Mikroorganismer

Mikrobiologi - usynlig liv

Faget mikrobiologi omfatter levende organismer, mikroorganismer, som er for små til at vi kan se dem med det blotte øyet. For å undersøke slike organismer, er det nødvendig med mikroskop. Til mikroorganismene hører bakterier, protoza, sopp og mikroskopiske alger. Virus regnes også med til mikroorganismene, selv om de egentlig ikke er levende i ordets rette forstand. Basert på cellestruktur finner vi to typer celler, prokaryote og eukaryote. Bakterier har prokaryote celler. De er enklere enn eukaryote celler ved at de ikke har organeller som mitokondrier, kloroplaster eller Golgiapparat. Arvematerialet er ikke omgitt av en kjernemembran. 

Hos bakterier (se bilde under) består cellen av en ytre cellevegg og en cellemembran som avgrenser cellen fra omgivelsene. Innenfor cellemembranen ligger cellens proteiner og arvestoff, DNA, fritt i cytoplasma. En bakterie kan inneholde tusenvis av ribosomer. På ribosomene foregår syntesen av proteiner. Her blir informasjonen i RNA-molekyler oversatt til protein. Denne prosessen kalles translasjon. På celleoverflaten har mange bakterier flageller, dette er proteinstrukturer for enkel bevegelse.

Vi finner prokaryote mikroorganismer i to av livets tre domener, Bacteria, Archea og arkebakterier. Innenfor hver av domenene er organismene mer i slekt med hverandre og de har dermed større likhetstrekk med hverandre enn med organismene i de andre domenene. Bakterier finnes overalt, og de har viktige roller i biosfæren, spesielt i nedbrytning og resirkulering av biologisk materiale. Arkebakterier lever ofte i ekstreme miljø som for eksempel i saltsjøer under aerobe forhold og ved ekstremt høye temperaturer. De har litt andre egenskaper enn bakterier. Livets tredje domene, som omfatter eukaryote celler, omfatter også mennesket. Mikroorganismene i dette domenet inndeles i protister (alger, protozoa) og fungi (mugg, gjær og sopp). 

Prokaryot celle

Mikroorganismer - venn eller fiende?

Faget mikrobiologi er omtrent like gammel som mikroskopet, det vil si fra starten av 1600-tallet. Først når man kunne forstørre opp det man observerte, fikk man øye på mikroorganismene. Likevel var det først på siste del av 1800-tallet at faget virkelig begynte å spille en rolle. De første studier av mikroorganismer kom da man begynte å forstå at sykdom hos planter og dyr smitter fra et individ til et annet. Noe måtte overføre smitten mellom individer. Samtidig begynte man å tvile på ideen om at liv oppstod spontant. I antikken og middelalderen tenkte man seg at enkle livsformer oppstår spontant i organisk materiale, som i seg selv hadde ”evne til liv”. Mugg i leverposteien skyldes altså posteiens iboende evne til å skape liv. Hver gang noe i kjøleskapet blir muggent, har det oppstått nytt liv. I dag vet vi at mikroorganismer som muggsopp finnes rundt oss hele tiden, og ved gunstige vekstforhold vil de vokse og bli synlige for det blotte øye. Mugg på leverposteien skyldes ikke nytt liv, men gode vekstvilkår for mugg som naturlig finnes i luften i og rundt kjøleskapet.

Den kjente vitenskapsmannen Louis Pasteur (1822-95), en av grunnleggerne av mikrobiologien, avviste endelig hypotesen om spontant liv i 1860-årene. Dette var starten på en ”gullalder” innen mikrobiologien, og en rekke sammenhenger mellom mikroorganismer og sykdommer ble beskrevet. Den norske legen Gerhard Henrik Armauer Hansen (1841-1912) beskrev leprabasillen som årsak til spedalskhet (lepra). Oppdagelsene innen mikrobiologien førte til en rekke tiltak som forbedret folks levevilkår og helse, hovedsakelig innen hygiene, drikkevannsforsyning og næringsmiddelkontroll. 

Mikrobiologien har utviklet seg og er aktuell på mange ulike områder. Medisinsk mikrobiologi følger i tradisjonen fra mikrobiologiens ”gullalder”, og her er søkelyset på mikroorganismer som årsak til sykdom hos mennesker og dyr. Hvordan disse kan diagnostiseres og behandles. Et moderne sykehus er helt avhengig av god mikrobiologisk kompetanse. I forlengelse av medisinsk mikrobiologi ligger mikrobiologi og folkehelse. Det er viktig for samfunnet å føre kontroll med smittsomme sykdommer i befolkningen, samt påse at vi har rent drikkevann og sykdomsfrie næringsmidler. I Norge er dette kontrollert av Mattilsynet og Folkehelseinstituttet.  

Et annet viktig område er mikrobiell økologi. Mikroorganismene spiller en avgjørende rolle i omsetningen av grunnstoffer som nitrogen, karbon og svovel. Ett eksempel er nitrogenets kretsløp på jorda. Alt levende trenger nitrogen for å bygge proteiner og DNA, men ulike livsformer nyttiggjør seg ulike former for nitrogen. Mennesker og dyr får nitrogen i form av aminosyrer, enten ved å spise planter eller dyr som har spist planter. Plantene nyttiggjør seg nitrogen i form av nitrat som finnes i jorda. Nitratet dannes av mikroorganismer som omsetter ammoniakk til nitrat. Ammoniakken kommer fra avfall som skilles ut av dyr og mennesker, samt fra nedbrytning av døde dyr og planter. Mikroorganismene er altså en av tre komponenter som utgjør nitrogenets kretsløp og helt nødvendige for livet på jorda.

Mikrobiologi er en sentral fagdisiplin innenfor biologi. Mikroorganismer vokser raskt og er enkle og arbeide med. Forskning og studier av ulike mikroorganismer har hatt en enorm betydning for utvikling av andre og nyere fagområder som biokjemi og molekylærbiologi. Innsikt i livet hos mikroorgansimene har gitt oss forståelse av livets byggesteiner og hvordan vi selv er bygd opp. Bruken av bakterier er et helt nødvendig verktøy i moderne molekylær og cellebiologisk forskning. Mikrobiologien er således grunnlaget for moderne genteknologi og bioteknologi.    

Mennesket har nyttegjort seg mikroorganismer i tusenvis av år. Gjær hever brøddeigen ved å produsere CO₂ som gir luftigere brød, og ved brygging av øl danner gjæren alkohol. Den samme prosessen gjør druesaft til vin. Fremstillingen av disse næringsmidlene var kjent lenge før man fikk kjennskap til de involverte mikroorganismene. En rekke meieriprodukter, som yoghurt og ost, produseres også ved hjelp av mikroorganismer. 

Nyere matproduksjon har aktivt utviklet mikroorganismer og prosesser for å få fram best mulige produkter. Et eksempel er Jarlsbergosten, som det selges mer av utenfor enn i Norge. Denne ble til gjennom forskning og utvikling ved Universitet for miljø- og biovitenskap (tidligere Norges Landbrukshøyskole) på Ås. Økt kunnskap om mikrobiologi og matproduksjon har ikke bare gitt mulighet for nye og bedre produkter, men også hindret sykdom og smitte fra næringsmidler. Pasteurisering (oppkalt etter Louis Pasteur) er varmebehandling av melk som både bevarer næringsinnhold og smakskvalitet, og tar livet av potensielt skadelige bakterier som er naturlig tilstede i rå melk.

Mikroorganismer kan omsette mye forskjellig organisk materiale. De er derfor effektive i avfallsnedbrytning og har en viktig rolle i naturens kretsløp. Kompostering er resirkulering av biologisk materiale. I dag behandles mat- og biologiskavfall ved industrialiserte komposteringsanlegg. Ved nedbrytning av matavfall (våtorganisk avfall) danner bakteriene metangass. Metan produsert på denne måten kalles biogass. Bakterier nyttes også i biologiske rensing av kloakk og avløpsvann. I fremtiden ser vi for oss økt bruk av mikroorganismer for å gjenvinne og utnytte ressursene enda bedre.

Kombinasjonen av mikrobiologi og moderne genteknologi har gitt nye muligheter. En rekke molekyler produseres i bakterier for bruk innen næringsmiddel- og legemiddelindustri som for eksempel insulin og vitaminer. I fremtiden vil vi kunne nyttiggjøre mikroorganismer i enda større grad, både ved at vi oppdager og beskriver flere organismer, men også ved at vi kan tilpasse og endre organismene til vårt bruk. Kanskje ser vi starten av en ny ”gullalder” for mikrobiologien?