История развития микробиологии

3. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЙ ПЕРИОД (ПАСТЕРОВСКИЙ) (ВТОРАЯ ПОЛОВИНА 19 ВЕКА)

3.1. Научная деятельность Луи Пастера

Начало физиологического периода относится к 60-м годам 19 века и связано с деятельностью выдающегося французского ученого, химика по специальности, Луи Пастера (1822-1895). Микробиология обязана Пастеру не только своим бурным развитием, но и становлением как науки. С именем Пастера связаны наиболее крупные открытия, принесшие ему мировую известность: брожение (1857), самопроизвольное зарождение (1860), болезни вина и пива (1865), болезни шелковичных червей (1868), инфекция и вакцины (1881), бешенство (1885).

Пастер свою научную деятельность начал с работ по кристаллографии. Им было обнаружено, что при перекристаллизации солей оптически неактивной рацемической винной кислоты образуется два типа кристаллов. Раствор, приготовленный из кристаллов одного типа, вращает плоскость поляризованного света вправо, из кристаллов другого типа – влево. Далее Пастером было обнаружено, что плесневый гриб, выросший в растворе рацемической винной кислоты, потребляет только одну из изомерных форм (правовращающую). Это наблюдение позволило Пастеру сделать вывод о специфическом воздействии микроорганизмов на субстраты и послужило теоретической основой для последующего изучения физиологии микроорганизмов. Наблюдения Пастера над низшим плесневым грибком привлекли его внимание к микроорганизмам вообще.

В 1854 г. Пастер получил должность штатного профессора в университете г. Лилля. Именно здесь он начал свои микробиологические исследования, положившие начало микробиологии как самостоятельной научной дисциплине.

Поводом для начала изучения процессов брожения послужило обращение к Пастеру лилльского фабриканта с просьбой помочь выяснить причины систематических неудач в сбраживании свекловичного сока для получения спирта. Результаты исследований, опубликованные в конце 1857 г., с несомненностью доказывали, что процесс спиртового брожения является результатом жизнедеятельности определенной группы микроорганизмов – дрожжей и происходит в условиях без доступа воздуха.

Почти одновременно с изучением спиртового брожения Пастер приступил к изучению молочнокислого брожения и также показал, что этот вид брожения вызывается микроорганизмами, названными им «молочнокислыми дрожжами». Итоги исследований Пастер изложил в опубликованных работах «Мемуар о молочнокислом брожении».

Действительно, результаты исследований Пастера - не просто новые научные данные, это смелое опровержение господствовавшей тогда теории физико-химической природы брожения, поддерживаемой и отстаиваемой крупнейшими научными авторитетами того времени: И. Берцелиусом, Э. Митчерлихом, Ю. Либихом. Молочнокислое брожение – наиболее простой «химический» процесс распада молекулы сахара на две триозы, и доказательство того, что этот распад связан с жизнедеятельностью микроскопических организмов, являлось весомым аргументом, поддерживающим теорию биологической природы брожений.

Вторым аргументом в поддержку биологической природы брожений было экспериментальное доказательство Пастером возможности осуществлять спиртовое брожение на среде, не содержащей белка. Согласно химической теории брожения последнее есть результат каталитической активности «фермента», которым является вещество белковой природы.

Изучение маслянокислого брожения привело Пастера к выводу, что жизнь некоторых микроорганизмов не только может протекать в отсутствие свободного кислорода, но последний вреден для них. Результаты этих наблюдений были опубликованы в 1861 г. в сообщении, озаглавленном «Анималькули-инфузории, живущие без свободного кислорода и вызывающие брожение». Обнаружение отрицательного влияния свободного кислорода на процесс маслянокислого брожения было, пожалуй, последним моментом, полностью опровергавшим теорию химической природы брожений, поскольку именно кислороду отводилась роль соединения, дававшего первый толчок к внутреннему движению белковым частицам «фермента». Серией исследований в области брожений Пастер убедительно доказал несостоятельность химической теории брожений, вынудив своих противников признать их заблуждения. За работы по исследованию анаэробиоза в 1861 г. Пастер получил премию французской Академии наук и медаль Лондонского Королевского общества. Итог двадцатилетним исследованиям в области брожений был подведен Пастером в «Исследовании о пиве, его болезнях, их причинах, способах сделать его устойчивым, с приложением новой теории брожения» (1876).

В 1865 г. французское правительство обратилось к Пастеру с просьбой помочь шелководам, терпевшим большие убытки из-за болезней шелковичных червей. Около пяти лет посвятил Пастер изучению этого вопроса и пришел к выводу, что болезни шелковичных червей вызываются определенными микроорганизмами. Пастер детально изучил течение болезни – пебрины шелковичных червей и разработал практические рекомендации по борьбе с заболеванием: он предложил искать под микроскопом в телах бабочек и куколок возбудителей заболевания, отделять заболевшие особи и уничтожать их и т.д.

Установив микробную природу инфекционных заболеваний шелковичных червей, Пастер пришел к мысли, что болезни животных и человека также обусловлены воздействием микроорганизмов. Первой его работой в этом направлении было доказательство того, что родильная горячка, широко распространенная в описываемый период, вызывается определенным микроскопическим возбудителем. Пастер выявил возбудителя горячки, показал, что причина ее – пренебрежение правилами антисептики со стороны медицинского персонала, и разработал методы защиты от проникновения возбудителя в организм.

Дальнейшие работы Пастера в области изучения инфекционных заболеваний привели к открытию им возбудителей куриной холеры, остеомиелита, гнойных абсцессов, одного из возбудителей газовой гангрены. Таким путем Пастер показал и доказал, что каждое заболевание порождается специфическим микроорганизмом.

В 1879 г. при изучении куриной холеры Пастер разработал метод получения культур микробов, которые утрачивают способность быть возбудителем заболевания, т. е. теряют вирулентность, и использовал это открытие для предохранения организма от последующего заражения. Последнее легло в основу создания теории иммунитета.

Изучение инфекционных болезней Пастером сочеталось с разработкой мер для активной борьбы с ними. На основе методики получения ослабленных культур вирулентных микроорганизмов, названных «вакцинами», Пастер нашел способы борьбы с сибирской язвой и бешенством. Вакцины Пастера получили всемирное распространение. Учреждения, где проводятся прививки против бешенства, в честь Пастера названы Пастеровскими станциями.

Работы Пастера были по достоинству оценены его современниками и получили международное признание. В 1888 г. для Пастера на средства, собранные по международной подписке, был построен в Париже научно-исследовательский институт, носящий в настоящее время его имя. Пастер был первым директором этого института. Открытия Л.Пастера показали, как разнообразен, необычен, активен невидимый простым глазом микромир и какое огромное поле деятельности представляет его изучение.

3.2. Развитие микробиологии во второй половине 19 века

Оценивая успехи, достигнутые микробиологией во второй половине 19 века, французский исследователь П.Теннери в работе «Исторический очерк развития естествознания в Европе» писал: «Перед лицом бактериологических открытий история других естественных наук за последние десятилетия 19 столетия кажется несколько бледней».

Успехи микробиологии в этот период непосредственно связаны с новыми идеями и методическими подходами, внесенными в микробиологические исследования Л.Пастером. В числе первых, кто оценил значение открытий Пастера, был английский хирург Дж. Листер, он понял, что причина большого процента смертных случаев после операций – во-первых, заражение ран бактериями из-за незнания и, во-вторых, несоблюдения элементарных правил антисептики.

Одним из основоположников медицинской микробиологии наряду с Пастером явился немецкий микробиолог Р.Кох (1843-1910), занимавшийся изучением возбудителей инфекционных заболеваний. Свои исследования Кох начал еще будучи сельским врачом с изучения сибирской язвы и в 1877 г. опубликовал работу, посвященную возбудителю этого заболевания – Bacillus anthracis. Вслед за этим внимание Коха привлекла другая тяжелая и широко распространенная болезнь того времени – туберкулез. В 1882 г. Кох сообщил об открытии возбудителя туберкулеза, который в его честь был назван «палочкой Коха». (В 1905 г. за исследование туберкулеза Коху была присуждена Нобелевская премия.) Коху принадлежит также открытие в 1883 г. возбудителя холеры.

Большое внимание Кох уделял разработке микробиологических методов исследования. Он сконструировал осветительный аппарат, предложил метод микрофотографирования бактерий, разработал приемы окрашивания бактерий анилиновыми красителями и предложил способ выращивания микроорганизмов на твердых питательных средах с использованием желатины. Получение бактерий в виде чистых культур открыло новые подходы для более углубленного изучения их свойств и послужило толчком для дальнейшего бурного развития микробиологии. Были выделены чистые культуры возбудителей холеры, туберкулеза, дифтерии, чумы, сапа, крупозного воспаления легких.

Кох экспериментально обосновал выдвинутые ранее Ф. Генле положения о распознавании инфекционных заболеваний, которые вошли в науку под названием «триада Генле-Коха» (позднее, правда, оказалось, что она приложима не для всех возбудителей инфекций).

Родоначальником русской микробиологии является Л. Ценковский (1822-1887). Объектом его исследований были микроскопические простейшие, водоросли, грибы. Он открыл и описал большое число простейших, изучал их морфологию и циклы развития. Это позволило ему сделать вывод об отсутствии резкой границы между миром растений и животных. Им также была организована одна из первых Пастеровских станций в России и предложена вакцина против сибирской язвы («живая вакцина Ценковского»).

С именем И. Мечникова (1845-1916) связано развитие нового направления в микробиологии – иммунологии. Впервые в науке Мечниковым была разработана и экспериментально подтверждена биологическая теория иммунитета, вошедшая в историю как фагоцитарная теория Мечникова. В основу этой теории положено представление о клеточных защитных приспособлениях организма. Мечников в опытах на животных (дафниях, личинках морской звезды) доказал, что лейкоциты и другие клетки мезодермального происхождения обладают способностью захватывать и переваривать чужеродные частицы (в т.ч. и микробов), попадающие в организм. Это явление, названное фагоцитозом, легло в основу фагоцитарной теории иммунитета и получило всеобщее признание. Развивая далее поднятые вопросы, Мечников сформулировал общую теорию воспаления как защитную реакцию организма и создал новое направление в иммунологии – учение об антигенной специфичности. В настоящее время оно приобретает все большее значение в связи с разработкой проблемы пересадки органов и тканей, изучения иммунологии рака.

К числу важнейших работ Мечникова в области медицинской микробиологии относятся исследования патогенеза холеры и биологии холероподобных вибрионов, сифилиса, туберкулеза, возвратного тифа. Мечников является основоположником учения о микробном антагонизме, послужившем основой для развития науки об антибиотикотерапии. Идея о микробном антагонизме была использована Мечниковым при разработке проблемы долголетия. Изучая явление старения организма, Мечников пришел к заключению. Что важнейшей причиной его является хроническое отравление организма продуктами гниения, вырабатываемыми в толстом кишечнике гнилостными бактериями.

Практический интерес представляют ранние работы Мечникова по использованию гриба Isaria destructor для борьбы с вредителем полей – хлебным жуком. Они дают основание считать Мечникова основоположником биологического метода борьбы с вредителями сельскохозяйственных растений, метода, который в наши дни находит все более широкое применение и популярность.

Таким образом, И.И. Мечников – выдающийся русский биолог, сочетавший качества экспериментатора, педагога и пропагандиста научных знаний, был человеком великого духа и труда, высшей наградой которого явилось присвоение ему в 1909 г. Нобелевской премии за исследования по фагоцитозу.

Одним из крупнейших ученых в области микробиологии является друг и соратник И. Мечникова Н.Ф. Гамалея (1859-1949). Всю свою жизнь Гамалея посвятил изучению инфекционных болезней и разработке мер борьбы с их возбудителями. Гамалея внес крупнейший вклад в изучение туберкулеза, холеры, бешенства, в 1886 г. вместе с И. Мечниковым организовал в Одессе первую пастеровскую станцию и ввел в практику прививки против бешенства. Он открыл птичий вибрион – возбудителя холероподобного заболевания птиц – и в честь Ильи Ильича назвал его вибрионом Мечникова. Затем была получена вакцина против холеры человека.

Большое внимание Гамалея уделял и вопросам эпидемиологии инфекционных болезней. Он был крупнейшим специалистом в области иммунологии. Разработав оригинальный метод получения оспенной вакцины, он впервые высказал идею о выделении из бактерий наиболее полноценных антигенов и об использовании их для приготовления так называемых химических вакцин. Гамалея первый наблюдал и описал явление спонтанного лизиса бактерий под влиянием неизвестного в то время агента – бактериофага. Поэтому Гамалея считается не только одним из основоположников медицинской микробиологии, но и иммунологии и вирусологии.

К числу выдающихся ученых, внесших огромный вклад в микробиологию инфекционных болезней, относится и Даниил Кириллович Заболотный (1866-1920). Он по праву считается основоположником эпидемиологии. Где бы на земном шаре ни возникали эпидемии, Д.К. Заболотный всегда принимал участие в их ликвидации. Так, с 1897 по 1911 г. он в составе русских экспедиций участвует в изучении чумы в Индии, Китае, Маньчжурии, Персии, Шотландии; холеры – в Петербурге, Поволжье, на Кавказе, Украине. Доскональное изучение эпидемии чумы дало Заболотному возможность научного доказательства существовавшей гипотезы о природной очаговости этой болезни и о роли диких грызунов, как хранителей ее возбудителя в природе.

Значительный вклад внес Д.К. Заболотный в изучение эпидемий холеры и организацию борьбы с ней. Им установлены пути заноса холеры, роль бациллоносительства в распространении заболевания, изучена биология возбудителя в природе и разработаны эффективные методы диагностики холеры.