บทนําและวิวัฒนาการของจุล ... · 2017-01-16 ·...

ผศ.ดร.ปิยะนุช เนียมทรพัย์

คณะวิทยาศาสตร ์มหาวิทยาลยัแม่โจ้

บทนําและวิวฒันาการของจลุชีววิทยา

จลุชีววิทยา (Microbiology) เป็นวชิาทีศ่กึษาเกีย่วกบัจุลนิทรยีแ์ละกจิกรรมของจุลนิทรยี ์

เชน่การศกึษาเกีย่วกบัรปูรา่ง หน้าทีก่ารทาํงาน กระบวนการ

เมแทบอลซิมึ การสบืพนัธุ ์การจดัจาํแนกชนิดของจุลนิทรยี ์รวมทัง้

การศกึษาการกระจายของจุลนิทรยีใ์นธรรมชาต ิ และความสมัพนัธ์

กนักบัสิง่มชีวีติอื่น ประโยชน์และโทษของจุลนิทรยีท์ีม่ต่ีอมนุษย ์

และสตัว ์ ความสามารถในการทาํใหเ้กดิความเปลีย่นแปลงกบั

สิง่แวดลอ้ม

จลิุนทรีย ์(Microorganisms) คืออะไร ?

- สิง่มชีวีติขนาดเลก็ทีม่องดว้ยตาเปลา่ไมเ่หน็ หรอืเหน็ไม ่

ชดัเจน เชน่ แบคทเีรยี สาหรา่ย

ทัง้ทีม่โีครงสรา้งเป็นเซลล ์(cellular organisms) และทีม่ี

โครงสรา้งไมเ่ป็นเซลล ์(non-cellular organisms)

- หน่วยของจุลนิทรยีม์หีน่วยเป็นไมโครเมตร (micrometer)

โดยจุลนิทรยีจ์ะมขีนาดประมาณ 0.2-3 ไมโครเมตร ยาว

ประมาณ 3-10 ไมโครเมตร

การจดัจาํแนกจลิุนทรีย์ ค.ศ.1969 วทิแทกเกอร ์(Robert H.Whittaker) ไดม้กีารจดัสิง่มชีวีติ

ออกเป็น 5 อาณาจกัร โดยอาศยัลกัษณะการไดส้ารอาหาร การสงัเคราะห์

แสง การดดูซมึอาหารและการกนิอาหาร ดงัน้ี

1. Kingdom Monera

2. Kingdom Protista

3. Kingdom Fungi

4. Kingdom Plantae

5. Kingdom Animalia

Prokaryotic cell

ไม่มีเย่ือหุ้มนิวเคลียส

Eukaryotic cell

มีเย่ือหุ้มนิวเคลียส

จลิุนทรีย์

(แบคทเีรยี สาหรา่ยสเีขยีวแกมน้ําเงนิ)

(โปรโตซวั)

(ยสีต ์เหด็ รา)

(พชื)

(สตัว)์

- Cellular organisms: Prokaryote – Bacteria, Rickettsia

Eukaryote – Protozoa, Algae, Fungi

- Non-cellular organisms: Virus, Viroid, Prion

Virus

Viroid

Prion

• แบคทีเรีย (bacteria) เป็นพวกโพรคารโิอตเซลลเ์ดยีว (unicellular)

โดยทัว่ไปเพิม่จาํนวนเซลลโ์ดยวธิแีบง่จากหน่ึงเป็นสอง

กลุ่มต่างๆ ของจลิุนทรีย์

• โปรโตซวั (Protozoa)

- เป็นพวกยคูารโิอตเซลลเ์ดยีว รปูรา่งหลายแบบ เชน่ กลม ร ียาว

- ไซโตพลาสซมึม ี2 ชัน้ คอื Ectoplasm และ Endoplasm

- โดยทัว่ไปเพิม่จาํนวนเซลลโ์ดยวธิแีบง่จากหน่ึงเป็นสอง

• สาหร่าย (Algae)

- มทีัง้ทีเ่ป็นเซลลเ์ดยีวและหลายเซลล ์(multicellular)

- มคีลอโรฟิลลเ์พือ่ทาํหน้าทีส่งัเคราะหแ์สง

- มรีปูรา่งหลายแบบ เชน่ กลม แฉก กระบอก เหลีย่ม เป็นเสน้

สาย (filamentous) หรอื thallus

• รา (Fungi)

- เป็นพวกยคูารโิอตทีไ่มม่คีลอโรฟิลล ์

- มทีัง้แบบเซลลเ์ดยีว เชน่ ยสีต ์และหลายเซลล ์เชน่ ราเสน้

สายและเหด็

- สบืพนัธุโ์ดยการแบ่งตวั แตกหน่อ หรอืการสรา้งสปอร์

ไลเคน

ราก่อโรค

• ไวรสั (Virus) - เป็นอนุภาคทีม่ขีนาดเลก็มาก มองเหน็ได้ โดยใชก้ลอ้งจุลทรรศน์อเิลก็ตรอนเทา่นัน้ - ยงัไมม่อีงคป์ระกอบของเซลล ์แต่มเีอนไซม์ ในกระบวนการเมแทบอลซิมึ - ประกอบดว้ยสารพนัธุกรรมชนิด DNA หรอื

RNA และมโีปรตนีหอ่หุม้สารพนัธุกรรม - เพิม่จาํนวนไดเ้ฉพาะในเซลลท์ีม่ชีวีติเทา่นัน้

(Obligatory intracellular parasites)

• ไวรอยด ์(Viroid)

- Circular RNA

- ไมม่เีอนไซม์

- ทัง้หมดก่อโรคในพชื

- ไมม่โีปรตนีหอ่หุม้สารพนัธุกรรม

• พริออน (Prion)- มสีว่นประกอบเป็นโปรตนีอยา่งเดยีว ไมม่กีรดนิวคลอิกิ

- มคีวามทนทานต่ออุณหภูมสิงู 90 oC ซึง่ทาํลายไวรสัได้

- ไมถ่กูยอ่ยทาํลายโดยเอนไซมท์ีย่อ่ย DNA และ RNA ได้ การทําให้เกิดโรค

Bovine spongiform encephalopathy (BSE) : ในววั ซึง่เกดิการระบาดใน

ประเทศองักฤษและตดิต่อมายงัผูท้ีร่บัประทานเน้ือววัทีเ่ป็นโรคเขา้ไป เน้ือ

สมองถกูทาํลายเป็นรพูรนุคลา้ยฟองน้ํา

• ริกเกต็เซีย (Rickettsiae)

- มขีนาดเลก็กวา่แบคทเีรยี รปูรา่งไมแ่น่นอน

- ไมม่เียือ่หุม้นิวเคลยีส

- Obligatory intracellular parasite

- สาเหตุของโรคไขร้ากสาดใหญ่ มเีหบ็ ไรเป็นพาหะนําโรค

• คลามยัเดีย (Chlamydiae)

- เป็นแบคทเีรยีทีม่ขีนาดเลก็มาก

- Obligatory intracellular parasite

- สาเหตุของหลายโรค เชน่ โรครดิสดีวงตา ปอดบวม

สมองอกัเสบ

ขอบเขตของวิชาจลุชีววิทยา

1. การศึกษาจลิุนทรียเ์ฉพาะกลุ่ม

- แบคทีเรียวิทยา (Bacteriology) ศกึษาเกีย่วกบัแบคทเีรยี

- โปรโตซวัวิทยา (Protozoology) ศกึษาเกีย่วกบัโพรโทซวั

- ปรสิตวิทยา (Parasitology) ศกึษาเกีย่วกบัโพรโทซวัทีท่าํให้

เกดิโรค หรอืเป็นปรสติ

- ราวิทยา (Mycology) ศกึษาเกีย่วกบัเชือ้ราและยสีต์

- ไวรสัวิทยา (Virology) ศกึษาเกีย่วกบัไวรสั

- สาหร่ายวิทยา (Phycology) ศกึษาเกีย่วกบัสาหรา่ย

2. การศึกษาจลิุนทรียท่ี์เก่ียวข้องกบัส่ิงแวดล้อม

- จลุชีววิทยาทางน้ํา (Aquatic Microbiology)

ศกึษาเกีย่วกบับทบาทและกจิกรรมของจุลนิทรยี์

ในน้ํา

- จลุชีววิทยาของนม (Dairy Microbiology)

ศกึษาบทบาทและกจิกรรมของจุลนิทรยีใ์นนม

และผลติภณัฑน์ม

- จลุชีววิทยาทางอาหาร (Food Microbiology)

ศกึษาบทบาทและกจิกรรมของจุลนิทรยีท์ี่

อยูใ่นอาหาร

2. การศึกษาจลิุนทรียท่ี์เก่ียวข้องกบัส่ิงแวดล้อม (ต่อ)

- จลุชีววิทยาทางอตุสาหกรรม (Industrial Microbiology)

ศกึษาเกีย่วกบัการนําจุลนิทรยีม์าใชป้ระโยชน์ในอุตสาหกรรม

ต่างๆ เชน่ การผลติยาปฏชิวีนะ เอนไซม ์เป็นตน้

- จลุชีววิทยาของดิน (Soil Microbiology) ศกึษาบทบาทและกจิกรรม

ของจุลนิทรยีใ์นดนิทีท่าํใหเ้กดิการเปลีย่นแปลงของสารต่างๆ ในดนิ

ประวติัของวิชาจลุชีววิทยา- แต่เดมิมนุษยเ์ชื่อวา่กาํเนิดของสิง่มชีวีติมาจากสิง่ไมม่ชีวีติ

(Abiogenesis หรอื spontaneous generation) ซึง่มผีูส้นบัสนุนหลาย

คน จนถงึศตวรรษที ่17 จงึมผีูค้ดัคา้นแนวความคดิน้ี

- Francesco Redi (ค.ศ.1626-1697) นายแพทยช์าวเยอรมนัลบลา้ง

แนวความคดิของ abiogenesis โดยทดลองใหเ้หน็วา่หนอนไมไ่ดเ้กดิ

จากเน้ือเน่า โดยใสเ่น้ือลงในขวด 2 ชุด ชุดแรกเปิดฝาทิง้ไวป้รากฏว่า

เกดิหนอนพรอ้มมแีมลงวนับนิเขา้ออก ชุดทีส่องปิดฝาแน่น ไมป่รากฏ

วา่มหีนอนเกดิขึน้

- Antonie van Leeuwenhoek (ค.ศ.1632-1723) เป็นผูใ้ชก้ลอ้ง

จุลทรรศน์ทีป่ระดษิฐข์ึน้เองในปี ค.ศ.1673 ซึง่ขยายได ้300 เทา่สอ่งดู

หยดน้ําจากทีต่่างๆ ทาํใหเ้หน็สิง่มชีวีติเลก็ๆ จาํนวนมาก

- John Needham (ค.ศ.1713-1781) ไดต้ม้น้ํากบัเน้ือแกะ พบวา่มี

แบคทเีรยีเกดิขึน้จากเน้ือ จงึสรปุว่าสิง่มชีวีติเกดิขึน้เอง

- Lazzaro Spallanzani (ค.ศ.1729-1799) ทดลองตม้น้ําเน้ือแลว้ปิดฝา

ใหแ้น่น กไ็มม่จุีลนิทรยีเ์กดิขึน้ แต่มคีนแยง้วา่อากาศซึง่จาํเป็นสาํหรบั

การเกดิสิง่มชีวีติเขา้ไปไมไ่ด้

- Franz Schulze (ค.ศ.1815-1873) ไดพ้สิจูน์วา่อากาศเป็นตวันํา

เชือ้จุลนิทรยีเ์ขา้ไป โดยใหอ้ากาศผา่นสารละลายกรดแก่ก่อนเขา้ไปใน

น้ําตม้เน้ือ กพ็บวา่ไมม่สีิง่มชีวีติใดๆ เกดิขึน้

- Theodor Schwann (ค.ศ.1810-1882) ทดลองใหอ้ากาศผา่น

หลอดแกว้ทีเ่ผาไฟจนรอ้น ก่อนทีอ่ากาศจะผา่นเขา้สูส่ารอาหารทีก่ําลงั

ตม้ กพ็บว่าไมม่จุีลนิทรยีเ์กดิขึน้ในอาหาร

- Schultze และ Schwann ถูกแยง้ว่า การใหอ้ากาศผา่นกรดหรอืความ

รอ้นจะไปเปลีย่นแปลงทาํใหอ้ากาศนัน้ไมเ่หมาะกบัการเจรญิของ

สิง่มชีวีติ

- Schroeder และ von Dusch ในราวปี 1850 ไดท้ดลองโดยใหอ้ากาศ

ผา่นจุกสาํลทีีอุ่ดไวใ้นหลอดแกว้ก่อนทีจ่ะเขา้ไปในอาหารในขวด พบวา่

จุลนิทรยีจ์ะถกูกรองไวท้ีส่าํล ีดงันัน้จงึไมม่จุีลนิทรยีเ์ตบิโตในอาหาร วธิี

น้ีจงึเป็นจุดเริม่ตน้ของเทคนิคการอุดจุกสาํลใีนหอ้งปฏบิตักิาร

- Louis Pasteur (ค.ศ.1822-1896) เป็นคนแรก

ทีพ่สิจูน์วา่สิง่มชีวีติตอ้งเกดิจากสิง่มชีวีติเท่านัน้

โดยใชข้วดแกว้รปูคอหา่นทีโ่คง้งอ ตม้อาหารและ

ใหอ้ากาศผา่นเขา้ออกตามปกต ิพบวา่ไมม่จีุลนิทรยี์

เกดิขึน้ในอาหาร เน่ืองจากจลุนิทรยีแ์ละฝุน่ละอองเมือ่

เขา้ไปในขวดแกว้จะไปตดิอยูต่ามสว่นโคง้งอของหลอดแกว้ และถา้เอยีง

ใหอ้าหารมาสมัผสักบัสว่นโคง้งอ กพ็บวา่อาหารจะขุน่เน่ืองจากจุลนิทรยี์

เขา้ไปเจรญิได ้จงึตัง้เป็นทฤษฎีเช้ือโรค (germ theory of disease) จงึคดิวา่กน่็าจะ

เป็นสาเหตุทาํใหเ้กดิโรคในคนและสตัวไ์ด้

- Louis Pasteur (ค.ศ.1822-1896)

- ยงัเป็นผูค้น้พบกระบวนการหมกัของจลิุนทรีย ์(fermentation) ซึง่

เกดิจากการกระทาํของจุลนิทรยีห์ลายชนิด เชน่ ยสีต ์

- ยงัพบวา่การทีเ่หลา้องุน่เสยีนัน้เกดิจากการกระทาํ

ของแบคทเีรยีทีส่รา้งกรดน้ําสม้ ดงันัน้จงึตอ้งกําจดั

จุลนิทรยีท์ีไ่มต่อ้งการโดยใชค้วามรอ้นตํ่า ซึง่จะไม่

ทาํลายกลิน่ รส ของเหลา้องุน่ ซึง่เรยีกวธิกีารน้ีว่า

พาสเจอรไ์รเซชัน่ (pasteurization)

- Robert Koch (ค.ศ.1843-1910)

- แพทยช์าวเยอรมนั ซึง่กําลงัศกึษาสาเหตุของโรคแอนแทรกซไ์ด้

สนบัสนุนทฤษฎขีอง Pasteur โดยสามารถแยกเชือ้แบคทเีรยีจาก

เลอืดของววัทีต่าย เลีย้งใหเ้ป็นเชือ้บรสิทุธิ ์และแยกไดว้า่เป็นเชือ้

Bacillus anthracis นอกจากน้ียงั

ไดศ้กึษาหาสาเหตุของโรคต่างๆ โดย

เป็นคนแรกทีไ่ดร้วบรวมขอ้มลูและพสิจูน์

ใหเ้หน็วา่จุลนิทรยีเ์ป็นสาเหตุทาํใหเ้กดิ

โรคในสตัวไ์ด ้จงึตัง้เป็นสมมตฐิานทีเ่กีย่ว

ขอ้งกบัการเกดิโรควา่ สมมติฐานของคอคซ ์

(Koch’s postulate)

สมมติฐานของคอคซ์ (Koch’s postulate)

1. ตอ้งพบจุลนิทรยีใ์นสตัวห์รอืสิง่มชีวีติที่

ปว่ยเป็นโรค

2. สามารถแยกจุลนิทรยีอ์อกจากสิง่มชีวีติ

นัน้และเลีย้งใหเ้ป็นเชือ้บรสิทุธิไ์ด้

3. ใชเ้ชือ้บรสิทุธิน์ัน้ปลกู (inoculate) ลงใน

สตัวท์ดลองทีไ่มป่ว่ย กส็ามารถทาํให้

เกดิโรคได้

4. สามารถแยกเชือ้บรสิทุธิอ์อกจากสตัวท์ี่

ปว่ยได ้และเป็นเชือ้แบบเดยีวกบัทีแ่ยก

ไดใ้นครัง้แรก

หลงัจากนัน้จงึเป็นจุดเริม่ตน้ของการคน้พบสาเหตุของโรคทีเ่กดิจาก

แบคทเีรยีจาํนวนมาก เชน่

- Edward Jenner (ค.ศ.1714-1823) ทดลองนําหนองฝีจากววัทีเ่ป็นโรค

ฝีดาษมาใสใ่นคน เพือ่กระตุน้ใหร้า่งกายสรา้งภมูคิุม้กนัต่อโรคฝีดาษ ซึง่

เป็นหลกัการของการทาํวคัซนีในปจัจุบนั

- Edwin Klebs และ Federick Loeddler คน้พบเชือ้โรคคอตบีในปี

ค.ศ.1883 และพบวา่มนัสรา้งสารพษิได้

- Winogradsky ชาวรสัเซยี พบจุลนิทรยีใ์นดนิทีต่รงึก๊าซไนโตรเจนจาก

อากาศรว่มกบั Beijerinck

- ในปี ค.ศ. 1901 Beijerinck พบเชือ้ Azotobacter ซึง่เป็นแบคทเีรยีทีต่รงึ

ก๊าซไนโตรเจนแบบอสิระในดนิ ทีช่ว่ยเพิม่ความอุดมสมบรูณ์ของดนิ

- ในปี ค.ศ. 1886 E. Mayer พบโรคจุดของยาสบูและสามารถถ่ายทอดไป

ตน้ใหมผ่า่นน้ําคัน้จากตน้ทีเ่ป็นโรค

หนังสืออ่านประกอบ

นงลกัษณ์ สวุรรณพนิิจ และปรชีา สวุรรณพนิิจ.

2548. จุลชวีวทิยาทัว่ไป. พมิพค์รัง้ที ่5. จุฬาลงกรณ์

มหาวทิยาลยั

Talaro, K.P. and Talaro, A. 2001. Foundation in

Microbiology. McGraw-Hill Company.