Роль отечественных ученых в развитии микробиологии

Роль отечественных ученых в развитии микробиологии.

Огромный вклад в развитие микробиологии внесли И. И. Мечников и его ученики.

Знаменитый русский ученый, преследуемый за свои убеждения царизмом, с 28 лет жил и работал в Париже в Институте Пастера. Под его непосредственным руководством работали в Париже многие русские врачи. Своими выдающимися трудами и работами своих учеников, как писал Ру, И. И. Мечников принес славу Институту Пастера. И. И. Мечников является создателем фагоцитарной теории иммунитета. Он показал, что одним из важнейших механизмов, помогающим человеку бороться с проникшими в его организм болезнетворными микробами, является клеточная защита. И. И. Мечников установил, что белые кровяные тельца — лейкоциты — захватывают и пожирают микробов, проникших в ткани человеческого организма. На месте проникновения микробов развивается воспалительная реакция, а гной — это погибшие лейкоциты. Клетки, пожирающие микробов, И. И. Мечников назвал фагоцитами (от греч. phagos — пожирающий, kytos — клетка). Разработке и доказательству фагоцитарной теории иммунитета он посвятил 25 лет жизни и был удостоен первой Нобелевской премии. Много внимания И. И. Мечников уделял проблеме старения организма. Он полагал, что гнилостные микробы, живущие в толстом кишечнике человека, отравляют организм ядовитыми продуктами своей жизнедеятельности. Поэтому он предлагал использовать для борьбы со старостью антагонистические взаимоотношения микробов. Заменив гнилостную микрофлору кишечника на молочнокислую, которая находится в простокваше, можно, как считал И. И. Мечников, избежать поступления в организм ядовитых продуктов. Несмотря на то что проблема старения организма оказалась намного сложнее, чем полагал ученый, идея использовать один вид микроба в борьбе против другого (антагонизм) принесла существенные плоды. Она получила блестящее воплощение в применении антибиотиков для лечения инфекционных болезней. Антагонизм микробов используется в настоящее время при изготовлении биопрепаратов из различных микробов (колибактерин, бифидумбактерин, бификол и др.) для лечения кишечных заболеваний.

Учениками и сотрудниками И. И. Мечникова были Л. А. Тарасевич, А. М. Безредка и П. В. Циклинская. 

Л. А. Тарасевич (1868—1927) — один из крупнейших организаторов борьбы с эпидемиями заразных болезней в России. Ближайший ученик и продолжатель традиций своего учителя, Л. А. Тарасевич много работал над проблемой иммунологии и фагоцитоза, изучал заболевания туберкулезом среди калмыков, внедрял в практику вакцинацию против туберкулеза и кишечных инфекций. 
Л. А. Тарасевич был прекрасным организатором, объединившим отечественных микробиологов и эпидемиологов путем организации научных обществ и съездов. Его имя носит крупнейший в СССР Институт по контролю биологических препаратов, основателем которого он был.

А. М. Безредка (1870— 1940) работал в лаборатории И. И. Мечникова в Париже после вынужденной эмиграции из России. Его работы в области иммунитета, анафилаксии имеют большое значение. Созданное им учение о местном иммунитете блестяще подтверждается современной наукой, а метод Безредки — постепенное введение лечебных сывороток для предупреждения нежелательных реакций (анафилактический шок) — широко используется и в настоящее время.

П. В. Циклинская (1859—1923) — ученица И. И. Мечникова, первая русская женщина — профессор бактериологии, руководитель кафедры бактериологии Московских высших женских курсов. Ей принадлежат работы по изучению кишечной микрофлоры человека и ее значения для здоровья человека, по этиологии детских поносов.

 

В развитие микробиологической науки большой вклад внесли русские ученые: Д. К. Заболотный, Г. Н. Габричевский, И. Г. Савченко, В. И. Кедровский, С. Н. Виноградский, В. Л. Омелянский.

Д. К. Заболотный (1866—1929) руководил и принимал непосредственное участие в экспедициях по изучению чумы, холеры в Индии, Маньчжурии, Аравии. Он выявил пути заражения и распространения чумы, изучал методы иммунизации против этой болезни, уделял много внимания эпидемиологии чумы. Д. К. Заболотный совместно с И. Г. Савченко провел героический опыт самозаражения холерой для выяснения возможности создания невосприимчивости к холере после приема энтеральной вакцины из убитых холерных вибрионов.

Г. Н. Габричевский (1860—1907) сочетал теоретические работы с практической деятельностью. Он основал в России первое бактериологическое научное общество и создал институт по производству вакцин и сывороток. Этому ученому принадлежат работы по изучению невосприимчивости при возвратном тифе; его работы по скарлатине в дальнейшем были продолжены американскими исследователями.

 И. Г. Савченко (1862—1932) много работал над изучением механизма реакций иммунитета, в частности фагоцитарной реакции, разрабатывал вопросы иммунитета при сибирской язве и возвратном тифе, предложил метод иммунизации лошадей продуктами скарлатинозного стрептококка для получения лечебной сыворотки.

 

B. И. Кедровскому (1865—1931) принадлежат  классические работы по изучению  микробиологии проказы. Он доказал  в экспериментах на животных  изменчивость возбудителя этого  заболевания.

 

 

Ближайшим помощником И. И. Мечникова в период работы на Одесской бактериологической станции, организованной им в 1886 г., был

Н. Ф. Гамалея (1859— 1949). Он был направлен к Пастеру для изучения метода приготовления вакцины против бешенства и впервые в России применил ее. Вместе с И. И. Мечниковым Н. Ф. Гамалея открыл фильтрующийся вирус — возбудитель чумы рогатого скота, много работал в области изучения иммунитета, впервые наблюдал феномен растворения бактерий под действием литических агентов, которые в дальнейшем были описаны Д'Эррелем как бактериофаги. Н. Ф. Гамалее принадлежат работы по изучению бешенства, туберкулеза, холеры. Создание почвенной микробиологии свяаано с именем С. Н. Виноградского и его ученика и сотрудника В. Л. Омелянского.

C. Н. Виноградский (1856—1953) установил  роль микроорганизмов в биологически  важных процессах круговорота  веществ в природе. Он разработал оригинальный метод накопительных культур, предложив селективные питательные среды, позволившие ему выделить и изучить аутотрофные микроорганизмы почвы: нитрифицирующие и азотфиксирующие.

 

В. Л. Омелянский (1867—1928) — достойный продолжатель С. Н. Виноградского в области почвенной микробиологии. Он открыл микроорганизмы, разлагающие целлюлозу и сбраживающие клетчатку. В. Л. Омелянский создал первый в России учебник по общей микробиологии (1909), который выдержал несколько изданий.

Положение микроорганизмов в природе.

Признак, получивший отражение в самом названии «микроорганизмы» - это малая величина особи.

Она не только послужила причиной отделения этих организмов от животных и растений: с нею существенно связаны также особенности морфологии микробов, активность и пластичность их метаболизма, и распространение их в природе, а также удобство обращения с ними в лаборатории. Размеры особи и соотношение между поверхностью и объемом. Диаметр большинства бактерий не превышает тысячной доли миллиметра. Эта величина-1 микрометр (микрон), или 10~3мм, - и стала «аршином» микробиолога. Данные о тонкой структуре клетки приводятся в нанометрах: 1 нм = 103 мкм = 10 ~ мм.  
Размеры мелких цианобактерий, дрожжей и простейших находятся в пределах 10 мкм. У этих столь малых организмов соотношение между поверхностью и объемом очень велико. Если куб с длиной граней 1 см (объемом 1 см3) разбить на кубики с длиной граней 1 мкм, мы получим 1012 кубиков объемом по 1 мкм3 каждый. Суммарная поверхность этих кубиков в 10000 раз больше, чем поверхность исходного куба. Объем 1 мкм3 характерен для средней бактериальной клетки.  
Большое отношение поверхности к объему приводит к интенсивнейшему взаимодействию с внешней средой; с этим связан очень быстрый обмен веществами между средой и клеткой многих микроорганизмов. Правило Рубнера (1893) гласит, что энергетический обмен животного в покое пропорционален не массе, а поверхности его тела. Если это правило, в соответствии с его смыслом, распространить на отдельные ткани и малые клетки, то следует ожидать, что уровни метаболической активности будут различаться на несколько порядков.

Интенсивность метаболизма, измеренная по потреблению О2, действительно зависит от размеров тканей и клеток. Соответственно высоки и скорости прироста микроорганизмов.   Тому, кто размышляет о проблемах обеспечения пищей растущего населения Земли, будет интересно узнать, что в организме одного быка весом 500 кг за 24 ч образуется примерно 0,5 кг белка; за это же время 500 кг дрожжей могут синтезировать более 50000 кг белка. Пластичность метаболизма. У высших растений и животных изменения обмена веществ относительно жестко ограничены имеющимся набором ферментов; в процессе индивидуального развития состав ферментов у них, конечно, меняется, однако при перемене условий внешней среды такие изменения весьма незначительны.   Микроорганизмы отличаются несравнимо большей гибкостью. Для бактерий высокая способность к адаптации (приспособлению) совершенно необходима. Это определяется их малыми размерами. В клетке микрококка найдется место только для нескольких сотен тысяч белковых молекул. Поэтому ненужные в данное время ферменты не могут содержаться про запас. Некоторые ферменты, служащие для переработки питательных веществ, синтезируются только тогда, когда соответствующее вещество появляется вблизи клетки.   Такие индуцибельные ферменты могут составлять до 10% общего белка, содержащегося в клетке. Таким образом, клеточные регуляторные механизмы у микробов играют существенно большую роль и проявляются более отчетливо, чем у других живых существ. Распространение микроорганизмов.

Малые размеры имеют значение и для экологии. Многие растения и животные, ныне широко распространившиеся благодаря человеку, встречались раньше лишь на отдельных континентах.  
В отличие от этого бактерии (включая цианобактерий) вездесущи: их можно найти в арктических областях, в воде и в высоких слоях атмосферы. Видовой состав их во всех местообитаниях в широких пределах сходен с их видовым составом в почве. Благодаря своему малому весу микроорганизмы легко распространяются с воздушными потоками. В естественных условиях ни одно местообитание, ни один субстрат не нуждается в специальном заражении каким-либо микробом. Этим обстоятельством пользуются для получения накопительных культур.  
Как правило, достаточно одного грамма садовой почвы, чтобы найти вид бактерий, способный расти за счет любого природного вещества. Микроорганизмы существуют повсюду; среда определяет лишь то, какие формы будут в данном месте активно размножаться. Создавая в пробирке соответствующие селективные условия, можно из небольшого количества земли или ила, а в особых случаях и из других материалов получать накопительные культуры, а из них и чистые культуры большинства известных микроорганизмов. Количественные работы и успехи генетических исследований.  
Методы, с помощью которых можно выращивать в лаборатории микроорганизмы, разработали О. Брефельд, Р. Кох и его школа в прошлом веке. Введение в практику прозрачных питательных сред, уплотненных желатиной или агаром, позволило изолировать отдельные клетки, следить за их ростом в колонии и получать чистые культуры.

Разработка стандартных методов стерилизации и приготовления питательных сред привела к быстрому развитию медицинской микробиологии. Хотя еще Кох описал количественные методы, их преимущества при работе с микроорганизмами были поняты только в последние 50 лет.  
Малые размеры микроорганизмов позволяют получать в одной пробирке или чашке Петри и исследовать популяции, состоящие из 108-1010 отдельных клеток, и благодаря этому выявлять такие редкие события, как мутация или передача приобретенного признака, не нуждаясь в сложных вспомогательных средствах и довольствуясь малым пространством. Огромные успехи биохимических и генетических исследований не в последнюю очередь достигнуты благодаря легкости обращения с бактериями.

 

Элементарной физической единицей живого является клетка; это наименьшая жизнеспособная единица. По своему химическому составу все живые существа очень сходны. Основные компоненты всякой клетки это дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), рибонуклеиновые кислоты (РНК), белки, липиды и фосфолипиды. Изучение тонкого строения различных типов клеток позволило, однако, выявить заметные различия между бактериями и цианобактериями, с одной стороны, и животными и растениями (включая также их микроскопически малых представителей) с другой.   Различия между теми и другими настолько глубоки, что эти две группы организмов противопоставляются друг другу как прокариоты и эукариоты. Прокариот мы вправе рассматривать как реликтовые формы, сохранившиеся с самых ранних времен биологической эволюции, а появление эукариотических форм, возникших из прокариот, как величайший скачок в истории жизни. Эукариоты имеют истинное ядро. Оно содержит преобладающую часть генома эукариотической клетки. Геном в основном представлен набором хромосом, которые в ходе процесса, называемого митозом, удваиваются и распределяются между дочерними клетками. В хромосомах ДНК находится в связи с гистонами.   В эукариотической клетке имеются и другие органеллы, содержащие ДНК,-митохондрии и (у растений) хлоропласты, но в этих органеллах находится лишь очень малая часть клеточного генома, которая представлена молекулами ДНК, замкнутыми в кольцо. Рибосомы в эукариотической клетке более крупные (80S), чем у прокариот. Прокариоты не имеют окруженного мембраной ядра. ДНК в виде замкнутой в кольцо молекулы свободно располагается в цитоплазме.

Эта «бактериальная хромосома» содержит всю необходимую для размножения клетки информацию. Кроме того, в прокариотической клетке могут содержаться очень небольшие кольцевые молекулы ДНК-плазмиды; без них, однако, клетка может обойтись. Прокариотическая клетка органелл не содержит; подразделение клетки на компартменты менее выражено, чем у эукариот. Рибосомы меньше (70S). У прокариот рибосомы, ферменты белкового синтеза и состав клеточной стенки имеют ряд особенностей, благодаря которым на клетку могут специфически воздействовать многие антибиотики. О других различиях будет сказано позже. Прокариоты морфологически относительно слабо дифференцированы, поэтому среди них можно различить лишь ограниченное число форм.  
В основном это либо сферические формы, либо прямые и изогнутые палочки. С таким внешним «единообразием» удивительно контрастирует чрезвычайное многообразие и пластичность метаболических процессов. В то время как животные и растения нуждаются в молекулярном кислороде, многие группы прокариот способны жить без доступа воздуха (в анаэробных условиях), получая необходимую для роста энергию в результате брожения или анаэробного дыхания. Другие группы прокариот обладают способностью использовать энергию света и строят нужные им вещества либо из органических соединений, либо из углекислоты (двуокиси углерода).  
Некоторые бактерии могут получать энергию путем окисления различных неорганических соединений или элементов. Среди бактерий широко распространена также способность к фиксации молекулярного азота.

Благодаря такой физиологической разносторонности и гибкости, а также высокой скорости синтетических процессов и роста, простому строению клеток и несложной структуре генетического аппарата прокариоты в последние десятилетия стали излюбленным объектом при изучении многих проблем общей биологии. Именно это обстоятельство (наряду с недостатком места) явилось причиной того, что в нашей книге главное место будет отведено биологии бактерий.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Используемая литература

1. Борисов Л.Б. Медицинская микробиология, вирусология, иммунология: Учебник. М.: ООО «Медицинское информационное агентство», 2005. 736 с.
2. Госманов Р.Г., Ибрагимова А.И., Галлиулин А.К. Микробиология и иммунология: Учебное пособие. – Спб.: Издательство «Лань», 2013. – 240 с. – (Учебники для вузов. Специальная литература).
3. Колычев Н.М., Госманов Р.Г. Ветеринарная микробиология и иммунология – М.: КолосС, 2006. – 432 с. – (Учебник для студентов высших учебных заведений).
4. Электронный ресурс:  http://biolog-plus.ru/index.php