Mikrobiologian määritelmä
Mikrobiologia on mikroskooppisten eliöiden, kuten bakteerien, sienten ja alkueläinten tutkimusta. Siihen kuuluu myös virusten tutkimus, joita ei teknisesti luokitella eläviksi organismeiksi, mutta jotka sisältävät geneettistä materiaalia. Mikrobiologian tutkimus kattaa näiden mikro-organismien kaikki näkökohdat, kuten niiden käyttäytymisen, evoluution, ekologian, biokemian ja fysiologian sekä niiden aiheuttamien sairauksien patologian.
Mikrobiologian historia
Tiedemiehet havainnoivat mikro-organismeja ensimmäisen kerran, kun ensimmäiset alkeelliset mikroskoopit kehitettiin 1600-luvulla. Anton von Leeuwenhoek julkaisi ensimmäisenä havaintoja bakteereista, joita hän tarkasteli tarkastelemalla vettä mikroskoopilla. Vuonna 1684 hänen piirroksensa bakteereista julkaistiin Lontoon kuninkaallisen seuran Philosophical Transactions -lehdessä; nämä ovat ensimmäiset tunnetut piirrokset bakteereista. Hän kuvasi myös ensimmäisenä alkueläimet, jotka ovat yksisoluisia organismeja, joihin ameebat kuuluvat, ja kuvasi myös hiivan, jotka ovat sieniä, oluessa.
Mikrobiologian tekniikoita käytettiin pitkään vallalla olleen teorian spontaanista sukupolvesta kumoamiseen 1800-luvulla. Spontaani sukupolvi oli uskomus, jonka mukaan elävät olennot syntyivät spontaanisti ainesosien yhdistelmästä, usein myös epäorgaanisista ainesosista. Esimerkiksi uskottiin, että hiiret syntyivät likaantuneesta kankaasta ja vehnästä, jos yhdistelmä jätettiin ulos istumaan. Vaikka Francesco Redin kaltaiset tiedemiehet olivat kumonneet spontaanin sukupolven jo 1600-luvulla, usko teoriaan säilyi aina 1800-luvulle asti. Tämä alkoi muuttua, kun Louis Pasteur teki kokeita mikro-organismeilla. Hän osoitti, että mikro-organismit voitiin suodattaa ilmasta puuvillan avulla, ja hän pystyi myös pitämään nesteet steriileinä pitkiä aikoja keittämällä niitä joutsenkaulaisessa pullossa. Muita tärkeitä edistysaskeleita 1800-luvulla olivat muun muassa yhdistelmämikroskoopin laajamittainen käyttö ja värjäystekniikoiden kehittäminen mikro-organismien paremman visualisoinnin mahdollistamiseksi. Lisäksi alettiin ymmärtää, että mikro-organismit voivat aiheuttaa sairauksia, ja tehtiin immuniteettikokeita.
1900-luku oli kaikkien tieteenalojen, myös mikrobiologian, suuren kehityksen aikaa. Ensimmäiset rokotteet ja antibiootit kehitettiin, ja ensimmäisiä kemoterapeuttisia aineita käytettiin bakteeritautien, kuten kupan, hoitoon. Deoksiribonukleiinihappo (DNA) löydettiin solun perintöainekseksi, mikä avasi genetiikan tutkimusalan ja mahdollisti viime aikoina mikro-organismien genomien sekvensoinnin.
Mikrobiologian osa-alueet
Taksonomian mukaan
- Bakteriologia: bakteerien tutkimus.
- Immunologia: immuunijärjestelmän tutkimus. Siinä tarkastellaan taudinaiheuttajien, kuten bakteerien ja virusten, ja niiden isäntien välisiä suhteita.
- Mykologia: sienien, kuten hiivojen ja homeiden, tutkimus.
- Nematologia: sukkulamatojen (sukkulamatojen) tutkimus.
- Parasitologia: loisten tutkimus. Kaikki loiset eivät ole mikro-organismeja, mutta monet ovat. Alkueläimet ja bakteerit voivat olla loisia; bakteerien loisten tutkimus luokitellaan yleensä osaksi bakteriologiaa.
- Fykologia: levien tutkimus.
- Protozoologia: alkueläinten, yksisoluisten organismien, kuten ameebojen, tutkimus.
- Virologia: virusten tutkimus.
Tutkimustyypeittäin
Mikrobiologian tutkimus, kuten muutkin tieteellisen tutkimuksen alat, voidaan jakaa luokkiin puhdas ja soveltava. Puhdas tutkimus (tai perustutkimus) on kartoittavaa ja sitä tehdään tieteellisen ilmiön ymmärtämiseksi paremmin, kun taas soveltava tutkimus perustuu puhtaasta tutkimuksesta saatuun tietoon ja sitä käytetään vastaamaan tiettyihin kysymyksiin tai ratkaisemaan ongelmia.
Puhtaaseen mikrobiologiseen tutkimukseen kuuluu:
- Astromikrobiologia: elämän alkuperän tutkiminen maapallolla ja maan ulkopuolisen elämän etsiminen.
- Evoluutiomikrobiologia: mikro-organismien evoluutio.
- Solumikrobiologia: mikrobisolujen rakenteen ja toiminnan tutkiminen.
- Mikrobiologinen ekologia
- Mikrobien genetiikka
- Mikrobien fysiologia
- Systeemimikrobiologia: mikrobiologisten systeemien toiminnan matemaattinen/laskennallinen mallintaminen.
Mikäli sovelletun mikrobiologian tutkimukseen kuuluu:
- Maatalousmikrobiologia: kasvien ja maaperän kanssa vuorovaikutuksessa olevien mikro-organismien tutkimus.
- Elintarvikemikrobiologia: elintarvikkeiden pilaantumista tai elintarvikevälitteisiä sairauksia aiheuttavien mikro-organismien tutkimus. Voidaan myös tutkia, miten mikro-organismeja käytetään elintarviketuotannossa, kuten oluen käymisessä.
- Lääketieteellinen mikrobiologia: Ihmisen sairauksista vastuussa olevien mikro-organismien tutkimus.
- Mikrobiologinen biotekniikka: Mikrobien käyttäminen teollisuus- tai kuluttajatuotteissa.
- Farmaseuttinen mikrobiologia: lääkevalmisteissa, kuten rokotteissa ja antibiooteissa, käytettävien mikro-organismien tutkimus.
Tässä kuvassa bakteeripesäkkeet kasvavat agarlevyllä.
Mikrobiologian työtehtävät
Suurimpaan osaan mikrobiologian työtehtävistä edellytetään vähintään kandidaatin tutkinto. Mikrobiologiasta kiinnostunut henkilö voi suorittaa biologian tai mikrobiologian kandidaatin tutkinnon. Kurssitarjonta on hyvin samankaltainen kummassakin pääaineessa; vaikka mikrobiologian pääaine voi olla tarkemmin mikrobiologiaa opiskelemaan haluavan henkilön kiinnostuksen kohteita vastaava, biologian pääaineessa on myös mahdollista saavuttaa samanlainen tarkkuustaso suorittamalla ylemmän tason mikrobiologian kursseja. Biologian pääaine voi olla suositeltavampi, jos joku on kiinnostunut muista biologian osa-alueista tai jos hän opiskelee sekä biologiaa että jotain muuta alaa. Sekä mikrobiologian että biologian pääaineissa opiskelijoiden on suoritettava lukuisia biologian kursseja ja laboratorioita, ja yleensä heidän on suoritettava myös kemian (myös orgaanisen), fysiikan, matematiikan ja tilastotieteen kursseja.
Kandidaatin tutkinnon suoritettuaan voi työllistyä tutkimusteknikoksi akateemiseen tai teollisuuslaboratorioon antamaan teknistä tukea. Hänestä voi tulla myös laadunvarmistusteknikko elintarvike-, ympäristö-, lääke- tai biotekniikkateollisuudessa tai jonkin verran lisäkoulutusta hankkimalla hänestä voi tulla lääketieteellinen teknikko. Monet mikrobiologian tai biologian kandidaatin tutkinnon suorittaneet jatkavat kuitenkin kouluttautumista. Mikrobiologian maisterin tutkinnon suorittanut voi siirtyä laboratoriopäälliköksi/koordinaattoriksi tai bioturvallisuusvastaavaksi. Tohtorin tutkintoon johtava jatkokoulutus avaa mahdollisuuksia opettamiseen ja tutkimustyöhön yliopistossa. Professorina toimiminen edellyttää tohtorin tutkintoa. Myös useimmilla teollisuuden tutkimuslaboratorioiden johtajilla on tohtorin tutkinto. Muita mikrobiologiaan liittyviä korkeatasoisia uria ovat muun muassa konsultin/neuvojan, hallintovirkamiehen tai laboratorion johtajan ura.
- n.a. (n.d.). ”Mikrobiologian ja mikrobiologisten tieteiden urat”. American Society for Microbiology. Haettu 2017-05-11 osoitteesta https://www.asm.org/index.php/scientists-in-k-12-outreach/careers-in-microbiology.
- n.a. (n.d.). ”Tervetuloa mikrobiologiaan: Current Research.” Allied Academies. Haettu 2017-05-10 osoitteesta http://www.alliedacademies.org/microbiology-current-research/.
- n.a. (2014-11-14). ”Ura mikrobiologisissa tieteissä”. Floridan yliopisto. Haettu 2017-05-11 osoitteesta http://microcell.ufl.edu/programs/undergraduate-program/career-information/careers-in-the-microbiological-sciences/.
- Saeed, Farhan. (2013-12). ”Mikrobiologian alat.” Kaikki mikrobiologiasta. Haettu 2017-05-10 osoitteesta http://iqbalianmicro.blogspot.com/2013/12/branches.html.
- Wainwright, Milton, and Lederberg, Joshua (1992). ”Mikrobiologian historia.” In Encyclopedia of Biology, Vol. 2. Cambridge, MA: Academic Press. ISBN: 978-0122268007.
.