย์เหล่านี้จะย่อยสลายสารมลพิษเหล่านี้ให้มีความเป็นพิษน้อยลง หรือย่อยจนสารพิษนั้นหมดไปทั้งนี้ขึ้นอยู่กับความเป็นพิษของสารนั้นและชนิดของจุลินทรีย์ที่นำมาบำบัด

จุลินทรีย์กับการแพทย์ จุลินทรีย์ถูกนำมาใช้เป็นตัวกลางในการผลิตสารที่จำเป็นบางอย่างที่เกี่ยวข้องกับทางการแพทย์และการรักษาโรค ซึ่งตามปรกติแล้วสารเหล่านี้จะสกัดมาจากคนหรือสัตว์ซึ่งให้ปริมาณน้อยไม่เพียงพอต่อความต้องการ ทำให้มีราคาแพง การผลิตโดยจุลินทรีย์จะอาศัยเทคนิคทางพันธุวิศวกรรม ทำให้เราสามารถทำการตัดต่อยีน ที่เกี่ยวข้องกับการผลิตสารชนิดนั้น ๆ

จุลินทรีย์กับอุตสาหกรรม จุลินทรีย์มักนำมาใช้ส่วนใหญ่จะเกี่ยวกับอุตสาหกรรมอาหาร เช่น ยีสต์(Yeast) Saccharomyces cerevisiae เป็นจุลินทรีย์ที่ใช้ในการผลิตเครื่องดื่มประเภทแอลกอฮอล์ ที่รู้จักกันดีคือ เบียร์ เหล้า และไวน์ เชื้อรา Aspergillus oryzae ใช้ผลิตอาหารและอาหารเสริม เช่น ซีอิ้ว เต้าเจี้ยว น้ำปลา น้ำส้มสายชู ปลาร้า แบคทีเรีย (Bacteria) ในจีนัสแลคโตเบซิลัส(Lactobacillus) ใช้ในการผลิตนมเปรี้ยว (cultured milk) ทุกชนิดได้ เชื้อรา Aspergillus niger ใช้ในอุตสาหกรรมอาหาร เป็นเครื่องปรุงรสอาหาร ในอุตสาหกรรมน้ำหมึก สีย้อม และใช้ในวงการแพทย์ เชื้อรา Aspergillus oryzae ใช้ในการทำให้ไวน์ เบียร์ และน้ำผลไม้ใสขึ้น ยีสต์ Saccharomyces cerevisiae ใช้ในอุตสาหกรรมทำลูกกวาด ไอศกรีม

จุลินทรีย์กับการเกษตร ส่วนใหญ่นิยมนำมาทำเป็นเชื้อ EM (ปุ๋ยชีวภาพ) ได้แก่ กลุ่มจุลินทรีย์สังเคราะห์แสง แลกโตบาซิลัส (Lactobacillus), เพนนิซีเลียม (penicillum), ไตรโคเดอมา(Trichoderma), ฟูซาเรียม (Fusarium), สเตรปโตไมซิส (Streptomysis) อโซโตแบคเตอ(Azotobacter) ไรโซเบียม (Rhizobium) ยีสต์ (yeast) รา ( mold ) เป็นต้น

เครื่องมือส่วนตัว

สิ่งที่แตกต่าง
ปฏิบัติการ
ป้ายบอกทาง
เครื่องมือเพิ่ม
สไลด์อบรม