История микробиологии

Введение

Микробиология (от греч. micros- малый, bios- жизнь, logos- учение, т.е. учение о малых формах жизни) - наука, изучающая организмы, неразличимые (невидимые) невооруженным какой- либо оптикой глазом, которые за свои микроскопические размеры называют микроорганизмы (микробы).  
Предметом изучения микробиологии является их морфология, физиология, генетика, систематика, экология и взаимоотношения с другими формами жизни.  
В таксономическом отношении микроорганизмы очень разнообразны. Они включают прионы, вирусы, бактерии, водоросли, грибы, простейшие и даже микроскопические многоклеточные животные.  
По наличию и строению клеток вся живая природа может быть разделена на прокариоты (не имеющие истинного ядра), эукариоты (имеющие ядро) и не имеющие клеточного строения формы жизни. Последние для своего существования нуждаются в клетках, т.е. являются внутриклеточными формами жизни.  
По уровню организации геномов, наличию и составу белоксинтезирующих систем и клеточной стенки все живое делят на 4 царства жизни: эукариоты, эубактерии, архебактерии, вирусы и плазмиды.  
К прокариотам, объединяющим эубактерии и архебактерии, относят бактерии, низшие (сине- зеленые) водоросли, спирохеты, актиномицеты, архебактерии, риккетсии, хламидии, микоплазмы. Простейшие, дрожжи и нитчатые грибы-эукариоты.  
Микроорганизмы-это невидимые простым глазом представители всех царств жизни. Они занимают низшие (наиболее древние) ступени эволюции, но играют важнейшую роль в экономике, круговороте веществ в природе, в нормальном существовании и патологии растений, животных, человека.  
Микроорганизмы заселяли Землю еще 3- 4 млрд. лет назад, задолго до появления высших растений и животных. Микробы представляют самую многочисленную и разнообразную группу живых существ. Микроорганизмы чрезвычайно широко распространены в природе и являются единственными формами живой материи, заселяющими любые, самые разнообразные субстраты (среды обитания), включая и более высокоорганизованные организмы животного и растительного мира.  
Можно сказать, что без микроорганизмов жизнь в ее современных формах была бы просто невозможна.  
Микроорганизмы создали атмосферу, осуществляют кругоборот веществ и энергии в природе, расщепление органических соединений и синтез белка, способствуют плодородию почв, образованию нефти и каменного угля, выветриванию горных пород, многим другим природным явлениям.  
С помощью микроорганизмов осуществляются важные производственные процессы - хлебопечение, виноделие и пивоварение, производство органических кислот, ферментов, пищевых белков, гормонов, антибиотиков и других лекарственных препаратов.  
Микроорганизмы как никакая другая форма жизни испытывает воздействие разнообразных природных и антропических (связанных с деятельностю людей) факторов, что, с учетом их короткого срока жизни и высокой скорости размножения, способствует их быстрому эволюционированию.  
Наибольшую печальную известность имеют патогенные микроорганизмы (микробы-патогены) - возбудители заболеваний человека, животных, растений, насекомых. Микроорганизмы, приобретающие в процессе эволюции патогенность для человека (способность вызывать заболевания), вызывают эпидемии, уносящие миллионы жизней. До настоящего времени вызываемые микроорганизмами инфекционные заболевания остаются одной из основных причин смертности, причиняют существенный ущерб экономике.  
Изменчивость патогенных микроорганизмов составляет основную движущую силу в развитии и совершенствовании систем защиты высших животных и человека от всего чужеродного (чужеродной генетической информации). Более того, микроорганизмы являлись до недавнего времени важным фактором естественного отбора в человеческой популяции (пример - чума и современное распространение групп крови). В настоящее время вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) посягнул на святое святых человека - его иммунную систему. 

           ЭВРИСТИЧЕСКИЙ ПЕРИОД (IV III вв. до н.э. XVI в.)

На протяжении тысячелетий человек жил в окружении невидимых существ, использовал продукты их жизнедеятельности, например продукты молочнокислого, спиртового, уксуснокислого брожений, страдал от них, когда эти существа были причиной болезни, но не подозревал об их присутствии, так как размеры существ много ниже предела видимости, на который способен человеческий глаз. Догадки человека о том, что брожение, гниение и инфекционные болезни — результат воздействия невидимых существ, были давно. 
 
Эвристический период связан скорее с логическими и методическими приемами нахожде ния истины, то есть эвристикой, чем с какимилибо экспериментами и до казательствами. Мыслители этого периода (Гиппократ, римский писатель Варрон, Авиценна и др.) высказывали предположения о природе заразных болезней, миазмах, мелких невидимых животных.

 Эти представления  были сформулированы в стройную  гипотезу спустя многие столетия  в сочине ниях итальянского врача Д. Фракасторо (1478 1553 гг.), высказавшего идею о живом контагии (contagium vivum), который вызывает болезни. При этом каждая болезнь вызывается своим контагием. Для предохранения от болезней им были рекомендованы изоляция больного, карантин, ношение масок, обработка предметов уксусом.

Таким образом, Д. Фракасторо был одним из основоположников эпидемиологии, т. е. науки о причинах, условиях и механизмах формирования заболеваний и способах их      профилактики.

Морфологический период 1675 год

Возникновение микробиологии как науки стало возможным после изобретения микроскопа. Первым, кто увидел и описал микроорганизмы, был голландский натуралист Антоний ван Левенгук (1632—1723), который сконструировал микроскоп, дававший увеличение до 300 раз. В микроскоп он рассматривал все, что попадалось под руку: воду из пруда, различные настои, кровь, зубной налет и многое другое. В просматриваемых объектах он обнаруживал мельчайшие существа, названные им живыми зверьками (анималькулями). Он установил шаровидные, палочковидные и извитые формы микробов. Книга «Тайны природы, открытые А. Левенгуком», опубликованная в 1695 г., привлекла внимание ученых многих стран к изучению микроорганизмов. Открытие Левенгука положило начало возникновению микробиологии. Однако исследования в течение многих десятилетий сводились лишь к описанию микроорганизмов. 

Из книги Поля де Крюи «Охотники за микробами» :

Двести пятьдесят лет[1 - Книга впервые вышла в 1926 году.] тому назад малоизвестный человек по имени Левенгук впервые заглянул в новый таинственный мир, населенный мельчайшими живыми существами, одни из которых злы и смертоносны, другие дружественны и полезны, а некоторые играют более важную роль в жизни человечества, чем какой-нибудь материк или архипелаг.

Левенгук, не воспетый и полузабытый, теперь так же мало известен, как неизвестны были его маленькие странные животные и растения в то время, когда он их открыл.

Антони Левенгук родился в 1632 году среди синих ветряных мельниц, низких улиц и высоких каналов Дельфта в Голландии. Его родные были бюргерами и пользовались большим уважением, так как занимались плетением корзин и пивоварением, а пивоварение считалось в Голландии высокопочетным и уважаемым занятием. Отец Левенгука умер рано, и мать отправила его в школу, желая сделать из него чиновника, но когда ему исполнилось шестнадцать лет, он оставил школу и поступил в мануфактурную лавку в Амстердаме.

Двадцати одного года он ушел из мануфактурной лавки, вернулся в Дельфт, женился и открыл собственную мануфактурную торговлю. О его жизни в течение последующих двадцати лет очень мало известно, за исключением того, что, овдовев, он женился во второй раз и что у него было несколько детей, большинство из которых умерло. С несомненностью также установлено, что одно время он занимал штатную должность привратника в городской ратуше и имел в жизни род увлечения — почти сумасшедшее пристрастие к шлифованию увеличительных стекол. Он где-то слышал, что если очень тщательно отшлифовать из чистого стекла маленькую линзу, то сквозь нее можно видеть вещи в сильно увеличенном виде.

Замечательно забавно смотреть через линзу и видеть предметы увеличенными во много раз. Что ж, покупать для этого линзы? Ну нет! Не таков был Левенгук. В течение этих двадцати лет неизвестности он ходил к оптикам и обучался у них искусству обтачивать и шлифовать стекла. Он посещал алхимиков и аптекарей, совал свой нос в их тайные способы выплавлять металлы из руд и понемногу научился обращаться с золотом и серебром. Это был чрезвычайно упорный и настойчивый человек; он не довольствовался тем, что его линзы были так же хороши, как у лучших мастеров Голландии, — нет, они должны были быть лучше самых лучших! И, добившись этого, он все еще сидел и возился с ними много часов подряд. Затем он вставлял эти линзы в небольшие оправы из меди, серебра или золота, которые он сам вытягивал на огне, среди адского дыма и чада. В наше время исследователь покупает за сравнительно небольшие деньги изящный блестящий микроскоп, поворачивает винт, заглядывает в окуляр и делает свои открытия, мало задумываясь о том, как устроен микроскоп. Но Левенгук сам делал свои инструменты.

Затем этот самодовольный торговец мануфактурой стал наводить свои линзы на все, что попадалось ему под руку. Он смотрел через них на мышечные волокна кита и на чешуйки своей собственной кожи. Он отправлялся к мяснику, выпрашивал или покупал у него бычьи глаза и восторгался тонким устройством хрусталика внутри глаза. Он часами изучал строение овечьих, бобровых и лосиных волосков, которые под его стеклышком превращались в толстые мохнатые бревна. Он осторожно отсекал мушиную голову и насаживал ее мозг на тонкую иголочку своего микроскопа, — с каким восхищением он рассматривал детали этого чудовищного мушиного мозга! Он исследовал поперечные срезы разных пород деревьев и, прищурившись, любовался семенами растений. «Невероятно!» ворчал он, увидев большое грубое жало блохи и ножки вши.

Этот чудной парень Левенгук был похож на молодого щенка, который, пренебрегая всеми правилами приличия и учтивости, с любопытством обнюхивает каждый новый предмет в окружающем его мире.

3.Физиологический  период (с 1875г.)- эпоха Л.Пастера и  Р.Коха.

Начало изучению физиологии и биохимии микроорганизмов, выяснению их роли в природе и жизни человека положил французский ученый Луи Пастер (1822– 1895). С его работ начался физиологический период микробиологии. Л.

Пастер впервые в противоположность мнению химиков показал, что процессы брожения и гниения обусловливаются жизнедеятельностью ми-кроорганизмов, специфических для каждого вида брожения. Он установил, что эти процессы могут осуществляться без доступа молекулярного кислорода в анаэробных условиях. Таким образом, Пастер открыл принципиально новое биологическое явление – анаэробиоз. Благодаря своим исследованиям Пастер смог установить природу «болезней» вина и пива, показав, что их скисание и прогоркание также являются результатом жизнедеятельности микроорганизмов. Он предложил способ предохранения вина и пива от скисания и прогоркания (способ борьбы с контаминацией пищевых продуктов): их кратковременный прогрев до температуры 70–80 °С, названный впоследствии пастеризацией.

К области теоретических открытий Пастера относятся его работы о невозможности самозарождения жизни. Оппоненты Пастера утверждали, что в субстратах, подвергающихся брожению или гниению, их возбудители самозарождаются. Безупречными экспериментами Пастер показал, что в сосудах со стерильным бульоном, закрытых ватными пробками во избежание контакта с воздухом, самозарождение микроорганизмов невозможно. Рост микроорганизмов наблюдается тогда, когда в сосуд с питательной средой попадает воздух, содержащий микроорганизмы, или питательная среда подвергается недостаточной термической обработке, при которой устойчивые к температуре споры бактерий не погибают.

Неоценимый вклад внес Пастер в медицинскую микробиологию. В процессе исследований он установил, что не только брожение, болезни пива и вина, шелковичных червей обусловлены жизнедеятельностью микроорганизмов, но и многие болезни человека и животных также вызываются микроорганизмами. Они, подобно возбудителям брожения, очень специфичны: каждый вид патогенных микроорганизмов вызвает строго определенное заболевание. Пастер доказал микробную природу таких заболеваний человека и животных, как сибирская язва, куриная холера, бешенство. Кроме того, он разработал способ борьбы с возбудителями этих заболеваний с помощью вакцин – культур патогенных микроорганизмов с ослабленными вирулентными свойствами.

Л. Пастер с полным основанием может считаться основоположником общей, промышленной, медицинской и ветеринарной микробиологии.

«Роберт Кох по праву считался главой европейских микробиологов. Простой сельский врач, он пылал неугасимой страстью к научным исследованиям. Работая в примитивной сельской лаборатории, Кох разработал ряд новых методов в исследовании микробов. Три из них были подлинно революционными. Во-первых, Кох начал окрашивать бактерии. До него все исследователи наблюдали микробов бесцветными, что, учитывая уровень оптики прошлого века, приводило к многочисленным ошибкам, а порой просто не давало возможности увидеть микроба, если его оптическая плотность мало отличалась от оптической плотности окружающих тканей. Кох применил анилиновые красители, которые избирательно окрашивали только микробные тела, и перед исследователями предстал совершенно новый мир микроскопических существ. Забегая вперёд, хочу сказать, что из простого методического приёма в дальнейшем развился целый раздел микробиологии, касающийся тинкториальных свойств микробов (то есть их способности воспринимать ту или иную окраску в зависимости от особенностей обмена веществ этих микроорганизмов). Таким образом, окрасив бактерии, Кох дал возможность проводить микробиологические исследования на новом научном уровне. Во-вторых, Кох изобрёл твердые питательные среды. Говорят, что это произошло чисто случайно. Якобы Кох забыл в лаборатории разрезанную вареную картофелину, а на следующее утро обнаружил на ней колонии микроорганизмов. Учёный понял, что случай дал ему в руки новый метод исследования. Дело в том, что до работ Коха микробы выращивались в бульоне, то есть в жидкой среде, где невозможно разделить различные микроорганизмы, а значит, и очень трудно получить чистую культуру возбудителя. Для этого приходилось прибегать к сложным методическим ухищрениям, которые далеко не всегда давали эффект. При нанесении же смеси микробов на твёрдую питательную среду каждый микроорганизм становился родоначальником целой колонии микробов именно на том месте, где он попал на питательную среду. И в этой колонии был чистый вид микроба. Экспериментируя с различными питательными продуктами (желатина, агар-агар - вещество, выделяемое из водорослей, и т. д.), Кох разработал целый ряд твёрдых питательных сред и тем самым дал микробиологии возможности, которых она до той поры не имела. Третьим нововведением, предложенным Кохом, был иммерсионный объектив. До Коха предельное увеличение микроскопа, при котором можно было рассматривать микробы, составляло 400-500 раз. Применение объектива, погруженного в масло, позволило использовать линзы с большей кривизной, резко повысить разрешающую способность микроскопа и получить изображения при увеличении в 900-1400 раз». 
 
  Роберт Кох сформулировал так называемые постулаты Коха — условия, которые должны соблюдаться для признания микроорганизма возбудителем болезни, а именно:  
-возбудитель должен присутствовать в органах животных, у которых установлено одинаковое проявление болезни, и его присутствие должно сопровождаться однотипной патологоанатомической картиной;  
-возбудитель необходимо выделить в чистой культуре и поддерживать в течение многих генераций;  
-заражение подопытных животных выделенной культурой должно сопровождаться специфическим заболеванием и патологоанатомическими изменениями, имеющими место при естественном заражении.  
 
       В этот же период свой вклад в бурное развитие микробиологии и иммунологии внесли такие ученые, как Эрлих, Лёффлер, Мечников, Ивановский, Гамалея, Бабеш и др. Виктор Бабеш, который еще в 1885 г. совместно с А. В. Корнилем, профессором медицинского факультета в Париже, опубликовал первый в мире трактат по микробиологии под названием «Бактерии», усовершенствовал антирабическую вакцину Луи Пастера, изучил ряд инфекционных болезней человека и животных в сотрудничестве с ветеринарными врачами. Одним из них был Пауль Риглер — выдающийся ученый, профессор ветеринарного факультета Бухарестского университета.