เอกสารประกอบการสอนรายวชิา จุลชวีวทิยาmทั่วไป _Introduction to Microbiology ผศ.พ.อ.หญิงสดุาลกัษณ์ธญัญาหาร สาขาเทคนิคการแพทย์คณสหเวชศาสตร์ วิทยาลัยนครราชสีมา 1 Introduction to Microbiology บทน าสวู่ชิาจลุชวีวทิยา ผศ.พ.อ.หญิงสุดาลักษณ์ ธัญญาหาร หวัขอ้เนอื้หา 1. ความหมายของจุลชวีวทิยาและ ขอบเขตของวชิาจุลชวีวทิยา 2. ประวัติบคุคลส าคัญทางจุลชวีวทิยาและผลงาน 3. การจัดหมวดหมขู่องสงิ่มชีวีติและลักษณะส าคัญของจุลนิทรยีแ์ตล่ะชนดิ 4. ความส าคัญของจุลนิทรยี์ประโยชน์และโทษ 5. กล้องจุลทรรศน์ วตัถปุระสงคเ์ชงิพฤตกิรรม หลังจากศกึษาบทเรยีนนี้แลว้นักศกึษาควรมคีวามรูค้วามสามารถ ดังนี้ 1. อธบิายความหมายของจุลชวีวทิยาได้ 2. บอกชอื่นักวทิยาศาสตรแ์ละผลงานทางจุลชวีวทิยาได้ 3. จ าแนกประเภทของจุลินทรีย์และอธิบายลักษณะของจุลินทรีย์กลุ่มนั้นๆ ได ้ 4. อธบิายความส าคัญของจุลนิทรยี ไ์ด้ 5. เรยีกชอื่วทิยาศาสตรจ์ุลนิทรยี ไ์ดอ้ยา่งถกูตอ้ง 6. รู้จักประโยชน์และโทษของจุลนิทรยีส์ามารถน ามาประยกุตใ์ช.้ 7. สามารถจ าแนกประเภทของกล้องจุลทรรศน์และอธิบายหลักการท างานของกล้องแต่ละชนิดได ้ 8. สามารถระบสุว่นประกอบและหนา้ทตี่า่งๆ ของกลอ้งจุลทรรศน์ บทน า การเรยีนในวชิาจุลชวีวทิยา นักศกึษาจะตอ้งใชค้วามรูพ้นื้ฐานทางชวีวทิยาทไี่ดเ้รยีนมาแลว้ในกอ่นหนา้นี้ ในบทแรกนี้จะกลา่วถงึความหมายของวชิาจุลชวีวทิยา ขอบเขตของวชิาจุลชวีวทิยา ประวัติบคุคลส าคัญทางจุลชวีวทิยา พัฒนาการของการศกึษาจุลชวีวทิยาและการน าความรูด้า้นจุลชวีวทิยามาใชป้ระโยชน์และการเรียนรู้กล้องจุลทรรศน์ที่เป็นพื้นฐาน ในการศกึษาสาขานต่อไป ี้ 1.ความหมายของจลุชวีวทิยาและ ขอบเขตของวชิาจลุชวีวทิยา 1.1ความหมายของจุลชวีวทิยา (Microbiology) ค าว่า microbiology มรีากศัพทจ์ากภาษากรกี 3 ค า คือ Mikros หมายถึง เล็ก Bios หมายถงึ สงิ่มชีวีติและ Logos หมายถึง ความคิดหรือเหตุผล Microbiology =The Study of microscopic life ดังนั้นความหมายของจุลชวีวทิยา คือ วิชาที่ศกึษาเกยี่วกับสงิ่มชีวีติ ซงึ่มองไมเ่ห็นดว้ยตาเปล่าเรียกว่า "จุลินทรีย์หรือ จุลชพี " เชน่ แบคทีเรีย โปรโตซวั ไวรัส เชอื้รา สาหร่าย เป็นต ้น โดยที่สงิ่มชีวีติขนาดเล็กเหล่านี้มีทั้งชนิดที่มีขนาดเล็กมากกว่า 1.0 ไมโครเมตร หรอืบางชนดิอยู่ในสภาพทอี่นุภาคกงึ่สงิ่มชีวีติตอ้งอาศัยเครอื่งมอื ชว่ยในการศกึษา เชน่กลอ้งจุลทรรศน์แบบใชแ้สง หรือ กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน จุลชพี มีทั้งชนิดที่สามารถก่อโรคและไม่ก่อโรค หรือชนิดที่เป็นประโยขน์และเป็นโทษต่อมนุษย์ โดยจะศกึษาในดา้นรูปร่าง โครงสรา้ง การสบืพันธุ์ สรรีวทิยา การจัดจ าแนก การแพร่กระจายในธรรมชาติความสัมพันธร์ะหวา่ง จุลนิทรยีก์ ับสงิ่มชีวีติอนื่ การเปลี่ยนแปลงทางเคมีและกายภาพในสภาพแวดล้อมที่จุลินทรีย์เจริญ ดังนัน้การศกึษาทางดา้นจุลชวีวทิยาสามารถตอ่ยอดความรูไ้ปไดก้วา้งไกลโดยอยบู่นฐานการเรยีนรูท้มี่ปีระสทิธภิาพซงึ่เหมาะกับผู้ ทชี่อบเรยีนในกลมุ่วชิาชวีวทิยา จะไดเ้รยีนรูเ้รอื่งราวของสงิ่มชีวีติทมี่องไมเ่ห็นใหล้กึและลกึลงไปอกี ประวัติศาสตร์และเรอื่งราวเกยี่วกับจุลชวีวทิยาถอืก าเนดิมาเป็นเวลานานนับรอ้ย ๆปีซงึ่นับเป็นประวัตกิารณ์ทสี่ าคัญทจี่ะท า ใหเ้กดิความเขา้ใจในจุลชพีต่างๆ ไดด้ขีนึ้เพอื่น าทัง้ประโยชน์และโทษจากจุลชพีมาใช้และหาแนวทางในการควบคมุป้องกันโรค ซงึ่เกดิจากจุลชพีตา่ง ๆ ดังนัน้กอ่นการศกึษาในรายละเอยีดตา่ง ๆ ของวชิาจุลชวีวทิยา นักศกึษาควรมคีวามรูเ้กยี่วกับประวัตศิาสตรแ์ละเหตกุารณ์ทสี่ าคัญ ของจุลชวีวทิยา (Historical milestones of microbiology) การจ าแนกสงิ่มชีวีติ (Taxonomy-Classification of Organisms) และขอบเขตของวชิาจุลชวีวทิยา (The scope of Microbiology) การศกึษาสงิ่ตา่ง ๆ เหลา่นี้เพอื่เป็นพนื้ฐานใหส้ามารถเขา้ใจใน เนื้อหาของวชิาจุลชวีวทิยา รวมถงึการศกึษาจุลชพี ในขอบเขตและแง่มมุตา่ง ๆ ไดโ้ดยง่าย ขอบเขตของวชิาจุลชวีวทิยา (The scope of Microbiology) ขอบเขตของวชิาจุลชวีวทิยาสามารถแบง่ ไดห้ลายประเภทตามแตล่ ักษณะหรอืแง่มมุทใี่ชใ้นการแบง่เชน่ แบง่ตามชนดิและลักษณะของจุลชพีเฉพาะกลมุ่ และแบ่งตามความเกี่ยวข ้องกับวิชาการหรือ งานทใี่ชใ้นการศกึษา เนื่องจากวชิาจุลชวีวทิยาเป็นองคค์วามรูท้มี่เีนื้อหาสาระทคี่อ่นขา้งมากและมหีลากหลายขอบเขต ดังนัน้การแบง่วชิาจุลชวีวทิยา เป็นหลายหัวขอ้ก็เพอื่จ ากัดขอบเขตของการศกึษาใหแ้คบลงเพอื่ใหเ้รยีนรูแ้ละเขา้ใจในเนื้อหาสาระของวชิาจุลชวีวทิยาในแตล่ะ ขอบเขตไดง้่ายขนึ้ทัง้ในเชงิตนื้และเชงิลกึ
เอกสารประกอบการสอนรายวชิา จุลชวีวทิยาmทั่วไป _Introduction to Microbiology ผศ.พ.อ.หญิงสดุาลกัษณ์ธญัญาหาร สาขาเทคนิคการแพทย์คณสหเวชศาสตร์ วิทยาลัยนครราชสีมา 2 A. แบง่ตามชนดิและลกัษณะของจุลชพีแตล่ะชนดิ โดยกลา่วถงึลักษณะจุลชพีและความส าคัญของจุลชพีตา่ง ๆ ขอบข่ายของวิชาครอบคลุมเนื้อหาต่าง ๆ ดังนี้ การศกึษาเกยี่วกับรูปร่างและโครงสรา้งของจุล ชพี (morphology and structure) การจัดจ าแนกชนดิของจุลชพี ตามอนุกรมวิธาน (taxonomy and classification) การด ารงชพีและการสบืพันธุ์ (Reproduction) คุณสมบัติต่าง ๆ ของจุลชพี (characteristic) การเพาะเลยี้งและการจ าแนกชนดิของจุลชพี (culture and identification) การควบคุมการเจริญเติบโต (Control of growth) ขอบเขตของวชิาจุลชวีวทิยาเมอื่แบง่ตามชนดิและลักษณะของจุลชพีเฉพาะกลมุ่ สามารถแบง่ ไดเ้ป็น 1. แบคทีเรียวิทยา(Bacteriology) วชิาทศี่กึษาเกยี่วกับแบคทเีรยีบทบาทและความส าคัญของแบคทีเรีย 2. ไวรัสวิทยา (Virology) วชิาทศี่กึษาเกยี่วกับไวรัสและความส าคัญของไวรัส 3. กิณวิทยาหรือวิทยาของเห็ดและรา (Mycology) วชิาทศี่กึษาเกยี่วกับราและยสีต์บทบาทและความส าคัญของราและยสีต์ 4. สาหร่ายวิทยา (Phycology) เป็นการศกึษาเกยี่วกับ สาหร่ายซงึ่เป็นแหลง่อาหารทสี่ าคัญ 5. โปรโตซวัวทิยา (Protozoalogy) วชิาทศี่กึษาเกยี่วกับโปรโตซวัและความส าคัญของ โปรโตซวั B. แบง่ตามความเกยี่วขอ้งกบัวชิาการหรอืงานทใี่ชใ้นการศกึษา สามารถแบ่งได ้เป็น 1. จุลชวีวทิยาทว่ัไป (General Microbiology) ศกึษาถงึลักษณะจลุชพีและความส าคัญ ของจุลชพีต่างๆ โดยทั่ว ๆไป วชิาจุลชวีวทิยาทั่วไปนี้จะเป็นพนื้ฐานทสี่ าคัญส าหรับ การเรยีนวชิากจุลชวีวทิยาในแง่มมุอนื่ๆ 2. จุลชวีวทิยาทางการแพทย์(Medical Microbiology) ศกึษาเกยี่วกับจุลชพีทกี่อ่ โรค ในทางการแพทย์และโรคซงึ่ เกดิจากจุลชพีดังกลา่ว รวมถงึกลไกในการตอ่ตา้นเชอื้จุลชพีของร่างกายมนุษย์ 3. จุลชวีวทิยาทางสตัวแพทย์(Veterinary Microbiology) การศกึษาถงึลักษณะและความส าคัญตา่งๆ ของจุลชพี ในทางการสัตวแพทย์จุลชพีกอ่ โรคตา่ง ๆ ในสัตว์พยาธิก าเนิดของโรคที่เกิดจากการติดเชอื้จุลชพีและความสามารถใน การกอ่ โรคของเชอื้จุล ชพี ในสัตว์(bacterial pathogenesis and pathogenicity in animal) รวมทัง้การศกึษาถงึเชอื้ จุลชพีทพี่บในสัตวแ์ตก่อ่ โรคกับมนุษยไ์ด้(Bacterial zoonosis) 4. จุลชวีวทิยาทางน า้ (Aquatic Microbiology) ศกึษาเกยี่วกับลักษณะและความส าคัญของจุลชพีทมี่แีหลง่ทมี่าจาก น ้า เชน่ระบาดวทิยาของจุลชพีกอ่ โรคจากน ้า โทษของ จุลชพีทแี่ยกไดจ้ากน ้า การควบคุมและการป้องกัน 5. จุลชวีวทิยาทางทะเล (Marine Microbiology) ศกึษาเกยี่วกับลักษณะและความส าคัญ ของจุลชพีทมี่แีหลง่ทมี่า จากทะเล เชน่จุลชพีทมี่ปีระโยชน์และโทษทแี่ยกไดจ้ากน ้าทะเลรวมถงึสัตวท์ะเลตา่งๆ 6. จุลชวีวทิยาทางอาหาร (Food Microbiology) ศกึษาความส าคัญของจุลนิทรยีท์มี่อียใู่นอาหารทัง้ทกี่อ่ ใหเ้กดิ ประโยชน์ต่อกระบวนการผลิตอาหาร และกอ่ ใหเ้กดิ โทษตอ่ สงิ่มชีวิติหรอืผูบ้รโิภคอาหาร เชน่จุลชพีทใี่ชใ้นการะบวนการ หมักอาหารต่างๆ จุล ชพีทกี่อ่ โรคในสงิ่มชีวิติทปี่นเปื้อนอยใู่นหว่งโซอ่าหาร 7. จุลชวีวทิยาทางอุตสาหกรรม (Industrial Microbiology) ศกึษาเกยี่วกับการน าเอาจุลชพีมาใชใ้นระบบ อุตสาหกรรมต่างๆ เชน่การผลติยาปฏชิวีนะ เอนไซม์(Enzyme) แอลกอฮอล์เป็นต ้น 8. จุลชวีวทิยาสงิ่แวดลอ้ม (Environmental Microbiology) ศกึษาเกยี่วกับจุลชพีทพี่บในสงิ่แวดลอ้มทัง้ทเี่ป็น ประโยชน์และโทษ เชน่การศกึษาแบคทเีรยีทเี่จรญิเตบิ โตได้ในน ้าพุร้อน การศกึษาแบคททเีรยี ในแถบขัว้ โลก 9. จุลชวีวทิยาทางดนิ (Soil Microbiology) ศกึษาถงึบทบาทและความส าคัญของจุลชพี ในดิน เชน่ การศกึษาแบคทเีรยีทชี่ว่ยตรงึไนโตรเจนในดนิ 2.ประวัติศาสตร์และเบุคคลส าคัญ of ของจุลชวีวทิยา (Historical milestones microbiology ) ประวัติศาสตร์และเรอื่งราวเกยี่วกับจุลชวีวทิยาถอืก าเนดิมาเป็นเวลานานนับรอ้ย ๆ ปี ซงึ่นับเป็นประวัตกิารณ์ทสี่ าคัญที่ จะท าใหเ้กดิความเขา้ใจในจุลชพีตา่งๆ ไดด้ขีนึ้เพอื่น าทัง้ประโยชน์และโทษจากจุลชพีมาใช้และหาแนวทางในการควบคมุป้องกัน โรคซงึ่เกดิจากจุลชพีตา่ง ๆ ดังนัน้กอ่นการศกึษาในรายละเอยีดตา่งๆของวชิาจุลชวีวทิยา นักศกึษาควรมคีวามรูเ้กยี่วกับ ประวัตศิาสตรแ์ละเหตกุารณ์ทสี่ าคัญของจุลชวีวทิยา (Historical milestones of microbiology) การจ าแนกสงิ่มชีวีติ (Taxonomy-Classification of Organisms) และขอบเขตของวชิาจุลชวีวทิยา (The scope of Microbiology) การศกึษาสงิ่ตา่งๆเหล่านี้เป็นพนื้ฐานใหส้ามารถเขา้ใจในเนื้อหาของวชิาจุลชวีวทิยารวมถงึการศกึษาจุลชพี ในขอบเขต และแง่มุมต่าง ๆ ได ้โดยง่าย เหตกุารณ์ส าคัญต่าง ๆ ทางจุลชวีวทิยาอาจกลา่วไดว้่า เรมิ่จากการทนี่ักวทิยาศาสตรไ์ดรู้จ้ ักการเกดิขนึ้ของสงิ่มชีวีติ ทฤษฏเีรมิ่แรกของการก าเนดิขนึ้ของสงิ่มชีวีติเชอื่กันวา่ สงิ่มชีวีติตา่ง ๆ สามารถ เกิดขึ้นได้เอง ตามทฤษฏีที่เรียกว่า Spontaneous generation (Spontaneous generation theory) ต่อมามีผู้ตั้งสมมุติฐาน ทดลองและคิดค้นทฤษฏีต่าง ๆ ขึ้น เพื่อลบล้างทฤษฏีSpontaneous generation นอกจากนี้นักวิทยาศาสตร์ยังพบว่าจุลชพีเป็นตน้เหตขุองโรคในสงิ่มชีวีติ ชนดิอนื่ๆ ตามทฤษฏีGerm theory of disease ซงึ่ตอ่มากลายเป็นทมี่าของการเรยีนรูท้างการแพทยท์ สี่ าคัญ การศกึษาจุลชวีวทิยาในอดตีนัน้ มีพื้นฐานมาจากการเจ็บไข ้ได ้ป่ วยของคนในอดีต ซงึ่นักวทิยาศาสตรพ์ยายามทจี่ะไข ปริศนาการเจ็บป่ วยของโรคต่างๆ ว่าเกิดมาจากสาเหตุใด ซงึ่น่าจะเกดิจากสงิ่ทไี่มส่ามารถมองเห็นไดด้ว้ยตาเปลา่ ในปีค.ศ. 1267 โจเจอร์เบคอน (Roger Bacon) เป็นคนแรกที่เรมิ่ใชเ้ลนส์ แต่เนื่องจากยังมีก าลังขยายต ่าอยู่มากจึงไม่ สามารถมองเห็นสงิ่มชีวีติขนาดเล็กได้จงึสนับสนนุแนวคดิของโรคภัยไขเ้จบ็เกดิจากสงิ่มชีวีติทมี่องไมเ่ห็นในขณะนัน้ซงึ่แนวคดินี้ไดก้ระตนุ้ ให้ นักวิทยาศาสตร์คิดประดิษฐ์กล ้องจุลทรรศน์ที่มีก าลังขยายสูง ในปี ค.ศ.1590 แซคคาเรียส แจนสเ์สน (Zacharias Janssen) ชา่งแวน่ตา ชาวฮอลแลนด์ได ้ใชเ้ลนส์2 อัน มาประกอบในลักษณะคล ้ายกล ้องโทรทัศน์ที่มีความยาวถึง 6 ฟุต และมีก าลังขยายเพียง 10 เท่า Antony van Leeuwenhoek (ค.ศ. 1632-1723) แอนโทนีวาน ลแีวนฮ็อค เป็นบคุคลส าคญับคุคลแรกทอี่ธบิายถงึจุล ชพีตา่ง ๆ ตามที่เขามองเห็นไว้เป็นอย่างดี ประดิษฐ์กล ้องจุลทรรศน์แบบง่ายๆ ขนึ้ท าใหม้องเห็นจุลชพีตา่งๆ โดยใชเ้ลนสซ์งึ่เกดิจากการฝนแกว้ กลอ้งประกอบขนึ้ดว้ยเลนสน์ูน ซงึ่มกี าลังขยายถงึ 270 เท่า และได ้บันทึกจุลินทรีย์ สงิ่มชีวีติทมี่องเห็น และสงิ่ตา่งๆ เชน่ หยดน้า ฝน เหล ้าองุ่น เป็นต ้น (ภาพที่1)
เอกสารประกอบการสอนรายวชิา จุลชวีวทิยาmทั่วไป _Introduction to Microbiology ผศ.พ.อ.หญิงสดุาลกัษณ์ธญัญาหาร สาขาเทคนิคการแพทย์คณสหเวชศาสตร์ วิทยาลัยนครราชสีมา 3 Francesco Redi (ค.ศ. 1626-1697) ฟรานเซสโก เรดินายแพทย์ชาวอิตาลี่เป็นนักวิทยาศาสตร์ คนแรกที่ตั้งแนวคิดลบล ้างทฤษฏีSpontaneous generation ซงึ่ทดลอง ให ้เห็นว่าหนอนไม่ได ้เกิดขึ้นจากเนื้อ แต่เกิดจากการวางไข่ของแมลงวัน (ภาพที่2) Edward Jenner (ค.ศ. 1749-1823) นายแพทย์ชาวอังกฤษ ไดท้ดลองน าสงิ่คัดหลงั่และหนองฝีจากวัวที่เป็นโรคฝีดาษ มาฉีดให ้แก่เด็กอายุแปดปีที่แขนเพื่อกระตุ้นในร่างกายสร้างภูมิคุ้มกันต่อฝีดาษใน คน (Smallpox) ซงึ่ถอืเป็นววิัฒนาการครัง้แรกของการท าวัคซนี Ignaz Philipp Semmelweis (ค.ศ. 1818-1865) เป็นผูท้ที่ าการสอนใหน้ ักศกึษาแพทยแ์ละ แพทย์ที่จะต ้องท าการตรวจ และรักษาคนไขใ้นแผนกสตูกิรรมไดม้กีารลา้งมอืดว้ยน ้ายาฆา่เชอื้กอ่นการตรวจรักษาคนไขเ้พอื่ป้องกันเชอื้โรคตดิตอ่ ไปถงึคนไขแ้ละทารกเกดใหม่ ิ Louis Pasteur (ค.ศ. 1822-1895) หลยุส์ ปาสเตอร ์ เป็นบุคคลแรกที่ท าการพิสูจน์โดยการทดลองให ้เห็นไดอ้ยา่งชดัเจนวา่ จุลินทรีย์ย่อมต ้องเกิดจากจุลินทรีย์ที่เป็นตัว ตั้งต ้นเท่านั้นไม่สามารถเกิดขึ้นเองได ้ซงึ่ถอืเป็นการ ลบล ้างทฤษฏีSpontaneous generation การทดลองนที้ าโดยใชขวดแก ้วที่มีปลายเป็นรูปคอ ้ ห่านต ้มอาหารแล ้วปล่อยให ้อากาศผ่านเข ้าออกได ้ตามปกติ แตก่ ็พบวา่ ไมม่จีุลชพี เกิดขึ้นในอาหาร สมมตุ ฐิานวา่เนื่องจากถกูดักจับอยตู่รงสว่นโคง้งอของปลายหลอดแกว้แตถ่า้เอยีงอาหารใหม้าสัมผัสกับบรเิวณสว่นโคง้ดงักลา่ว พบวา่อาหารเลยี้งเชอื้นัน้ขนุ่เนื่องจากจุลชพีเขา้ไปเจรญิเตบิ โตในอาหารทอี่ยใู่นหลอด(ภาพที่ 3) นอกจากนี้ยังเป็นผู้ที่ค ้นพบกระบวนการหมัก (Fermentation) ซงึ่พบวา่การ หมักเหลา้องุ่นเกดิจากการกระท าของจุลชพีพวกยสีต์ (ภาพที่4) และ Louis Pasteur ยังเป็นผู้ที่ค ้นพบ และพัฒนาวัคซนี ป้องกันโรคพษิ สนุัขบา้ อหิวาต์เป็ดไก่ และแอนแทรกซ์
เอกสารประกอบการสอนรายวชิา จุลชวีวทิยาmทั่วไป _Introduction to Microbiology ผศ.พ.อ.หญิงสดุาลกัษณ์ธญัญาหาร สาขาเทคนิคการแพทย์คณสหเวชศาสตร์ วิทยาลัยนครราชสีมา 4 Robert Koch (ค.ศ. 1843-1910) โรเบิร์ท ค็อค นายแพทย์ชาวเยอรมันที่สามารถแยกเชอื้แบคทเีรยี Bacillus anthracis ไดจ้ากเลอืดของวัวทตี่ายดว้ยโรคแอนแทรกซ์ เลยี้งเชอื้ในบรสิทุธิ์ฉีดกลับเขา้ไปในสตัวท์ดลอง และสามารถพบสัตวท์ดลองตายดว้ยอาการของโรคเดมิและแยกเชอื้ชนดิเดมิ ไดจ้ากสัตวท์ดลอง ที่ตาย โดยทมี่าของสมมตุ ฐิานทเี่ขาตัง้ขนึ้และยงัคงมคีวามส าคัญกับการทดลองทางจุลชวีวทิยาตราบจนทกุวันนี้สมมุติฐานดังกล่าวถูกเรียกว่า สมมุตฐิานของคอคซ์หรือ Koch's Postulates (ภาพที่ 5 ) ซงึ่มใีจความดังนี้ 1. ตอ้งพบจุลนิทรยีจ์ากสัตวห์รอื สงิ่มชีวีติทปี่่วยเป็นโรค 2. สามารถแยกจุลนิทรยีจ์ากสัตวห์รอื สงิ่มชีวีติทปี่่วยเป็นโรคดังกลา่ว และท าให ้บริสุทธิได ้ 3. เมอื่ใหเ้ชอื้บรสิทุธนิ์ัน้ปลกูถา่ยใหแ้กส่ ัตวท์ดลองทไี่มป่ ่วย ตอ้งสามารถท าใหส้ตัวท์ดลองดังกลา่วเกดิ โรคได ้ 4. สามารถแยกเชอื้บรสิทุธจิ์ากสัตวท์ ปี่่วยเป็นโรคนัน้ไดแ้ละเป็นเชอื้ชนดิเดยีวกับเชอื้ทแี่ยกไดค้รัง้แรกและปลกูถา่ยเขา้ไปทกุประการ จากสมมตฐิานนี้จงึเป็นจุดเรมิ่ตน้ของยคุทองในวชิาจุลชวีวทิยา แตส่มมตฐิานนี้ไมส่ามารถประยกุตใ์ ชก้ ับจุลนิทรยี ไ์ดท้กุชนดิเพราะมจีุลนิทรยีบ์าง ชนดิทไี่มส่ามารถเพาะเลยี้งในอาหารเลยี้งเชอื้ไดเ้ชน่ ไวรัส หรือ พวกรคิเก็ตเซยีเป็นต ้น นอกจากการคน้พบเชอื้ Bacillus anthracis ซงึ่เป็นสาเหตขุองโรคแอนแทรกซแ์ลว้ ค็อค ยังค ้นพบ Mycobacterium tuberculosis ซงึ่เป็นสาเหตขุองโรควัณโรค และVibrio cholera ซงึ่เป็นสาเหตขุองโรค ท้องร่วงในคน รวมทั้งยังถือว่า ค็อค เป็นบคุคลทสี่ าคัญทพี่ัฒนาการใช้ วนุ้เป็นสว่นผสมของอาหารเลยี้งเชอื้ ชนิดแข็ง และพัฒนาอาหารเลยี้งเชอื้ nutrient ทั้งชนิดแข็งและชนิดเหลว Joseph Lister (ค.ศ. 1827-1912) เป็นผู้ที่เชอื่มโยงและประยกุตใ์ ชง้านของ Semmelweis และ Pasteur เข ้าด ้วยกัน โดยการ พัฒนาสารเคมที ใี่ชใ้นการยับยัง้การตดิเชอื้ระหวา่งทมี่กีารผ่าตัด โดยสารทมี่กีารใชใ้นสมยันัน้คอื กรดคาร์บอกลิก จน Lister ได ้รับสมญาว่าเป็น บดิาแหง่การทา ศลัยกรรมแบบไรเ้ชอื้ ( Father of antiseptic surgery) ภาพที่6 Paul Ehrlich (ค.ศ. 1854 – 1916) เป็นผูค้น้พบสารเคมที ใี่ชใ้นการท าลายเชอื้ Mycobacterium tuberculosis, syphilis และเชอื้โรค อื่นๆ อีกหลายชนิด โดยการค ้นพบนี้เป็นการจุดประกายให ้มีการ คน้ควา้วจิ ัยเพอื่หาสารเคมที สี่ามารถฆา่เชอื้กอ่ โรคหลายชนดิขนึ้ Hans Christian Gram (ค.ศ. 1853-1933) เป็นผูค้ดิคน้เทคนคิการยอ้มสเีแบคทเีรยีทเี่รยีกวา่ Gram’s stain ต่อมาวิธีการดนี้ ได ้น ามาเป็นวธิกีารทสี่ าคัญทใี่ชใ้นการจ าแนกแบคทเีรยีออกเป็นแบคทเีรยีแกรมบวกและแบคทเีรยีแกรมลบตามการตดิ สโดยวิธีการ ียอ้มสแีกรม Sir Alexander Fleming (ค.ศ. 1920s) อเล็กซานเดอร์ เฟลมมิง เป็นแพทย์นักชวีวทิยา นักเภสชัวทิยา และนัก พฤกษศาสตร์ชาวสก็อตแลนด์ ค ้นพบเอนไซม์ไลโซไซม์ในปี ค.ศ. 1923 และการคน้พบสารเบนซลิเพนนซิลินิ (เพนนซิลินิจ)ีจากเชอื้ รา Pennicilium notatum ในปี ค.ศ. 1928 (ภาพที่7) ซงึ่น าไปสกู่ารพัฒนายาปฏชิวีนะตัวแรกของโลก การค ้นพบนี้ท าให ้เขาได ้รับรางวัลโนเบล สาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ในปี ค.ศ. 1945 James Watson (เจมส์วตัสนั ) นักชวีวทิยาอเมรกิ ัน และ Franscis Crick (ฟรานซสิครกิ ) นักฟิสกิสอ์ ังกฤษ (1953) ได ้ท าการวิเคราะห์แบบจ าลองโครงสร้างของดีเอ็นเอ และเสนอโครงสร้างของดีเอ็นเอจนเป็นที่ยอมรับ จนได ้รับรางวัล โนเบล (NobelPrize) ในปี ค.ศ. 1962 (ภาพที่8) Carl Richard Woese (1977)คาร์ล โวส เป็นนักจุลชวีวทิยาและชวีฟิสกิสช์าวอเมรกิ ัน มชีอื่เสยีงในการก าหนดต าแหน่งของ Archaea โดยล าดับวิวัฒนาการของ 16S ribosomal RNA ซงึ่ปฏวิัตริะเบยีบวนิ ัยของจุลชวีวทิยา เป็นผูร้เิรมิ่สมมตฐิานโลกอารเ์อ็นเอในปี1967 (ภาพที่9) ยังมนี ักวทิยาศาสตรช์ว่งเวลาของยคุทองแหง่จุลชวีวทิยาอกีหลายทา่นทไี่ดท้า การคน้ควา้อกีมากมายและไดม้หีลายสาขาวชิาประยกุตใ์ ชส้งิ่ที่ เกิดขึ้นจากการบุกเบิกการท างานของท่านเหล่านั้น ดังแสดงใน ตารางที่1 การคน้พบความรูท้างวทิยาศาสตรส์ขุภาพทเี่กยี่วกับจุลชวีวทิยาน าไปสคู่วามกา้วหนา้ทางวทิยาการอยา่งมากและเป็นการเปิดประตสู ู่ โลกแหง่วทิยาการสมยั ใหมอ่ยา่งแทจ้รงิ โดยมนี ักวทิยาศาสตรท์มี่ชีอื่เสยีงและไดร้ับการยอมรับจนไดร้ับรางวัลโนเบลสาขาวทิยาศาสตรก์ารแพทย์ และสรีรวิทยา แสดงในตารางที่2
เอกสารประกอบการสอนรายวชิา จุลชวีวทิยาmทั่วไป _Introduction to Microbiology ผศ.พ.อ.หญิงสดุาลกัษณ์ธญัญาหาร สาขาเทคนิคการแพทย์คณสหเวชศาสตร์ วิทยาลัยนครราชสีมา 5 3.การจดัหมวดหมูข่องสงิ่มชีวีติและลกัษณะส าคญัของจุลนิทรยีแ์ตล่ะชนดิ 3.1 การจ าแนกสงิ่มชีวีติ (Taxonomy-Classification of Organisms) 3.1.1 อนุกรมวิธานวิทยา (Taxonomy) เป็นการจัดจ าแนกสงิ่มชีวีติออกเป็นหมวดหมตู่ามสายววิัฒนาการ อนุกรมวิธานเป็นวิชาที่ว่าด ้วยกฎเกณฑ์เกี่ยวกับ 3.1.1.1 การจัดจ าแนกสงิ่มชีวีติ (Classification) ออกเป็นหมวดหมู่ต่างๆ 3.1.1.2 การก าหนดชอื่สากลของหมวดหมแู่ละชนดิของสงิ่มชีวีติ (Nomenclature) 3.1.1.3 การตรวจสอบชอื่วทิยาศาสตรข์องสงิ่มชีวีติ (Identification) 3.1.1.1 การจดัจ าแนกสงิ่มชีวีติ (Classification) ออกเป็ นหมวดหมู่ต่างๆ นับตั้งแต่ครั้งที่ Aristotle นักธรรมชาตวิทิยาไดจ้ัดจ าแนกและตัง้ชอื่สงิ่มชีวีติทัง้พืช สัตว์และ จุลชพี (Microorganisms) ไว้อย่างมี แบบแผน โดยอาศัยพนื้ฐานของลกัษณะทปี่รากฎและพฤตกิรรม จากนั้น วทิยาศาสตรข์องการจัดจ าแนกสงิ่มชีวีติทางชวีวทิยา (Taxonomy) ได ้ อ ้างอิงระบบ Binomial (Binomial system, Binomial nomenclatures) ที่ถูกพัฒนาขึ้นในศตวรรษที่ 18 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาว Swedish ชอื่ Carolus Linnaeus โดยในระบบ Binomail นี้จุลชพี ไดถ้กูตัง้ชอื่ขนึ้สองชอื่ชอื่แรกคอื ชอื่ของ Genus และชอื่ทสี่องเป็นชอื่ของ Species เชน่ Staphylococcus aureus เป็นชอื่ของแบคทเีรยีแกรม บวกชนิดหนึ่ง โดย Staphylococcus เป็นชอื่ของ Genus และ aureus เป็นชอื่ของ Species ค . ศ . 1969 Robert H. Whittaker ได ้เสนอให้มีการจัดจ าแนกสงิ่มชีวีติออกเป็นอาณาจักรตา่งๆ ( kingdom) โดยอาศัยลักษณะและการจัดเรยีงตัวของเซลลแ์ละความแตกตา่งของลักษณะการกนิอาหาร โดยสามารถเรยีงล าดับหมวดหมจู่าก สงิ่มชีวีติทมี่คีวามสัมพันธก์ ันมากกวา่ ไปหาสงิ่มชีวีติทมี่คีวามสัมพันธก์ ันนอ้ยกวา่แบง่เป็น ชนดิ ( species) สกุล ( genus) วงศ์( family) อันดับ ( order) ชนั้( class) ไฟลัม (phylum) อาณาจักร (kingdom) และจดัจ าแนกสงิ่มชีวีติออกเป็น 5 อาณาจักร แสดงในภาพที่ 10 คือ 1.อาณาจักรโมเนอรา (Kingdom Monera) คอืพวกสงิ่มชีวีติทเี่ป็นโปรคารโิอท (prokaryote) เป็นสงิ่มชีวีติเซลลเ์ดยีว ได ้แก่ แบคทีเรียและไซยาโนแบคทีเรีย 2.อาณาจักรโปรติสตา (Kingdom Protista) เป็นสงิ่มชีวีติเซลลเ์ดยีว (unicellular organisms) ที่เป็นพวก ยูคาริโอท (eukaryote) อาจจะอาศัยอยเู่ดยี่วๆ หรอืเป็นกลมุ่เชน่อมบีา พารามเีซยีม ยกูลนีา 3.อาณาจักรฟังไจ (Kingdom Fungi) เป็นสงิ่มชีวีติหลายเซลล์ (multicellular organisms) ที่เป็นยูคาริโอท กินอาหารโดยการย่อยสลาย สารอินทรีย์ต่างๆ ได ้แก่ เห็ด และรา 4.อาณาจักรพืช ( Kingdom Plantae) เป็นสงิ่มชีวีติพวกพชื ซงึ่เป็น พวกยูคาริโอทที่มีหลายเซลล์ มีผนังเซลล์ (cell wall) ไม่สามารถเคลื่อนที่ได ้ด ้วยตัวเอง สามารถในการสังเคราะหแ์ ส 5.อาณาจกัรสตัว์( Kingdom Animalia) เป็นสงิ่มชีวีติพวกสัตวท์เี่ป็น พวกยคูารโิอททมี่หีลายเซลล์ไมม่ผีนังเซลล์กนิอาหารโดยการกนิสงิ่มชีวีติ อนื่เป็นอาหาร สว่นใหญ่เคลอื่นทไี่ดอ้ยา่งนอ้ยในชว่งใดชว่งหนงึ่ของชวีติก ในปัจจุบันนักจุลชวีวทิยามักใช้Kingdom Prokaryotae แทนค าว่า Monera สว่น Viruses โดยปกติมักไม่ได ้ถูกจัดอยู่ใน 5 Kindoms นี้เนื่องจากไมใ่ ช่ สงิ่มชีวีติทเี่ป็นเซลลโ์ดยแทจ้รงิ (Truly living cells) ภาพที่10 แสดงการจัดจ าแนกสงิ่มชีวีติตาม Whittaker classifcation scheme
เอกสารประกอบการสอนรายวชิา จุลชวีวทิยาmทั่วไป _Introduction to Microbiology ผศ.พ.อ.หญิงสดุาลกัษณ์ธญัญาหาร สาขาเทคนิคการแพทย์คณสหเวชศาสตร์ วิทยาลัยนครราชสีมา 6 จากการศกึษาตอ่มาพบวา่อาจแบง่ สงิ่มชีวีติออกไดเ้ป็นสองพวกใหญ่ๆ ตามลักษณะของเซลล์ได ้แก่ โปรคาริโอต (Procaryote) และ ยูคาริโอต (Eucaryotes) สงิ่มชีวีติพวกโปรคารโิอต (Procaryote organisms) ทั้งหมดจะถูกจัดอยู่ใน Kingdom Procaryotae โปรคาริโอต (Procaryotes) หมายความ รวมถึง แบคทีเรียและแบคทีเรียที่ก่อโรค (bacterial pathogens) ของคนและสัตว์ขณะที่ ยูคาริโอต (Eucaryotes) หมายความรวมถึงยีสต์(yeasts) รา (fungi) โปรโตซวั (protozoa) พชื ชนั้สงู (higher plants) คน และสัตว์ ความแตกต่างของ โปรคาริโอตและยูคาริโอต แสดงในภาพที่ 11 และตารางที่ 3 1. Procaryotes มีโครงสร้างทางพันธุกรรมที่เป็นโครงสร้างดั้งเดิม (primitive genetic Structure) คือมีนิวเคลียสที่ไม่มีเยื่อหุ้ม นิวเคลียส (nuclear membrane) จุลชพี ในกลมุ่นี้ไดแ้กแ่บคทเีรยีและ สาหร่ายสเีขยีวแกมน ้าเงนิ (Cyanobacteria) แบคทีเรียในกลุ่มนี้ยังถูกแบ่ง ออกเป็น Eubacteria (True bacteria) และ Achaea (Ancient bacteria) - Eubacteria (True bacteria) คือแแบคทีเรียที่ไม่มีเยื่อหุ้มนิวเคลียส มีผนังเซลล์สอง ชนิดคือแบคทีเรียแกรมบวกเป็นพวก Peptidoglycans และแบคทีเรียแกรมลบเป็นพวก Lipopolysaccharide เจรญิเตบิ โตโดยอาศัยการแบง่ตัวจากหนงึ่เป็นสอง (Binary fission) - Achaea (Ancient bacteria) คือแแบคทีเรียที่ไม่มีเยื่อหุ้มนิวเคลียส มี ลักษณะของผนังเซลล์แตกต่างไปจาก Eubacteria และ เจรญิเตบิ โตไดใ้นสงิ่แวดลอ้มทมี่สีภาพทมี่คีวาม เค็มสูงมาก ๆ หรืออุณหภูมิสูงมาก ๆ (Extreme environments) 2. Eukaryotes คอื สงิ่มชีวีติทเี่ซลลม์นีวิเคลยี สและโครงสรา้งอนื่(ออรแ์กเนลล)์อยภู่ายในเยอื่หมุ้เซลล์ มีเยื่อหุ้มนิวเคลียส โดย ภายในเยื่อหุ้มนิวเคลียสมีสารพันธุกรรม เซลลย์แูครโิอตสว่นใหญ่ยังมอีอรแ์กเนลลท์มี่เียอื่หมุ้อนื่ดว้ย เชน่ ไมโทคอนเดรียหรือกอลจิแอพพาราตัส นอกเหนือจากนี้ พืชและสาหร่ายยังมีคลอโรพลาสต์ สงิ่มชีวีติเซลลเ์ดยีวหลายชนดิเป็นยแูครโิอต เชน่ โปรโตซวัแตส่งิ่มชีวีติหลายเซลลท์กุชนดิ เป็นยแูครโิอต ซงึ่ไดแ้ก่ สัตว์พชืและเห็ดรา แสดงในภาพที่ 12 ภาพที11 แสดงภาพโปรคาริโอตและยูคาริโอต ตารางที่3 แสดงความแตกต่างของโปรคาริโอตและยูคาริโอต
เอกสารประกอบการสอนรายวชิา จุลชวีวทิยาmทั่วไป _Introduction to Microbiology ผศ.พ.อ.หญิงสดุาลกัษณ์ธญัญาหาร สาขาเทคนิคการแพทย์คณสหเวชศาสตร์ วิทยาลัยนครราชสีมา 7 3.1.1.2 การจัดหมวดหมู่ อาศัยคณุสมบัตติา่ง ๆ กันเชน่จัดเป็นสงิ่มชีวีติทคี่ลา้ยกับอยใู่นกลมุ่เดยีวกนัจากอาณาจักร (Kingdom) เชน่ Procaryote, Division จะมี Photobacteria และ Scotobacteria, Class จะประกอบด ้วยหลาย class เชน่แบคทเีรยี, รกิเกตเซยี, สาหร่ายสเีขยีว แกมน ้าเงิน เป็น class ของแบคทเีรยีทัง้สนิ้และแตล่ะ class ยังแบง่ยอ่ยลงไปตามชอื่สกลุของแตล่ะชนดิจะเป็น Order, Family, Genus, Species, subspecies เป็นต ้น (ภาพที่14) การใชค้ณุสมบัตอินื่เชน่ - Biovar (biotype) เป็นการอาศัยความแตกตา่งทางชวีเคมี - Serovar (serotype) เป็นการอาศัยความแตกตา่งการเป็นแอนตเิจน - Pathovar เป็นการอาศัยคณุสมบัตกิารกอ่ โรค - Morphovar เป็นการอาศัยคณุสมบัตลิ ักษณะรูปร่างตา่ง ๆ ในการจัดกลมุ่จุลนิทรยี ป์ ัจจุบันมกีารแบง่ทแี่ตกตา่งไปจากเดมิคมู่อืทนี่ยิมใชม้ากทสี่ดุคอื Bergey’s anual of Systemic Bacteriology จัดหมวดหมู่ ภาพที่14 การจัดหมวดหมู่ 3.1.1.3 การเรยีกชอื่ Bacterial Nomenclature แบคทเีรยีมกีารเรยีกชอื่กัน 2 แบบคอืชอื่สามัญ (Common name) และชอื่วทิยาศาสตร์(Scientific name) 1. ชอื่สามัญ เป็นชอื่ใชเ้รยีกกันทั่วไปเชน่ E. coli มชีอื่สามญัวา่ Colon bacillus 2. ชอื่วทิยาศาสตร์ตามหลกัของ International Code of Nomenclature of Bacteria มกีารเรยีกชอื่ genus และ species คู่กันโดยยึดหลักปฏิบัติ คือ - ใชต้ ัวเอนโดยไมต่อ้งขดีเสน้ ใต้ - ใชต้ ัวตรงตอ้งขดีเสน้ ใต้แยกระหวา่ง genus และ species โดยชอื่แรก genus ใหเ้ขยีนตัวใหญ่และชอื่หลัง species ใหเ้ขยีนดว้ยตัวเล็กเชน่ Pseudomonas aeruginosa หรือ E.coli หรือ Escherichia coli เป็นต ้น 4.ความส าคญัของจุลนิทรยี ์ จุลนิทรยีเ์ป็นสงิ่มชีวีติทมี่อียใู่นสงิ่แวดลอ้มทั่วไป ซงึ่เกยี่วขอ้งโดยตรงกับการด ารงชวีติของพชืและสัตว์นอกจากนี้จุลินทรีย์ยังมีบทบาท ในระบบนิเวศในหลายบทบาท บางชนิดเป็นผู้ผลิต บางชนดิเป็นปรสติกอ่ โรคใหก้ ับสงิ่มชีวีติอนื่ รวมถึงการเป็นผู้ย่อยสลายในระบบของวัฎจักรของ สารบางชนดิ ใหป้ระโยชน์ตอ่ สงิ่มชีวีติ ชนดิอนื่บางชนดิกอ่ ใหเ้กดิ โทษกับสงิ่มชีวีติทจีุ่ลนิทรยี ไ์ ปอาศยัอย ู่ดังนัน้การศกึษาวชิาจุลชวีวทิยาจงึมี ความส าคัญผูเ้รยีนสามารถน าไปประยกุตใ์ ชใ้นชวีติ ประจ าวัน การปรับตัวเพื่อให ้มีสุขภาพที่สมบูรณ์ หรอืเพอื่การประยกุตใ์ชใ้นการประกอบอาชพี ได้ จะเห็นไดว้า่มจีุลนิทรยีม์ากทสี่ดุส าหรับสงิ่มชีวีติบนโลกและสว่นใหญ่ประโยชน์ 4.1 ประโยชน์ของจุลินทรีย์ 4.1.1 จุลนิทรยีเ์ป็นสว่นหนงึ่ของสงิ่แวดลอ้ม จุลนิทรยี ส์ว่นใหญม่บีทบาทเป็นผู้ย่อยสลาย จุลินทรีย์เกี่ยวข ้องกับการรักษา สมดลุของธรรมชาติการหมนุเวยีนธาตตุา่งๆ จากซากสงิ่มชีวีติเพอื่กลับเขา้สรู่ะบบของสสาร เชน่แบคทเีรยีกลมุ่ Nitrifying bacteria สามารถตรึง ไนโตรเจนให ้แก่พืช บริเวณราก หรือแบคทีเรีย Salmonella sp. เป็นชนดิทใี่ชซ้ลัเฟอรเ์ป็นตัวรับอเิลคตรอนเพอื่การสรา้งพลังงานในเซลล์เป็นต ้น (ภาพที่15) ภาพที่15 วัฎจักรNitrogen https://www.siamchemi.com/wp-content/uploads/2015/06/Nitrogen.gif
เอกสารประกอบการสอนรายวชิา จุลชวีวทิยาmทั่วไป _Introduction to Microbiology ผศ.พ.อ.หญิงสดุาลกัษณ์ธญัญาหาร สาขาเทคนิคการแพทย์คณสหเวชศาสตร์ วิทยาลัยนครราชสีมา 8 4.1.2 จุลนิทรยีเ์กยี่วขอ้งกบัหว่งโซอ่าหารในระบบนเิวศ หลายชนิดเกี่ยวข ้องกับวัฎจักรของสสาร บางชนิดสามารถ สังเคราะหแ์ สงได้ทัง้การเปลยี่นปฏกิริยิาทางเคมมีาเป็นพลังงาน และการน าพลังงานแสงอาทิตย์จากธรรมชาติเปลี่ยนเป็นสารอินทรีย์ให ้พลังงาน ของสงิ่มชีวีติ 4.1.3 จุลนิทรยีม์ ปีระโยชนต์อ่ สงิ่มชีวีติอนื่ๆ การสรา้งประโยชน์ตอ่มนุษยบ์างชนดิอาจใชเ้ป็นอาหารไดโ้ดยตรง เชน่เซลล์ ยสีตใ์ชเ้ป็นอาหารแกม่นษุยแ์ละอาหารสัตว์เห็ดเพอื่การบรโิภค การใชจุ้ลนิทรยี ใ์นการผลติทางอตุสาหกรรม เชน่ เบียร์ ไวน์ ขนมปัง วิสกี้ นม เปรี้ยว เป็นต ้น หรือ การใชจุ้ลนิทรยี ใ์นการปรุงอาหารหรอืหมักอาหารพนื้บา้น เชน่การผลติขนมจนีผักดอง หน่อไม้ดอง สาโท ถั่วเน่า เป็นต ้น 4.1.4 จุลินทรีย์มีความสามารถในการสรา้งสารปฏชิวีนะเพอื่ท าลายจุลินทรีย์ ซงึ่มนุษยส์กัดมาประยกุตใ์ชใ้นการใช้ เป็นยารักษาโรค การคน้พบยาเพนนซิลินิของ Alexander Flemming ถอืเป็นจุดเรมิ่ตน้ของการคน้ควา้ตัวยาจากจุลนิทรยีม์ากมายหลายชนดิ ซงึ่ เป็นประโยชน์ทสี่ าคัญของจุลนิทรยี์ ในปัจจุบันได ้มีการพัฒนาทั้งในระดับห ้องปฏิบัติการและระดับอุตสาหกรรมเพื่อการพัฒนาเทคโนโลยีพันธุวิศวะ กรรมใหไ้ดจุ้ลนิทรยีท์ สี่ามารถสรา้งวัคซนีหรอืยาปฏชิวีนะปรมิาณมากและมปีระสทิธภิาพมากขนึ้ซงึ่เป็นประโยชน์ทางการแพทยอ์ยา่งมาก 4.2 ผลเสยีของจุลนิทรยีต์อ่ สงิ่มชีวีติ จุลชพีทัง้แบคทเีรยี ไวรัส เชอื้รา โปรโตซวัและปาราสติมรีูปแบบการอยอู่าศัยและการกอ่ โรคในร่างกายของสงิ่มชีวีติแตกตา่งกัน ออกไป บางชนดิอยอู่าศัยและกอ่ โรคในร่างกายของสงิ่มชีวีติ ในขณะทบี่างชนดิอยอู่าศัยแตไ่มก่อ่ ใหเ้กดิ โรคในร่างกายของสงิ่มชีวีติและเออื้ ประโยชนใ์หส้งิ่มชีวีตินัน้ๆ นอกจากนี้ยังมจีุลชพีบางชนดิทโี่ดยปรกตไิมก่อ่ ใหเ้กดิ โรคแตส่ามารถกอ่ ใหเ้กดิ โรคไดใ้น ลักษณะฉกฉวยโอกาส (Opportunistic infection) เมอื่สภาพร่างกายของสงิ่มชีวีติออ่นแอ (Compromised host) เชน่มลี ักษณะภมูคิมุ้กันบกพร่อง (Immuno-compromised หรือ Immunodeficiency) ดังเชน่คนที่เป็นโรคเอดส์ (AIDS) จุลชพีเมอื่แบง่ตามลักษณะการอยอู่าศัยและ ความสามารถในการก่อโรคหรือไม่ กอ่ โรคในร่างกายของสงิ่มชีวีติ สามารถแบ่งได ้ดังนี้ 4.2.1 Normal flora เป็นจุลชพีทอี่าศัยอยบู่นหรอื ในร่างกายของสงิ่มชีวีติ ในอวัยวะทไี่มใ่ ชอ่วัยวะ ทปี่ราศจากเชอื้โดยไมก่อ่ ใหเ้กดิ อันตรายแกส่งิ่มชีวีตินัน้ๆ ในทางตรงกันข ้ามอาจก่อให่เกิดประโยชน์ แกส่งิ่มชีวีตินัน้ๆ เชน่จุลนิทรยีแ์ลคโตบาซลิลัสในล าไสข้องมนุษยแ์ละสัตว์ เป็นต ้น 4.2.2 Pathogen คอืจุลชพีหรอื ไวรสัทกี่อ่ ใหเ้กดิ โรคเมอื่จุลชพีหรอื ไวรสันัน้ๆ อยใู่นร่างกายของสงิ่มชีวีติ ชนดิอนื่ความสามารถในการ กอ่ โรคของจุลชพี (Pathogenicity) จะแตกต่างกันออกไปโดย ขึ้นอยู่กับปัจจัยในการก่อความรุนแรง (Virulence factors) ทพี่บในจุลชพีแตล่ะชนดิ 4.2.3 Non-pathogen คอืจุลชพีทไี่มส่ามารถกอ่ โรคในสงิ่มชีวฺ๊ตชนิดอื่นได ้เนื่องจากไม่มีปัจจัยในการก่อความรุนแรง 4.2.4 Opportunistic pathogen จุลชพีทเี่ป็น Normal flora โดยปรกตเิป็นจุลชพีทไี่มก่อ่ ให้กอ่ ใหเ้กดิ โรคในสงิ่มชีวิติอนื่ๆ แตห่ากสงิ่มชีวตินัน้ๆ อยใู่นสภาพทไี่วตอ่การตดิเชอื้เชน่ มีภาวะ บกพร่องของภูมิคุ้มกัน จงึท าใหจุ้ลชพีทเี่ป็น Normal flora เหล่านั้น กลายเป็น จุลชพีฉกฉวยโอกาส และก่อให ้เกิดโรคได ้ ผลเสยีของจุลนิทรยี ส์ว่นใหญข่นึ้อยกู่ ับชนดิของจุลนิทรยีก์อ่ โรคและทงั้ในพชื สัตว์และมนุษย์การกอ่ ใหเ้กดิ โรคของจุลนิทรยีอ์าจ เกิดจากแอนติเจนที่พบในตัวเซลล์ บุกรุกเนื้อเยื่อเพื่อสร้างพยาธิสภาพ โดยตรง การสร้างสารพิษของจุลินทรีย์เพื่อทา ลายเนื้อเยื่อ หรือการ ตอบสนองของภมูคิมุ้กันของมนษุยท์รี่นุแรงนา ไปสอู่าการเจ็บไขไ้ดป้่วยได้โรคทั่วไปทมี่ักพบบอ่ย เชน่ โรคไขเ้ลอืดออก เกดิจากการตดิเชอื้ Dengue virus มยีงุลายเป็นพาหะนา เชอื้โรคบาดทะยกั เกดิจากการตดิเชอื้ Clostodium tetani โรคพษิ สนุัขบา้เกดิจากการตดิเชอื้ Rabies virus เป็นตน้และจุลนิทรยีย์ ังเป็นสาเหตขุองการเน่าเสยีของผลผลติทางการเกษตร การเกดิ โรคในพชืเศรษฐกจิการถกูท าลายโดยจุลนิทรยีข์อง ขา้วของเครอื่งใชใ้นครัวเรอืน เป็นตน้ 5.กล้องจุลทรรศน์ (MICROSCOPY) กลอ้งจุลทรรศน์เป็นอปุกรณ์ทางวทิยาศาสตรท์มี่คีวามส าคัญในการศกึษาจุลชวีวทิยาเป็นอยา่งมาก เนื่องจากจุลินทรีย์มีขนาดเล็ก จ าเป็นตอ้งใชก้ลอ้งจุลทรรศน์ในการขยายภาพใหม้ขีนาดใหญ่ขนึ้เพอื่ใชใ้นการศกึษาสัณฐานวทิยา สรีรวิทยา ของจุลินทรีย์โดยทั่วไปกล ้อง จุลทรรศนแ์บบใชแ้สงทใี่ชใ้นหอ้งปฏบิตักิาร มักมีก าลังขยายประมาณ 100 – 1000 เท่า เพื่อที่จะสามารถมองเห็นจุลินทรีย์ที่มีขนาดเล็กประมาณ 1 ไมโครเมตรได ้นอกจากนี้จะตอ้งมเีทคนคิและวธิกีารทจี่ะศกึษาจุลนิทรยีแ์ตล่ะชนดิดว้ย เชน่การยอ้มสอียา่งง่าย การยอ้มสแีกรม การยอ้มส ี เอนโดสปอร์เป็นต ้น กล ้องจุลทรรศน์มีหลายชนิด แตล่ะชนดิมจีุดมงุ่หมายในการใชแ้ตกตา่งกันไป 5.1 ประวตัขิองกลอ้งจุลทรรศนแ์บบใชแ้สง กล ้องจุลทรรศน์(microscope) คือ เครอื่งมอืทปี่ระกอบดว้ยเลนสน์ูน (convex lens) หรอื สงิ่ทที่ า หนา้ทคี่ลา้ยเลนสน์ูนขยายภาพวัตถใุหม้ขีนาดใหญข่นึ้จนสามารถศกึษาโครงสรา้งขนาดเล็กของวัตถนุัน้ได้กล ้องจุลทรรศน์อย่างง่ายประกอบด ้วย เพยีงสว่นฐาน สว่นทใี่ชว้างหรอืยดึวัตถุและสว่นทเี่ป็นเลนสน์ูนขยายภาพวัตถุในทางชวีวทิยา กลอ้งจุลทรรศน์เป็นเครอื่งมอืทใี่ชใ้นการดภูาพ ขยายของโครงสร้างต่าง ๆ ของตัวอยา่งทางชวีวทิยาทตี่อ้งการศกึษา เชน่เซลลข์องสงิ่มชีวีติ กลอ้งจุลทรรศนแ์บบใชแ้สง (light microscope) คือ กลอ้งจุลทรรศน์ทใี่ชแสงจากแหล่งก าเนิดแสงต่าง ้ๆ เชน่ แสงอาทิตย์หรือ หลอดไฟ เพอื่สอ่งผ่านวัตถทุตี่อ้งการศกึษา ถอืเป็นเครอื่งมอืทชี่ว่ยใหเ้ราสามารถศกึษาโครงสรา้งขนาดเล็กทตี่าเปลา่มองไมเ่ห็นไดอ้ยา่งมี ประสทิธภิาพ กลอ้งจุลทรรศนแ์บบใชแ้สงทนี่ยิมใชใ้นการศกึษาชวีวทิยาพนื้ฐานในโรงเรยีนหรอืมหาวทิยาลัย คือ กลอ้งจุลทรรศน์แบบใชแ้สงเชงิประกอบ (compound light microscope) ซงึ่มเีลนสห์ลายอันประกอบกันเป็นระบบเลนสเ์ชงิประกอบ (compound lens system) ที่ท าหน้าที่ร่วมกันในการขยายภาพวัตถุ กลอ้งจลุทรรศน์ชนดินี้ทใี่ชก้ ันอยใู่นปัจจุบัน พัฒนามาจากต ้นแบบRobert Hooke (โรเบิร์ต ฮุก) ไดน้ าไปใชใ้นการสอ่งดโูครงสรา้งของไมค้อรก์จนพบโครงสรา้งเป็นชอ่งเล็ก ๆ ซงึ่เป็นทมี่าของค าวา่เซลล ์ ต่อมาแอนทอน วาน เลเวนฮุก (Antoine van Leeuwenhoek) ไดพ้ ัฒนาเลนสท์มี่ปีระสทิธภิาพมากและน ามาประกอบเป็นกลอ้ง จุลทรรศน์ที่ท าให ้เกิดการกลอ้งจุลทรรศน์แบบใชแ้สงเชงิประกอบตัวแรกทปี่ระดษิฐข์นึ้ โดย Christopher Cock (คริสโตเฟอร์ค็อก) เมื่อกว่า 300 ปีมาแล ้ว ซงึ่คน้พบสงิ่มชีวีติเซลลเ์ดยีวหลายชนดิ ในน ้า ดังนัน้กลอ้งจุลทรรศนแ์บบใชแ้สงเชงิประกอบจงึเป็นเครอื่งมอืทสี่ าคัญในการศกึษา ชวีวทิยานับแตน่ ัน้มา ถือเป็นเครื่องมือที่ท าให ้เกิดความรู้และความก ้าวหน้าทางวิชาการขึ้นมากมาย ยกตัวอยา่งเชน่ความรูเ้รอื่งเซลลข์องสงิ่มชีวีติ
เอกสารประกอบการสอนรายวชิา จุลชวีวทิยาmทั่วไป _Introduction to Microbiology ผศ.พ.อ.หญิงสดุาลกัษณ์ธญัญาหาร สาขาเทคนิคการแพทย์คณสหเวชศาสตร์ วิทยาลัยนครราชสีมา 9 5.2 ประเภทของกล้องจุลทรรศน์ (Microscope) กล ้องจุลทรรศน์ แบ่งออกเป็น 2 ประเภท คอืแบบใชแ้สงธรรมดาและแบบใชแ้สงอเิล็กตรอน 5.2.1 กลอ้งทใี่ชแ้สงธรรมดา (Light microscope) หรอืเรยีกวา่กลอ้งจลุทรรศน์เลนสป์ระกอบ (compound microscope) เนื่องจากมเีลนส์2 ชดุคอืเลนสว์ ัตถุ(objective lens) และเลนสต์า (ocular lens หรือ eyepieces) ใชแ้สงธรรมดาเป็นแหลง่ก าเนดิ แสง ขยายภาพโดยแสงเดนิทางจากแหลง่ก าเนดิแสงผ่านเลนสร์วมแสง (condenser lens) ซงึ่จะบังคับใหแ้สงตรงเขา้สวู่ ัตถทุตี่อ้งการดู ภาพของวัตถจุะถกูขยายอกีครัง้หนงึ่ดว้ยเลนสต์า กลอ้งทใี่ชแ้สงธรรมดา (Light microscope) แบ่งออกเป็น 5.2.1.1 กล ้องจุลทรรศน์แบบไบรท์ฟิลด์ (bright field microscope) 5.2.1.2 กล ้องจุลทรรศน์แบบดาร์คฟิลด์ (dark field microscope) 5.2.1.3 กลอ้งจุลทรรศน์แบบใชแ้สงอัลตราไวโอเลต (ultraviolet microscope) 5.2.1.4 กลอ้งจุลทรรศน์ฟลอูอเรสเซนซ์(fluorescence microscope) 5.2.1.5 กล ้องจุลทรรศน์เฟสคอนทรัสต์ (phase-contrast microscope) 5.2.1.1 กล้องจุลทรรศน์แบบไบรท์ฟิลด์ (bright field microscope) เป็นกลอ้งจุลทรรศน์ทใี่ชก้ ันอยา่งแพรห่ลายในหอ้งปฏบิ ัตกิารทั่วไป มกี าลังขยายประมาณ 1,000 เท่า ข ้อจ ากัดของก าลังขยาย (magnification) นี้ไมไ่ดข้นึ้อยกู่ ับผลคณูของก าลังขยายของเลนสต์าและเลนสว์ ัตถเุทา่นัน้แตย่งัขนึ้กับความสามารถของเลนสว์ ัตถใุนการแยกแยะ รายละเอียดของภาพ ให ้เห็นความแตกต่างกันได ้ ที่เรียกว่า รีซอลวิงเพาเวอร์ (resolving power) ก าลังขยายขยายกลอ้งจุลทรรศน์เทา่กับก าลังขยายเลนสใ์กลว้ัตถุ X ก าลังขยายเลนสใ์กลต้า ค่า resolving power หรอืคา่รโีซลูชนั (resolution) หมายถงึคา่ความสามารถของเลนสใ์นการแยกแยะรายละเอยีดของภาพ ท าให้ เห็นความแตกต่างระหว่างจุดสองจุดที่อยู่ภายในโครงสร้างได ้ ค่า resolving power ขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นแสง และค่า numerical aperture, N.A.) ของเลนสน์ ัน้ ดังนัน้ถา้ความยาวคลนื่แสงยงิ่สัน้จะใหร้ายละเอยีดของภาพมากขนึ้ Numerical aperture (N.A.) เป็นสมบัตขิองเลนสท์เี่กยี่วขอ้งกับดัชนีหกัเหของตัวกลางทแี่สงผ่านไปกอ่นจะเขา้สเู่ลนสว์ ัตถุ เลนสว์ตัถุทใี่ชน้ า้มนั (oil immersion objective) เป็นเลนสว์ ัตถทุมี่กี าลังขยายมากทสี่ดุคอื 100 เทา่ ซงึ่การใชเ้ลนสน์ ี้ตอ้งเพมิ่ความระมัดระวังมาก เนื่องจากระยะหา่งระหวา่งวัตถุ กับเลนสช์ดิกันมาก เวลาใชจ้งึตอ้งหยดน ้ามัน (immersion oil) บนสไลดแ์ละใหเ้ลนสว์ ัตถสุัมผัสกับน ้ามัน เพอื่ใหแ้สงเดนิทางผ่านเป็นเสน้ตรงเขา้ สเู่ลนสว์ ัตถไุด้ถา้ไมใ่ ชน้ ้ามัน แสงทผี่่านจากแกว้สไลดเ์ขา้สอู่ากาศ จะหักเหออกไปมากท าใหแ้สงเขา้สเู่ลนสน์อ้ย ภาพจงึไมช่ดั (ภาพที่19) ภาพที่19 การเคลอื่นทแี่ละการหกัเหของแสงเมอื่ใช้Immersion oil เพอื่ใหแ้สงเขา้สเู่ลนสม์ากขนึ้ ที่มา : Bauman et al., 2007 : 132 ค่า resolving power = ความยาวคลื่นแสง 2 N.A.
เอกสารประกอบการสอนรายวชิา จุลชวีวทิยาmทั่วไป _Introduction to Microbiology ผศ.พ.อ.หญิงสดุาลกัษณ์ธญัญาหาร สาขาเทคนิคการแพทย์คณสหเวชศาสตร์ วิทยาลัยนครราชสีมา 10 ก าลังขยายของกล้องจุลทรรศน์ (magnification) กลอ้งสว่นใหญ่ทใี่ชใ้นหอ้งปฏบิตักิารจุลชวีวทิยา ประกอบดว้ยเลนสว์ ัตถุ 4 ขนาด ซงึ่มกี าลังขยายทตี่า่งกัน คือ - เลนสว์ ัตถกุ าลังขยายต ่า (low-power objective lens) = 4x, 10x - เลนสว์ ัตถกุ าลังขยายสงู (high-power objective lens) = 40x - เลนสว์ ัตถหุัวน ้ามัน (oil immersion objective lens) = 100x ขณะทเี่ลนสต์ามกี าลังขยาย 10 เท่า ดังนั้น ก าลังขยายของภาพจากกล ้องจุลทรรศน์จึงสามารถค านวณได ้จาก ก าลังขยายของภาพ = ก าลังขยายของเลนสต์า x ก าลังขยายของเลนสว์ ัตถ ุ 5.2.1.2 กล้องจุลทรรศน์แบบดาร์คฟิลด์ (dark field microscope) หลักการท างานของกล ้องจะเหมือนกับชนิดไบร์ทฟิลด์ภายในล ากลอ้งทแี่สงเคลอื่นทผี่่านเลนสร์วมแสง (Condenser) จะมีแผ่นปิดกั้นการเดินทางของแสง (Dark field plate) แผ่นโลหะนี้จะสกัดล าแสงไมใ่หเ้ขา้เลนสว์ตัถโุดยตรง ท าให ้มองเห็นฉาก หลัง เมอื่แสงผ่านวัตถทุตี่อ้งการศกึษา แสงบางสว่นจะตกกระทบวัตถแุลว้สะทอ้นออกและหักเหเขา้สเู่ลนสใ์กลต้าเพยีงบางสว่น สว่นวัตถจุะเกดิ การสะทอ้นและหักเหแสงเขา้สเู่ลนส์จึงเกิดภาพสว่างในที่มืด กลอ้งจุลทรรศน์ชนดินี้สามารถใชศ้กึษาเซลลจ์ุลนิทรยีท์มี่ชีวีติหรอื ไมม่ ชีวีติ โดยไม่ ตอ้งยอ้มสีหรือติดฉลากด ้วยสารเรืองแสงใดๆ มักใชใ้นการศกึษาจุลนิทรยีแ์บบไมย่อ้มสีและการศกึษาแบบ Hanging drop รวมถงึใชใ้นการ วินิจฉัยโรค เชอื้โรคบางชนดิเชน่เชอื้ซฟิิลสิ Treponema pallidum ภาพที่20 ภาพที่เกิดจากกล ้องจุลทรรศน์ชนิดดาร์คฟิลด์(Dark-field microscope) ลักษณะภาพจะเห็นพนื้หลังเป็นสดี า ตัวอยา่งสงิ่มชีวีติจะใส 5.2.1.3 กล้องจุลทรรศน์อัลตราไวโอเลต olet microscope) เป็นกลอ้งจุลทรรศน์ทใี่ชแ้สงอัลตราไวโอเลต ซงึ่จะท าให้resolving power มากกวา่กลอ้งธรรมดา เพราะแสงอัลตราไวโอเลตมคีลนื่สัน้กวา่ (ประมาณ 180-400 nm) เลนสข์องกลอ้งชนดินี้ท าจากควอตซ์ท าใหแ้สงเขา้สกู่ลอ้งไดม้าก จงึท าใหภ้าพชดัเจน แตเ่นื่องจากแสง อัลตราไวโอเลตนี้ตาเรามองไม่เห็น จึงต ้องบันทึกภาพไว้บนฟิล์ม 5.2.1.4 กลอ้งจุลทรรศนฟ์ลูออเรสเซนซ์(fluorescence microscope) หลักการของกล ้องชนิดนี้ตัวอย่างจุลินทรีย์จะถูกย้อมด ้วยสารที่มีคุณสมบัติในการเรืองแสง (Fluorochromes)ยกตัวอยา่งเชน่ Fluorescein isothiocyanate มสีเีขยีว เมอื่ถกูกระตนุ้ดว้ยรังสอี ัลตราไวโอเลท (Ultraviolet; UV) โดยอเิลคตรอนของสารสจีะเคลอื่นทภี่ายหลัง การถูกกระตุ้น ท าใหม้พีลังงานสงูขนึ้และปลอ่ยพลังงานออกมาในรูปของสารสตีา่งๆ ซงึ่สที ปี่รากฏเหน็จะขนึ้อยกู่ ับชว่งความยาวคลนื่แสงทถี่กู กระตุ้น เชน่สารสเีขยีว มีความยาวคลื่นประมาณ 480 นาโนเมตร เป็นต ้น ทัง้นี้เนื่องจากรังสีUV มีผลกระทบต่อดวงตาของมนุษย์กล ้องชนิดนี้ มกีตดิตัง้ระบบระบบแผ่นกรองแสงทสี่กัดคลนื่แสงในชว่ง UV ออก ปลอ่ยเฉพาะคลนื่แสงในชว่ง Visible range ใหผ้ ่านเลนสใ์กลต้าเขา้สนู่ ัยน์ตา โดยไม่มีอันตราย กลอ้งจุลทรรศน์นี้นยิมนามาใชใ้นการตรวจวนิจิฉัยโรคในหอ้งปฏบิ ัตกิารในโรงพยาบาล ซงึ่จะใชว้ธิกีารตดิฉลากสารสลีงบน แอนติบอดีที่จา เพาะตอ่เชอื้ เรียกเทคนิคนี้ว่า Fluorescent antibody technique เทคนิคนี้มีความไวและความจา เพราะตอ่การวนิจิฉัยเชอื้สงู และใชเ้วลาในการตรวจวนิจิฉัยเร็ว ภาพที่21 ภาพที่เกิดจากกลอ้งจุลทรรศนฟ์ลอูอเรสเซนซ์(fluorescence microscope) 5.2.1.5 กล้องจุลทรรศน์เฟสคอนทรัสต์ (phase contrast microscope) เป็นกลอ้งทใี่ชศ้กึษาเซลลส์งิ่มชีวีติอาศัยหลักการ Phase contrast objective และ คอนเดนเซอร์พิเศษ (Annular stop) ติดเข ้า ไปในกลอ้งจุลทรรศนแ์บบใชแ้สงธรรมดา หรือโดยการการบรรจุแผ่นเฟส(Phase plate) ซงึ่เป็นแผ่นแกว้โปรง่ ใส ติดตั้งอยู่ตรงระนาบโฟกัส ดา้นหลังของเลนสว์ ัตถุ โดยการที่แสงผ่านวัตถุหรือเซลล์ที่มีความหนาแน่นต่างกัน หรือมีดัชนีหักเหเพียงเล็กน้อย แสงจะหักเหไปมากน้อย แตกต่างกัน จึงท าให ้กล ้องชนิดนี้แยกรายละเอียดของลักษณะภายในของจุลินทรีย์ได ้ ซงึ่โครงสรา้งตา่งๆ ภายในเซลล์แตกต่างกันทั้งขนาด รูปร่าง การเคลื่อนไหวของสารภายในเซลล์ ภาพที่เกิดจากล ้องจุลทรรศน์ชนิดเฟส-คอนทรัสต์(Phase-contrast microscope)ลักษณะภาพจะสามารถมองเห็นโครงสร้างภายขึ้นอยู่ กับการสะท้อนและการหักเหของแสงที่ตกกระทบโครงสร้างที่มีความหนาแน่นต่างกันแสงจะหักเหออกไปมากน้อยต่างกัน
เอกสารประกอบการสอนรายวชิา จุลชวีวทิยาmทั่วไป _Introduction to Microbiology ผศ.พ.อ.หญิงสดุาลกัษณ์ธญัญาหาร สาขาเทคนิคการแพทย์คณสหเวชศาสตร์ วิทยาลัยนครราชสีมา 11 ภาพที่21 ภาพที่เกิดจากกล ้องจุลทรรศน์เฟสคอนทรัสต์ (phase contrast microscope) 5.2.2 กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน (electron microscope, EM) กลอ้งจุลทรรศนอ์เิล็กตรอนจะใชพ้ลังงานไฟฟ้าไปแตกตัวใหค้ลนื่อเิลก็ตรอน (Electron beam) เคลื่อนที่ผ่านสนามแม่เหล็กและผ่าน ตัวอย่างที่ติดฉลากด ้วยโลหะ การเคลอื่นทขี่องอเิล็กตรอนท าใหเ้กดิภาพแทนการใชแ้สงสวา่งและใชส้นามแมเ่หล็กแทนเลนส์การเคลื่อนที่ของ อเิล็กตรอนมคีวามยาวคลนื่สัน้กวา่ความยาวคลนื่แสงมากท าให ้ค่าก าลังจ าแนก (Resolving power) มีค่าน้อยกว่า ท าให ้เพิ่มก าลังขยายได ้เป็น หมื่นหรือแสนเท่า การปรากฏของภาพจะถูกประมวลผลโดยโปรแกรมคอมพิวเตอร์ลักษณะภาพจะแสดงเป็นภาพขาวด าเท่านั้น สรุปเป็นกล ้องที่มี ความแตกต่างจากกล ้องจุลทรรศน์ธรรมดาหลายข ้อ - มีก าลังขยายสูงมาก - มคีวามยาวคลนื่อเิล็กตรอนสัน้มาก คอื 0.05 Ao ดังนั้นจึงสามารถแยกแยะรายละเอียดของวัตถุที่ขนาด 10 Ao ได ้ และขยายภาพได ้ถึง 400,000 เท่า - การท าใหเ้กดิภาพจะใชส้นามแมเ่หล็กไฟฟ้า และการเตรยีมตัวอยา่งเพอื่ใชศ้กึษาตอ้งเป็นตัวอยา่งทแี่หง้และเบามาก - ภาพที่ได ้จะปรากฏบนฉากเรืองแสงหรือถ่ายภาพไว้ กล ้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนมี 2 ชนิด คือ 5.2.2.1 กลอ้งจุลทรรศนอ์เิล็กตรอนแบบสอ่งผ่าน (Transmission EM, TEM) 5.2.2 2 กลอ้งจุลทรรศน์อเิล็กตรอนแบบสอ่งกราด (Scanning EM, SEM) 5.2.2.1 กลอ้งจุลทรรศนอ์เิล็กตรอนแบบสอ่งผา่น (TEM) เป็นกลอ้งจุลทรรศนอ์เิล็กตรอนชนดิทสี่อ่งผ่านวัตถุ สามารถมองเห็นโครงสร้างภายในของวัตถุได ้ กล ้องจุลทรรศน์TEM มเีลนสเ์ป็น สนามแม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnetic lens) โดยแหล่งผลิต อเิล็กตอนมาจากไสท้ ังสะเตน ที่ถูกให ้ความร้อนด ้วยกระแสไฟฟ้าแรงสูง ล าแสงอิเล็กตรอนจะวิ่งผ่านการปรับโฟกัสจาก Electromagnetic lens เป็นกลอ้งทใี่ชร้ะบบสญุ ญากาศ ตัวอยา่งทศี่กึษาจะถกูเคลอืบดว้ยโลหะ หนัก ซงึ่นยิมใชท้องคา (Gold) ภาพทเี่กดิขนึ้จะอาศัยการประมวลผลดว้ยโปรแกรมคอมพวิเตอร์เป็นภาพชนิดขาว-ด าและเป็นภาพ 2 มิติเท่านั้น โดยทั่วไปกา ลังขยายของกลอ้งจุลทรรศน์แบบสอ่งผ่าน จะมีกา ลังขยายสูงถึง 400,000 ภาพที่22 ภาพทเี่กดิจากกลอ้งอเิล็กตรอนแบบสอ่งผ่าน (TEM)
เอกสารประกอบการสอนรายวชิา จุลชวีวทิยาmทั่วไป _Introduction to Microbiology ผศ.พ.อ.หญิงสดุาลกัษณ์ธญัญาหาร สาขาเทคนิคการแพทย์คณสหเวชศาสตร์ วิทยาลัยนครราชสีมา 12 5.2.2.2 กลอ้งจุลทรรศนอ์เิล็กตรอนแบบสอ่งกราด (SEM) เป็นกลอ้งจุลทรรศน์อเิล็กตรอนชนดิ สอ่งกราดหรอื สอ่งกวาดภาพภายนอกของวัตถุซงึ่ใชศ้กึษาลักษณะภาพนอกเซลลโ์ดยจะไมส่ามารถ มองเห็นลักษณะภายในเซลล์ได ้ภาพที่ปรากฎสามารถประมวลผลโดยโปรแกรมคอมพิวเตอร์เป็นภาพ 3 มิติ ภาพที่ 23 ลักษณะกล ้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน ที่มา : Bauman, 2007 : 144 ตารางที่4 เปรยีบเทยีบขอ้ดขีอ้เสยีของกลอ้งจุลทรรศน์อเิลก็ตรอนแบบสอ่งผ่าน (Transmission EM, TEM) และกล้อง จุลทรรศน์อเิล็กตรอนแบบสอ่งกราด (Scanning EM, SEM) TEM SEM ข ้อดี - มีค่า resolution สูง ขยายภาพได ้ถึงแสนเท่า - ไมต่อ้งตัดชนิ้สว่นใหบ้าง - สามารถมองเห็นภาพ 3 มิติได ้ ขอ้เสยี - มคีวามสามารถในการทะลทุะลวงจ ากัด ตอ้งใชช้นิ้ตัวอยา่งทบี่างมาก - ไม่สามารถเห็นภาพ 3 มิติได ้ - ตอ้งผ่านกระบวนการเตรยีม ตัวอยา่งหลายขัน้ตอน ท าให้ตัวอยา่งเหยี่วยน่และเสยี รูปทรงได ้ - ก าลังขยายไม่สูงเท่า TEM เปรียบเทียบระบบการเกิดภาพของกล ้องจุลทรรศน์ 3 ชนิด หน่วยใชว้ัดขนาดของจุลนิทรยี์เชน่ ไมครอนหรอื ไมโครเมตร (micron, micrometer หรือ m), นาโนเมตร (nanometer, nm) และแองสตรอม (angstrom, A o ) 1 micrometer m) = 10-3 millimeter = 10-6 meter 1 nanometer = 10-9 meter 1 angstrom (Ao ) = 10-10 meter
เอกสารประกอบการสอนรายวชิา จุลชวีวทิยาmทั่วไป _Introduction to Microbiology ผศ.พ.อ.หญิงสดุาลกัษณ์ธญัญาหาร สาขาเทคนิคการแพทย์คณสหเวชศาสตร์ วิทยาลัยนครราชสีมา 13 5.3 สว่นประกอบของกลอ้งจุลทรรศน์ ส าหรับการปฏบิ ัตกิารในหอ้งปฏบิ ัตกิารทั่วๆไป นยิมใชก้ลอ้งจุลทรศน์แบบใชแ้สงชนดิ ไบรท์ ฟิลด์(Bright-field microscope) มาก ที่สุด ซงึ่ในรายวชิาจุลชวีวทิยาเบอื้งตน้จะขอกลา่วถงึสว่นประกอบของกลอ้งจุลทรรศนแ์บบใชแ้สงชนดิ ไบรท์ ฟิลด์โดยแสงทใี่ชม้ ักมคีวามยาว คลื่นประมาณ 400 – 900 นาโนเมตร (nm) เป็นกล ้องที่เห็นพื้นสว่างตัดกับวัตถุทึบแสง กล ้องจุลทรรศน์ชนิดนี้มสีว่นประกอบดังนี้ กล ้องจุลทรรศน์ที่ดีนอกจากจะมีก าลังขยายที่เพียงพอแล ้ว ยังต ้องค านึงถึงค่าก าลังจ าแนก(Resolving power หรือ Resolution) ซงึ่หมายถงึ ความสามารถของเลนสท์แี่ยกจุดสองทอี่ยใู่นระยะใกลท้ สี่ดุออกจากกันได้ถ ้าสองจุดที่อยู่ใกล ้กันกว่าค่า Resolution จะไม่สามารถมองเห็นรายละเอียดของ ภาพได ้และจะมองเห็นเป็นจุดเดียว ดังนัน้คา่ก าลังจ าแนกยงิ่มคีา่นอ้ยแสดงวา่ยงิ่ทา ใหม้ปีระสทิธภิาพการแยกรายละเอยีดไดด้มีากเทา่นัน้ซงึ่คา่ก าลัง จ าแนกนขี้นึ้อยกู่ ับความยาวคลนื่แสงทใี่ช้และค่า Numerical aperture หรือค่า NA ของเลนสซ์งึ่จะเขยีนระบอุยขู่า้งตัวเลนส์ ค่าก าลังจ าแนกสามารถค านวณได ้จาก ตัวอย่างเช่น กลอ้งจุลทรรศน์ใชแ้สงทั่วไปทมี่คีวามยาวคลนื่ 0.50 ไมโครเมตร (um) และ NA ของเลนสว์ ัตถุมคีา่เท่ากับ 1.25 ดังนั้น ค่าก าลังจ าแนกของกล ้องจุลทรรศน์ = 0.50 2x1.25 = 0.2 ไมโครเมตร ค่าก าลังจ าแนกที่ค านวณได ้เท่ากับ 0.2 ไมโครเมตร หมายความวา่กลอ้งจุลทรรศนท์ ใี่ชเ้ลนสน์ ี้สามารถแยกจุดสองจุดทอี่ยใู่กลช้ดิกัน อย่างน้อยที่สุด 0.2 ไมโครเมตร ออกจากกันได ้หากวัตถใุดอยชู่ดิกันนอ้ยกวา่นี้จะไมส่ามารถแยกรายละเอยีดออกจากกันได ้ ดังนั้นหากค่าก าลัง จ าแนกมคีา่นอ้ยประสทิธภิาพของกลอ้งจุลทรรศน์จะดมีากขนึ้เทา่นัน้ซงึ่ขนึ้อยกู่ ับคา่ NA ทเี่พมิ่ขนึ้และใชค้วามยาวคลนื่แสงลดนอ้ยลง ค่า NA ที่ จะแสดงไวท้เี่ลนสท์กุอนั ดังรายละเอียดในตารางที่ 5 ตารางที่5 แสดงรายละเอียดของกล ้องจุลทรรศน์ที่มีความยาวของล ากล ้อง 160 มิลลิเมตร เลนสว์ ัตถุก าลังขยายรวม ก าลังขยาย ระยะโฟกัส ระยะท างาน NA เมอื่เลนสใ์กลต้าเป็น 10X 10X 16.0 มม. 5.00 มม. 0.25 100 เท่า 40X 4.0 มม. 0.45 มม. 0.65 400 เท่า 100X 1.8 มม. 0.13 มม. 1.25 หรือ1.30 1000 เท่า ที่มา : นงลักษณ์สุวรรณพินิจ, 2541 : 52 High power lens มีตัวเลข 0.17 แสดงความหมายของ cover slip ก ากับไว้แสดงวา่วัตถทุจี่ะศกึษาดว้ย objective lens ก าลังขยายนี้จะต ้องมี cover slip ปิดเสมอ
เอกสารประกอบการสอนรายวชิา จุลชวีวทิยาmทั่วไป _Introduction to Microbiology ผศ.พ.อ.หญิงสดุาลกัษณ์ธญัญาหาร สาขาเทคนิคการแพทย์คณสหเวชศาสตร์ วิทยาลัยนครราชสีมา 14 5.4 การใชก้ลอ้งจุลทรรศนและการดูแลเก็บรักษา ์ เพอื่ใหส้ามารถใชก้ลอ้งไดอ้ยา่งถกูตอ้งและมปีระสทิธภิาพ ดังนั้นนักศกึษาควรศกึษาขอ้มลูการใชโ้ดยละเอียด ทั้งนี้ข ้อแนะน าการใชแ้ละการรกัษากลอ้งจุลทรรศน์เบอื้งตน้ มีดังนี้ 1. กอ่นใชก้ลอ้งจุลทรรศน์เช็ดเลนสท์กุอันใหส้ะอาดดว้ยกระดาษเช็ดเลนสเ์ทา่นัน้ 2. หา้มใชน้วิ้มอืหรอื สงิ่อนื่ใดแตะเลนส์ 3. หา้มถอดชนิ้สว่นออกจากกลอ้งจุลทรรศน์ 4. หา้มใช้Immersion oil กับเลนสอ์นื่ๆ ยกเวน้เลนสใ์กลว้ัตถกุ าลังขยาย 10X 5. ห ้ามดึงสไลด์ออกจากแท่นขณะก าลังใชเ้ลนสว์ ัตถกุ าลังขยาย 10X ต ้องปรับก าลังขยายให ้ต ่าลงเท่านั้น 6. ขณะทโี่ฟกสัภาพใหเ้ลอื่นสไลดอ์อกหา่งจากเลนสว์ ัตถเุสมอเพอื่ป้องกันมใิหเ้ลนสช์นกับสไลด์ 7. เมอื่ใชง้านใหเ้รมิ่ใชเ้ลนสว์ ัตถทุกี่ าลังขยายต ่าเสมอ 8. ขณะใชก้ลอ้งจุลทรรศน์ใหล้มืตาทัง้สองขา้งมองลงไปยังเลนสใ์กลต้า ไมใ่ ชต่าขา้งใดขา้งหนงึ่ 9. เมอื่ใชเ้ลนสก์ าลังขยายตา ใหเ้ปิดมา่นปรับแสงเพยีงเล็กนอ้ยจะชว่ยใหเ้ห็นภาพชดัเจนมากขนึ้ แตถ่า้ใชเ้ลนสก์ าลังขยายสูงควรเปิดม่านปรับ แสงให ้สว่างมากขึ้น เมอื่นักศกึษาใชก้ลอ้งจุลทรรศน์เสร็จแลว้ ควรมีการเก็บดูแลรักษาอย่างถูกวิธีตามแนวปฏิบัติดังนี้ 1. ปิดสวิชและถอดปลั๊กกล ้องจุลทรรศน์แล ้วม้วนสายไฟเข ้ากับตัวกล ้องให ้เรียบร้อย 2. ลดแท่นวางสไลด์ลงเพื่อน าสไลด์ออก 3. ปรับใหเ้ลนสใ์กลว้ัตถก าลังขยายที่ต ่าุทสี่ดุอยตู่รงกับชอ่งทางเดนิของแสง 4. เช็ดน ้ามันออกจากเลนสด์ว้ยกระดาษเช็ดเลนส์หา้มใชก้ ระดาษชนิดอื่นๆ และห ้ามน ากระดาษทเี่ช็ดน ้ามันแลว้ไปเช็ดเลนสอ์นื่ๆ หา้มใชส้ารไซลนีเช็ด ยกเว้นกรณีที่มีคราบน ้ามันตดิแหง้บนเลนส์แลว้เช็ดดว้ยกระดาษเช็ดเลนสแ์หง้และท าความสะอาดอีกครั้ง 5. ปรับแทน่วางสไลดใ์หห้า่งจากเลนสว์ ัตถกุ าลังขยายต ่า พอประมาณแล ้วเลื่อน mechanical stage เก็บเข ้าที่ 6. เมอื่เคลอื่นยา้ยกลอ้งจุลทรรศนใ์หใ้ชม้อืขา้งหนงึ่จับทแี่ขนกลอ้งและใชม้อืขา้งหนงึ่ชอ้นรองรับฐานกลอ้ง ห ้ามถือมือเดียว ห ้ามแกว่งหรือเอียง หรือหยอกล ้อกันระหว่างเคลื่อนย้ายกล ้องโดยเด็ดขาด 7.ใชผ้า้คลมุใหเ้รยีบรอ้ยพรอ้มทัง้ปิดประตตูเู้ก็บใหเ้รยีบรอ้ย บทสรุป วชิาจุลชวีวทิยาเป็นวชิาทศี่กึษาเกยี่วกับสงิ่มชีวีติขนาดเล็กทไี่มส่ามารถมองเห็นดว้ยตาเปลา่ โดยมักหมายถึงจุลินทรีย์ที่มีขนาดเล็กกว่า 1.0 มิลิเมตร ค าวา่จุลนิทรยีอ์าจไมไ่ดห้มายถงึเชอื้โรคเสมอไป เพราะจุลนิทรยีท์กุชนดิ ไมใ่ ชเ่ชอื้ทกี่อ่ โรคในคนและสัตว ์ หลายชนิดมีประโยชน์ต่อ สงิ่แวดลอ้มและสงิ่มชีวีติ ชนดิอนื่จุลินทรีย์มีหลายประเภทจัดจ าแนกตามโครงสร้างของเซลล์และล าดับเบสในสารพันธุกรรม การศกึษาคน้พบ ทางจุลววทิยาในอดตีมคีวามส าคัญตอ่การศกึษาวจิ ัยในปัจจุบนัรวมทัง้มปีระโยชน์ทางดา้นการแพทยแ์ละการใชช้ วิตประจ าวัน ีเชน่ การประดิษฐ์ กล ้องจุลทรรศน์เครื่องแรกของโลก โดย Antony van Leeuwenhoek การคน้พบวัคซนี โดย Edward Jenner การคน้พบยาปฏชิวีนะโดย Alexander Flamming รวมไปถึงการค ้นพบโครงสร้างของ DNA โดย James Watson และ Francis Crick เป็นต ้น จุลินทรีย์มีบทบาทในการเป็นผู้ย่อยสลายในระบบนิเวศ การหมุนเวียนวัฎจักรของสาร การสร้างประโยชน์ทางอุตสาหกรรม และ เกดิผลเสยี ในการกอ่ โรคภัยไขเ้จ็บ ดังนัน้วชิาจุลชวีวทิยาจงึมปีระโยชนใ์นหลายๆดา้น รวมถงึการประยกุตใ์ ชใ้นชวีติประจ าวันของผูเ้รยีนอกีดว้ย นอกจากนี้นักเรยีนตอ้งรูจ้ ักและเขา้ใจหลักการกลอ้งจุลทรรศน์ชนดิตา่งๆ รวมทัง้วธิกีารใชกล ้อง ้ Light microscope อย่างถูกวิธี เนื่องจากจุลนิทรยีเ์ป็นสงิ่มชีวีติขนาดเล็กจงึจ าเป็นตอ้งใชเ้ครอื่งมอืและวธิกีารศกึษาทตี่า่งจากสงิ่มชีวีติกลมุ่อนื่ๆ กล ้องจุลทรรศน์เป็นเครื่องมือที่มี ความจ าเป็นเพื่อการขยายเซลล์จุลินทรีย์ให ้สามารถมองเห็นได ้โดยทั่วไปในหอ้งปฏบิ ัตกิารนยิมใชก้ลอ้งจุลทรรศนช์นดิ ใชแ้สง(Light microscope) ซงึ่เตรยีมตัวอยา่งไดง้่าย ราคาถูก และมกี าลังขยายทอี่ยใู่นชว่งทสี่ามารถศกึษาได้ สว่นกลอ้งจุลทรรศน์อเิล็กตรอนถกูประดษิฐข์นึ้ เพอื่ใชใ้นงานวทิยาศาสตรท์ตี่อ้งการลงรายละเอยีดในระดับโครงสรา้งและสว่นประกอบของเซลล์ บรรณานุกรม 1.ภัทรชัย กรีตสินิ ต าราวิทยาแบคทีเรียทางการแพทย์กรุงเทพมหานครฯ ภาควชิาจุลชวีวทิยา คณะแพทยศาสตรศ์ริริาชพยาบาล มหาวทิยาลัย มหดิล ; 2549 2. Koneman's Color Atlas and Textbook of Diagnostic Microbiology (Color Atlas & Textbook of Diagnostic Microbiology) Seventh, North American Edition. by Gary 3. Bailey & Scott’s Diagnostic Microbiology, 13th Edition. 4. Cowan, S.T., HoH, J.G., Liston, J., Murray, R.G.E., Niven, C.E., Ravin, A.W., and Stanier, R.Y.2015). Bergey’s Manual of Systemic Bacteriology. (8th ed). Baltimore : The Williams & Wilkins Company. 5.T ortora, G.J., Funke, B.R. and Case, C.L. (2014). Microbiology. 12th ed. San Francisco : Pearson Education Inc. p. 261. แบบฝึกหัดทบทวน 1. วชิาจุลชวีวทิยาศกึษาเกยี่วกับสงิ่ใด 2. จุลนิทรยีม์กี ปี่ระเภท อะไรบา้ง จุลนิทรยี ส์ว่นใหญ่อยใู่นกลมุ่ ใด 3. การจ าแนกสงิ่มชีวีติ (Taxonomy-Classification of Organisms) 4. ขอบเขตของวชิาจุลชวีวทิยา (The scope of Microbiology) 5. จงบอกชอื่นักวทิยาศาสตรท์คี่น้พบทางจุลชวีวทิยาตอ่ ไปนี้ ประดิษฐ์กล ้องจุลทรรศน์เป็นคนแรก…………………………….…………… ค ้นพบแบบจ าลองของโครงสร้าง DNA …………………………………….. คน้พบวัคซนี ป้องกนั โรคฝีดาษ …………………………………………………. คน้พบวธิกีารท าลายจุลนิทรยีด์ว้ยวธิพีาสเจอรไ์รส์(Pasturization) …… คน้พบยาเพนนซิลินิ ………………………………………………………………… การจ าแนกสงิ่มชีวีติ (Taxonomy-Classification of Organisms) 6. ความรูจ้ากการเรยีนวชิาจุลชวีวทิยาสามารถน า ไปใชป้ระโยชน์ในชวีติ ประจ าวันไดอ้ยา่งไร 7. บอกความแตกต่าง Prokaryote และ Eukaryote 8. จงบอกสว่นประกอบของกลอ้งจุลทรรศนแ์ละอธบิายหนา้ทขี่องสว่นประกอบนัน้ๆ 9. จงอธบิายหลกัการท างานของกลอ้งจุลทรรศน์แบบใชแ้สงชนดิฺไบร์ทฟิลด์(Bright-field microscope) 10. หลักการเดินทางของแสงจากกล ้องจุลทรรศน์ชนิดดาร์คฟิลด์(Dark-field microscope) ต่างจาก กล ้องชนิดเฟส-คอนทรัสต์(Phase-contrast microscope) อย่างไร 11. จงยกตัวอยา่งขอ้แตกตา่งระหวา่งกลอ้งจุลทรรศน์แบบใชแ้สงกับกลอ้งจุลทรรศนแ์บบอเิลคตรอน 12. จงอธบิายท าไมตอ้งใช้Oil immersion กับ objective lens ก าลังขยาย100X เท่านั้น