Понятие о микроорганизмов вклад ученых развитии науки. Достижения и открытия ученых микробиологов нашей страны. Министерство образования российской федерации

История развития микробиологии

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 (рис.1).

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.

Основные этапы развития микробиологии, вирусологии и иммунологии

1.Эмпирических знаний (до изобретения микроскопов и их применения для изучения микромира).

Дж.Фракасторо (1546г.) предположил живую природу агентов инфекционных заболеваний- contagiumvivum.

2.Морфологический период занял около двухсот лет.

Антони ван Левенгук в 1675г. впервые описал простейших, в 1683г.- основные формы бактерий. Несовершенство приборов (максимальное увеличение микроскопов X300) и методов изучения микромира не способствовало быстрому накоплению научных знаний о микроорганизмах.

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

Л. Пастер - изучение микробиологических основ процессов брожения и гниения, развитие промышленной микробиологии, выяснение роли микроорганизмов в кругообороте веществ в природе, открытие анаэробных микроорганизмов, разработка принципов асептики, методов стерилизации, ослабления (аттенуации) вирулентности и получения вакцин (вакцинных штаммов).

Р. Кох - метод выделения чистых культур на твердых питательных средах, способы окраски бактерий анилиновыми красителями, открытие возбудителей сибирской язвы, холеры (запятой Коха), туберкулеза (палочки Коха), совершенствование техники микроскопии. Экспериментальное обоснование критериев Хенле, известные как постулаты (триада) Хенле- Коха.

4.Иммунологический период.

И.И. Мечников - “поэт микробиологии” по образному определению Эмиля Ру. Он создал новую эпоху в микробиологии - учение о невосприимчивости (иммунитете), разработав теорию фагоцитоза и обосновав клеточную теорию иммунитета.

Одновременно накапливались данные о выработке в организме антител против бактерий и их токсинов, позволившие П.Эрлиху разработать гуморальную теорию иммунитета. В последующей многолетней и плодотворной дискуссии между сторонниками фагоцитарной и гуморальной теорий были раскрыты многие механизмы иммунитета и родилась наука иммунология.

В дальнейшем было установлено, что наследственный и приобретенный иммунитет зависит от согласованной деятельности пяти основных систем: макрофагов, комплемента, Т- и В- лимфоцитов, интерферонов, главной системы гистосовместимости, обеспечивающих различные формы иммунного ответа. И.И.Мечникову и П.Эрлиху в 1908г. была присуждена Нобелевская премия.

12 февраля 1892г. на заседании Российской академии наук Д.И.Ивановский сообщил, что возбудителем мозаичной болезни табака является фильтрующийся вирус. Эту дату можно считать днем рождения вирусологии, а Д.И. Ивановского - ее основоположником. Впоследствии оказалось, что вирусы вызывают заболевания не только растений, но и человека, животных и даже бактерий. Однако только после установления природы гена и генетического кода вирусы были отнесены к живой природе.

5. Следующим важным этапом в развитии микробиологии стало открытие антибиотиков . В 1929г. А.Флеминг открыл пенициллин и началась эра антибиотикотерапии, приведшая к революционному прогрессу медицины. В дальнейшем выяснилось, что микробы приспосабливаются к антибиотикам, а изучение механизмов лекарственной устойчивости привело к открытию второго- внехромосомного (плазмидного) генома бактерий.

Изучение плазмид показало, что они представляют собой еще более просто устроенные организмы, чем вирусы, и в отличии от бактериофагов не вредят бактериям, а наделяют их дополнительными биологическими свойствами. Открытие плазмид существенно дополнило представления о формах существования жизни и возможных путях ее эволюции.

6. Современный молекулярно-генетический этап развития микробиологии, вирусологии и иммунологии начался во второй половине 20 века в связи с достижениями генетики и молекулярной биологии, созданием электронного микроскопа.

В опытах на бактериях была доказана роль ДНК в передаче наследственных признаков. Использование бактерий, вирусов, а затем и плазмид в качестве объектов молекулярно-биологических и генетических исследований привело к более глубокому пониманию фундаментальных процессов, лежащих в основе жизни. Выяснение принципов кодирования генетической информации в ДНК бактерий и установление универсальности генетического кода позволило лучше понимать молекулярно-генетические закономерности, свойственные более высоко организованным организмам.

Расшифровка генома кишечной палочки сделало возможным конструирование и пересадку генов. К настоящему времени генная инженерия создала новые направления биотехнологии.

Расшифрованы молекулярно-генетическая организация многих вирусов и механизмы их взаимодействия с клетками, установлены способность вирусной ДНК встраиваться в геном чувствительной клетки и основные механизмы вирусного канцерогенеза.

Подлинную революцию претерпела иммунология, далеко вышедшая за рамки инфекционной иммунологии и ставшая одной из наиболее важных фундаментальных медико-биологических дисциплин. К настоящему времени иммунология - это наука, изучающая не только защиту от инфекций. В современном понимании иммунология - это наука, изучающая механизмы самозащиты организма от всего генетически чужеродного, поддержании структурной и функциональной целостности организма.

Иммунология в настоящее время включает ряд специализированных направлений, среди которых, наряду с инфекционной иммунологией, к наиболее значимым относятся иммуногенетика, иммуноморфология, трансплантационная иммунология, иммунопатология, иммуногематология, онкоиммунология, иммунология онтогенеза, вакцинология и прикладная иммунодиагностика.

Микробиология и вирусология как фундаментальные биологические науки также включают ряд самостоятельных научных дисциплин со своими целями и задачами: общую, техническую (промышленную), сельскохозяйственную, ветеринарную и имеющую наибольшее значение для человечества медицинскую микробиологию и вирусологию.

Медицинская микробиология и вирусология изучает возбудителей инфекционных болезней человека (их морфологию, физиологию, экологию, биологические и генетические характеристики), разрабатывает методы их культивирования и идентификации, специфические методы их диагностики, лечения и профилактики.

7.Перспективы развития .

На пороге 21 века микробиология, вирусология и иммунология представляют одно из ведущих направлений биологии и медицины, интенсивно развивающееся и расширяющее границы человеческих знаний.

Иммунология вплотную подошла к регулированию механизмов самозащиты организма, коррекции иммунодефицитов, решению проблемы СПИДа, борьбе с онкозаболеваниями.

Создаются новые генно- инженерные вакцины, появляются новые данные об открытии инфекционных агентов - возбудителей “соматических” заболеваний (язвенная болезнь желудка, гастриты, гепатиты, инфаркт миокарда, склероз, отдельные формы бронхиальной астмы, шизофрения и др.).

Появилось понятие о новых и возвращающийся инфекциях (emergingandreemerginginfections). Примеры реставрации старых патогенов- микобактерии туберкулеза, риккетсии группы клещевой пятнистой лихорадки и ряд других возбудителей природноочаговых инфекций. Среди новых патогенов- вирус иммунодефицита человека (ВИЧ), легионеллы, бартонеллы, эрлихии, хеликобактер, хламидии (Chlamydiapneumoniae). Наконец, открыты вироиды и прионы - новые классы инфекционных агентов.

Вироиды - инфекционные агенты, вызывающие у растений поражения, сходные с вирусными, однако эти возбудители отличаются от вирусов рядом признаков: отсутствием белковой оболочки (голая инфекционная РНК), антигенных свойств, одноцепочечной кольцевой структурой РНК (из вирусов - только у вируса гепатита D), малыми размерами РНК.

Прионы (proteinaceousinfectiousparticle- белкоподобная инфекционная частица) представляют лишенные РНК белковые структуры, являющиеся возбудителями некоторых медленных инфекций человека и животных, характеризующихся летальными поражениями центральной нервной системы по типу губкообразных энцефалопатии й - куру, болезнь Крейтцфельдта - Якоба, синдром Герстманна- Страусслера- Шайнкера, амниотрофический лейкоспонгиоз, губкообразная энцефалопатия коров (коровье “бешенство”), скрепи у овец, энцефалопатия норок, хроническая изнуряющая болезнь оленей и лосей. Предполагается, что прионы могут иметь значение в этиологии шизофрении, миопатий. Существенные отличия от вирусов, прежде всего отсутствие собственного генома, не позволяют пока рассматривать прионы в качестве представителей живой природы.

3. Задачи медицинской микробиологии.

К ним можно отнести следующие:

1. Установление этиологической (причинной) роли микроорганизмов в норме и патологии.

2. Разработка методов диагностики, специфической профилактики и лечения инфекционных заболеваний, индикации (выявления) и идентификации (определения) возбудителей.

3. Бактериологический и вирусологический контроль окружающей среды, продуктов питания, соблюдения режима стерилизации и надзор за источниками инфекции в лечебных и детских учреждениях.

4. Контроль за чувствительностью микроорганизмов к антибиотикам и другим лечебным препаратам, состоянием микробиоценозов (микрофлорой) повехностей и полостей тела человека.

4.Методы микробиологической диагностики.

Методы лабораторной диагностики инфекционных агентов многочисленны, к основным можно отнести следующие.

1. Микроскопический- с использованием приборов для микроскопии. Определяют форму, размеры, взаиморасположение микроорганизмов, их структуру, способность окрашиваться определенными красителями.

К основным способам микроскопии можно отнести световую микроскопию (с разновидностями- иммерсионная, темнопольная, фазово - контрастная, люминесцентная и др.) и электронную микроскопию. К этим методам можно также отнести авторадиографию (изотопный метод выявления).

2. Микробиологический (бактериологический и вирусологический) - выделение чистой культуры и ее идентификация.

3. Биологический - заражение лабораторных животных с воспроизведением инфекционного процесса на чувствительных моделях (биопроба).

4. Иммунологический (варианты - серологический, аллергологический) - используется для выявления антигенов возбудителя или антител к ним.

5. Молекулярно-генетический - ДНК- и РНК- зонды, полимеразная цепная реакция (ПЦР) и многие другие.

Заключая изложенный материал, необходимо отметить теоретическое значение современной микробиологии, вирусологии и иммунологии. Достижения этих наук позволили изучить фундаментальные процессы жизнедеятельности на молекулярно-генетическом уровне. Они обусловливают современное понимание сущности механизмов развития многих заболеваний и направления их более эффективного предупреждения и лечения.

Литература:

1. Покровский В.И. «Медицинская микробиология, иммунология, вирусология». Учебник для студентов фарм. ВУЗов, 2002.

2. Борисов Л.Б. «Медицинская микробиология, вирусология и иммунология». Учебник для студентов мед. ВУЗов, 1994.

3. Воробьев А.А. «Микробиология». Учебник для студентов мед. ВУЗов, 1994.

4. Коротяев А.И. «Медицинская микробиология, вирусология и иммунология», 1998.

5. Букринская А.Г. «Вирусология», 1986.

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. Развитие микробиологии в нашей стране тесно связано также с именем крупнейшего ученого, друга и соратника И. Мечникова, Н.Ф. Гамалеи (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.

С.Н.Виноградского, В.Л. Омелянского, Б.Л. Исаченко, Д.И. Ивановского, Г.А. Надсона, явившихся основоположниками тех или иных направлений в общей микробиологии. Создание, например, учения об экологии почвенных микроорганизмов неразрывно связано с именем русского исследователя С. Виноградского (1856-1953). Виноградский внес большой вклад и в познание физиологического многообразия микробного мира. Им выполнены классические работы по физиологии серобактерий, железобактерий, результатом которых явилось открытие хемосинтеза у бактерий - величайшее открытие 19 в.

С. Виноградский доказал, что существуют бактерии, самостоятельно синтезирующие органическое вещество, используя при этом энергию окисления минеральных соединений (сероводород, аммиак) и углерод углекислоты, тт. е. был открыт новый тип питания микроорганизмов - автотрофизм.

Неизменным требованием Виноградского было исследование микроорганизмов в естественной среде обитания или условиях, максимально приближающихся к естественным. Следуя этому принципу, он разработал простые и оригинальные методы исследования почвенных микроорганизмов. Всеобщее признание и широкое применение получил метод элективных (избирательных) сред, позволивший выделить из естественной среды ряд новых микроорганизмов и определить их роль в круговороте веществ.

С. Виноградским опубликовано свыше 300 научных работ, посвященных экологии и физиологии почвенных микроорганизмов. Его по праву считают отцом почвенной микробиологии. К числу выдающихся основоположников отечественной микробиологии следует отнести также ученика С. Виноградского В.Л. Омалянского (1867-1928). Он был не только замечательным ученым, но и талантливым педагогом, популяризатором достижений микробиологии. В. Омелянский, подобно Пастеру, обладал глубокими знаниями в области химии, которые легли в основу его и экологического изучения микроорганизмов. Круг научных интересов В. Омелянского очень широк, однако главное направление его исследований связано с изучением круговорота веществ в природе, в котором существенную роль он отводил микроорганизмам. Изучая процессы разложения органического вещества, он впервые выделил целлюлозоразрушающие бактерии, описал их физиологию и химизм самого процесса.

Глубоко и всесторонне Омелянским были изучены микроорганизмы, участвующие в круговороте азота, особенно свободноживущие азотофиксаторы и нитрификаторы. К новой области исследований относится одна из последних работ Омелянского «Роль микроорганизмов в выветривании горных пород». Эта работа легла в основу геологической микробиологии.

Большой заслугой Омелянского является создание первого русского учебника «Основы микробиологии», вышедшего из печати в 1909 г. и выдержавшего 9 изданий. В нем Омелянский обобщил результаты микробиологических исследований и дал общие схемы круговорота в природе отдельных элементов, в том числе азота, углерода, серы и железа. В течение десятилетий этот учебник был настольной книгой специалистов.

Экологическое направление в микробиологии успешно разрабатывалось Б.Л. Исаченко (1871-1948). Всеобщую известность приобрели работы в области водной микробиологии. Он впервые исследовал распространение микроорганизмов в Северном Ледовитом океане и указал на их важную роль в геологических процессах и в круговороте веществ в водоемах.

Большой вклад в развитие отечественной и мировой микробиологии внес Д.И. Ивановский (1864-1920), открывший в 1892 г. вирусы растений и тем самым заложивши основу новой науки - вирусологии. Подчеркивая важность исследования Ивановского, английский вирусолог Н. Пири писал: «Огромное значение открытия Ивановского для теоретического естествознания заключается в том, что им была открыта новая форма существования белковых тел». Идеи Ивановского сыграли решающую роль в последующих блестящих успехах вирусологии, в результате которых были открыты возбудители большинства вирусных болезней человека, животных, растений и микроорганизмов. По заключению американского вирусолога Стенли, имя Ивановского в вирусологии следует рассматривать в том же свете, как имена Пастера и Коха в микробиологии.

10. Сферические формы (кокки) - шаровидные бактерии размером 0,5 - 1,0 мкм; по взаимнму расположению клеток различают микрококии, диплококки, стрептококки, тетракокки, сарцины и стафилококки.

Микрококки (лат. малый) - отдельно расположенные клетки или в виде "пакетов".

Диплококки (лат. двойной) - располагаются парами, так как клетки после деленияне расходятся.

Стрептококки (от греч. streptos - цепочка) - клетки округлой или продолговатой формы, составляющие цепочку вследствие деления клеток в одной плоскости и сохранения связи между ними в месте деления.

Сарцины (от лат. sarcina - связка, тюк) - располагаются в виде пакетов из 8-и и более кокков, так как они образуются при делении клетки в трех взаимно перпендикулярных плоскостях.

Стафилококки (от. греч. staphyle - виноградная гроздь) - кокки расположенные в виде грозди винограда в результате деления в различных плоскостях.

Палочковидные бактерии различаются пао размерам, форме концов клетки и взаимному расположению клеток. Длина клеток варьирует от 1,0 до 8,0 , толщина от 0,5 до 2,0 мкм. Палочки могут быть правильной (кишечная палочка) и неправильной (коринебактерии) формы, в том числе ветвящиеся, например актиномицеты. Слегка изогнутые палочки называют вибрионами (холерный вибрион). Большинство палочковидных бактерий располагаются беспорядочно, так как после деления клетки расходятся.

Элементарные тельца попадают к эпителиальную клетку путем эндоцитоза с формированием внутриклеточной вакуоли. Внутри клетки они увеличиваются и превращаются в делящиесяретикулярные тельца, образуя скопления в вакуолях (включения). Из ретикулярных телец образуются элементарные тельца, которые выходят из клеток путем экзоцитоза или лизиса клетки.

Микоплазмы - мелкие бактерии (0,15 - 1,0 мкм), окруженные цитоплазматической мембраной и не имеющие клеточной стенки. Из-за отсутствия клеточной стенки микоплазмы осмотически чувствительны. Имеют разнообразную форму: кокковидную, нитевидную, колбовидную. Эти формы видны при фазово-контрастной микроскопии чистых культур микоплазм. Патогенные микоплазмы вызывают хронические инфекции - микоплазмозы.

Актиномицеты - ветвящиеся, нитевидные или палочковидные грамположительные бактерии. Свое название (от греч. actis - луч, mykes - гриб) они получили всвязи с образованием в пораженных тканях друз - гранул из плотно переплетенных нитей в виде лучей, отходящих от центра и заканчивающихся колбовидными утолщениями. Актиномицеты могут делиться путем фрагментации мицелия на клетки, похожие на палочковидные и кокковидные бактерии. На воздушных гифах актиномицетов могут образовываться споры, служащие для размножения. Споры актиномицетов обычно нетермостойки.

Общую филогенетическую ветвь с актиномицетами образуют так называемые нокарднеподобные (нокардиоформные) актиномицеты - собирательная группа палочковидных, неправильной формы бактерий. Их отдельные представители образуют ветвящиеся формы. К ним относят бактерии родов Corynebacterium, bdycobacterium, Hocardia и др.

Нокардиоподобные актиномицеты отличаются наличием в клеточной стенке Сахаров арабинозы, галактозы, а также миколовых кислот и больших количеств жирных кислот. Миколовые кислоты и липиды клеточных стенок обусловливают кислотоустойчивость бактерий, в частности, микобактерий туберкулеза и лепры (при окраске по Цилю-Нельсену они имеют красный цвет, а некислотоустойчивые бактерии и элементы ткани, мокроты - синий цвет).

Извитые формы - спиралевидные бактерии, например спириллы, имеющие вид штопорообразно извитых клеток. К патогенным спириллам относится возбудитель содоку (болезнь укуса крыс). К извитым также относятся кампилобактеры, хеликобактеры, имеющие изгибы как у крыла летящей чайки; близки к ним и такие бактерии, как спирохеты.

Спирохеты - тонкие, длинные, извитые (спиралевидной формы) бактерии, отличающиеся от спирилл подвижностью, обусловленной сгибательными изменениями клеток. Спирохеты имеют наружную мембрану клеточной стенки, окружающую протоплазматический цилиндр с цитоплазматической мембраной. Под наружной мембраной клеточной стенки (в периплазме) расположены периплазматические фибриллы (жгутики), которые как бы закручиваясь вокруг протоплазматического цилиндра спирохеты, придают ей винтообразную форму (первичные завитки спирохет). Фибриллы прикреплены к концам клетки и направлены навстречу друг другу. Другой конец фибрилл свободен. Число и расположение фибрилл варьируют у разных видов. Фибриллы участвуют в передвижении спирохет, придавая клеткам вращательное, сгибательное и поступательное движение. При этом спирохеты образуют петли, завитки, изгибы, которые названы вторичными завитками.

Спирохеты плохо воспринимают красители. Их окрашивают по методу Романовского-Гимзы или серебрением, а в живом виде исследуют с помощью разово-контрастнои или темнопольнои микроскопии.

Лептоспиры (род Leptospira) имеют завитки неглубокие и частые - в виде закрученной веревки. Концы этих спирохет изогнуты наподобие крючков с утолщениями на концах. Образуя вторичные завитки, они приобретают вид букв S или С; имеют 2 осевые нити. Патогенный представитель L. interrogates вызывает лептоспироз.

Размеры бактерий в среднем составляют 0,5-5 мкм. Escherichia coli, например, имеет размеры 0,3-1 на 1-6 мкм, Staphylococcus aureus - диаметр 0,5-1 мкм, Bacillus subtilis 0,75 на 2-3 мкм. Крупнейшей из известных бактерий является Thiomargarita namibiensis, достигающая размера в 750 мкм (0,75 мм). Второй является Epulopiscium fishelsoni имеющая диаметр 80 мкм и длину до 700 мкм и обитающая в пищеварительном тракте хирурговой рыбы Acanthurus nigrofuscus. Achromatium oxaliferum достигает размеров 33 на 100 мкм, Beggiatoa alba - 10 на 50 мкм. Спирохеты могут вырастать в длину до 250 мкм при толщине 0,7 мкм. В то же время к бактериям относятся самые мелкие из имеющих клеточное строение организмов. Mycoplasma mycoides имеет размеры 0,1-0,25 мкм, что соответствует размеру крупных вирусов, например, табачной мозаики, коровьей оспы или гриппа. По теоретическим подсчётам сферическая клетка диаметром менее 0,15-0,20 мкм становится неспособной к самостоятельному воспроизведению, поскольку в ней физически не помещаются все необходимые биополимеры и структуры в достаточном количестве.

Однако были описаны нанобактерии, имеющие размеры меньше «допустимых» и сильно отличающиеся от обычных бактерий. Они, в отличие от вирусов, способны к самостоятельному росту и размножению (чрезвычайно медленным). Они пока мало изучены, живая их природа ставится под сомнение.

При линейном увеличении радиуса клетки её поверхность возрастает пропорционально квадрату радиуса, а объём - пропорционально кубу, поэтому у мелких организмов отношение поверхности к объёму выше, чем у более крупных, что означает для первых более активный обмен веществ с окружающей средой. Метаболическая активность, измеренная по разным показателям, на единицу биомассы у мелких форм выше, чем у крупных. Поэтому небольшие даже для микроорганизмов размеры дают бактериям и археям преимущества в скорости роста и размножения по сравнению с более сложноорганизованными эукариотами и определяют их важную экологическую роль.

11. Общая схема строения бактериальной клетки показана на рисунке 2. Внутренняя организация бактериальной клетки сложна. Каждая систематическая группа микроорганизмов имеет свои специфические особенности строения.

Клеточная стенка. Клетка бактерий одета плотной оболочкой. Этот поверхностный слой, расположенный снаружи от цитоплазматической мембраны, называют клеточной стенкой (рис. 2, 14). Стенка выполняет защитную и опорную функции, а также придает клетке постоянную, характерную для нее форму (например, форму палочки или кокка) и представляет собой наружный скелет клетки. Эта плотная оболочка роднит бактерии с растительными клетками, что отличает их от животных клеток, имеющих мягкие оболочки. Внутри бактериальной клетки осмотическое давление в несколько раз, а иногда и в десятки раз выше, чем во внешней среде. Поэтому клетка быстро разорвалась бы, если бы она не была защищена такой плотной, жесткой структурой, как клеточная стенка.

Толщина клеточной стенки 0,01-0,04 мкм. Она составляет от 10 до 50% сухой массы бактерий. Количество материала, из которого построена клеточная стенка, изменяется в течение роста бактерий и обычно увеличивается с возрастом.

Основным структурным компонентом стенок, основой их жесткой структуры почти у всех исследованных до настоящего времени бактерий является муреин (гликопептид, мукопептид). Это органическое соединение сложного строения, в состав которого входят сахара, несущие азот,- аминосахара и 4-5 аминокислот. Причем аминокислоты клеточных стенок имеют необычную форму (D-стереоизомеры), которая в природе редко встречается.

Составные части клеточной стенки, ее компоненты, образуют сложную прочную структуру.

С помощью способа окраски, впервые предложенного в 1884 г. Кристианом Грамом, бактерии могут быть разделены на две группы:грамположительные и грамотрицательные. Грамположительные организмы способны связывать некоторые анилиновые красители, такие, как кристаллический фиолетовый, и после обработки иодом, а затем спиртом (или ацетоном) сохранять комплекс иод-краситель. Те же бактерии, у которых под влиянием этилового спирта этот комплекс разрушается (клетки обесцвечиваются), относятся к грамотрицательным.

Химический состав клеточных стенок грамположительных и грамотрицательных бактерий различен.

У грамположительных бактерий в состав клеточных стенок входят, кроме мукопептидов, полисахариды (сложные, высокомолекулярные сахара), тейхоевые кислоты (сложные по составу и структуре соединения, состоящие из сахаров, спиртов, аминокислот и фосфорной кислоты). Полисахариды и тейхоевые кислоты связаны с каркасом стенок - муреином. Какую структуру образуют эти составные части клеточной стенки грамположительных бактерий, мы пока еще не знаем. С помощью электронных фотографий тонких срезов (слоистости) в стенках грамположительных бактерий не обнаружено. Вероятно, все эти вещества очень плотно связаны между собой.

Стенки грамотрицательных бактерий более сложные по химическому составу, в них содержится значительное количество липидов (жиров), связанных с белками и сахарами в сложные комплексы - липопротеиды и липополисахариды. Муреина в клеточных стенках грамотрицательных бактерий в целом меньше, чем у грамположительных бактерий. Структура стенки грамотрицательных бактерий также более сложная. С помощью электронного микроскопа было установлено, что стенки этих бактерий многослойные (рис. 6).

Внутренний слой состоит из муреина. Над ним находится более широкий слой из неплотно упакованных молекул белка. Этот слой в свою очередь покрыт слоем липополисахарида. Самый верхний слой состоит из липопротеидов.

Клеточная стенка проницаема: через нее питательные вещества свободно проходят в клетку, а продукты обмена выходят в окружающую среду. Крупные молекулы с большим молекулярным весом не проходят через оболочку.

Капсула. Клеточная стенка многих бактерий сверху окружена слоем слизистого материала - капсулой (рис. 7). Толщина капсулы может во много раз превосходить диаметр самой клетки, а иногда она настолько тонкая, что ее можно увидеть лишь через электронный микроскоп, - микрокапсула.

Капсула не является обязательной частью клетки, она образуется в зависимости от условий, в которые попадают бактерии. Она служит защитным покровом клетки и участвует в водном обмене, предохраняя клетку от высыхания.

По химическому составу капсулы чаще всего представляют собой полисахариды. Иногда они состоят изгликопротеидов (сложные комплексы сахаров и белков) и полипептидов (род Bacillus), в редких случаях - из клетчатки (род Acetobacter).

Слизистые вещества, выделяемые в субстрат некоторыми бактериями, обусловливают, например, слизисто-тягучую консистенцию испорченного молока и пива.

Цитоплазма. Все содержимое клетки, за исключением ядра и клеточной стенки, называется цитоплазмой. В жидкой, бесструктурной фазе цитоплазмы (матриксе) находятся рибосомы, мембранные системы, митохондрии, пластиды и другие структуры, а также запасные питательные вещества. Цитоплазма обладает чрезвычайно сложной, тонкой структурой (слоистая, гранулярная). С помощью электронного микроскопа раскрыты многие интересные детали строения клетки.

Внешний липопротвидный слой протопласта бактерий, обладающий особыми физическими и химическими свойствами, называется цитоплазматической мембраной (рис. 2, 15).

Внутри цитоплазмы находятся все жизненно важные структуры и органеллы.

Цитоплазматическая мембрана выполняет очень важную роль - регулирует поступление веществ в клетку и выделение наружу продуктов обмена.

Через мембрану питательные вещества могут поступать в клетку в результате активного биохимического процесса с участием ферментов. Кроме того, в мембране происходит синтез некоторых составных частей клетки, в основном компонентов клеточной стенки и капсулы. Наконец, в цитоплазматической мембране находятся важнейшие ферменты (биологические катализаторы). Упорядоченное расположение ферментов на мембранах позволяет регулировать их активность и предотвращать разрушение одних ферментов другими. С мембраной связаны рибосомы - структурные частицы, на которых синтезируется белок. Мембрана состоит из липопротеидов. Она достаточно прочна и может обеспечить временное существование клетки без оболочки. Цитоплазматическая мембрана составляет до 20% сухой массы клетки.

Между плазматической мембраной и клеточной стенкой имеется связь в виде десмозов - мостиков. Цитоплазматическая мембрана часто дает инвагинации - впячивания внутрь клетки. Эти впячивания образуют в цитоплазме особые мембранные структуры, названныемезосомами. Некоторые виды мезосом представляют собой тельца, отделенные от цитоплазмы собственной мембраной. Внутри таких мембранных мешочков упакованы многочисленные пузырьки и канальцы (рис. 2). Эти структуры выполняют у бактерий самые различные функции. Одни из этих структур - аналоги митохондрий. Другие выполняют функции зндоплазматической сети или аппарата Гольджи. Путем инвагинации цитоплазматической мембраны образуется также фотосинтезирующий аппарат бактерий. После впячивания цитоплазмы мембрана продолжает расти и образует стопки (табл. 30), которые по аналогии с гранулами хлоропластов растений называют стопками тилакоидов. В этих мембранах, часто заполняющих собой большую часть цитоплазмы бактериальной клетки, локализуются пигменты (бактериохлорофилл, каротиноиды) и ферменты (цитохромы), осуществляющие процесс фотосинтеза.

В цитоплазме бактерий содержатся рибосомы- белок-синтезирующие частицы диаметром 200А. В клетке их насчитывается больше тысячи. Состоят рибосомы из РНК и белка. У бактерий многие рибосомы расположены в цитоплазме свободно, некоторые из них могут быть связаны с мембранами.

Рибосомы являются центрами синтеза белка в клетке. При этом они часто соединяются между собой, образуя агрегаты, называемые полирибосомами или полисомами.

В цитоплазме клеток бактерий часто содержатся гранулы различной формы и размеров. Однако их присутствие нельзя рассматривать как какой-то постоянный признак микроорганизма, обычно оно в значительной степени связано с физическими и химическими условиями среды. Многие цитоплазматические включения состоят из соединений, которые служат источником энергии и углерода. Эти запасные вещества образуются, когда организм снабжается достаточным количеством питательных веществ, и, наоборот, используются, когда организм попадает в условия, менее благоприятные в отношении питания.

У многих бактерий гранулы состоят из крахмала или других полисахаридов - гликогена и гранулезы. У некоторых бактерий при выращивании на богатой сахарами среде внутри клетки встречаются капельки жира. Другим широко распространенным типом гранулярных включений является волютин (метахроматиновые гранулы). Эти гранулы состоят из полиметафосфата (запасное вещество, включающее остатки фосфорной кислоты). Полиметафосфат служит источником фосфатных групп и энергии для организма. Бактерии чаще накапливают волютин в необычных условиях питания, например на среде, не содержащей серы. В цитоплазме некоторых серных бактерий находятся капельки серы.

Помимо различных структурных компонентов, цитоплазма состоит из жидкой части - растворимой фракции. В ней содержатся белки, различные ферменты, т-РНК, некоторые пигменты и низкомолекулярные соединения - сахара, аминокислоты.

В результате наличияв цитоплазме низкомолекулярных соединений возникает разность в осмотическом давлении клеточного содержимого и наружной среды, причем у разных микроорганизмов это давление может быть различным. Наибольшее осмотическое давление отмечено у грамположительных бактерий - 30 атм, у грамотрицательных бактерий оно гораздо ниже - 4-8 атм.

Ядерный аппарат. В центральной части клетки локализовано ядерное вещество - дезоксирибонуклеиновая кислот а (ДНК).

У бактерий нет такого ядра, как у высших организмов (эукариотов), а есть его аналог - «ядерный эквивалент» - нуклеоид (см. рис. 2, 8), который является эволюционно более примитивной формой организации ядерного вещества. Микроорганизмы, не имеющие настоящего ядра, а обладающие его аналогом, относятся к прокариотам. Все бактерии - прокариоты. В клетках большинства бактерий основное количество ДНК сконцентрировано в одном или нескольких местах. В клетках эукариотов ДНК находится в определенной структуре - ядре. Ядро окружено оболочкой- мембраной.

У бактерий ДНК упакована менее плотно, в отличие от истинных ядер; нуклеоид не обладает мембраной, ядрышком и набором хромосом. Бактериальная ДНК не связана с основными белками - гистонами - ив нуклеоиде расположена в виде пучка фибрилл.

Жгутики. На поверхности некоторых бактерий имеются придаточные структуры; наиболее широко распространенными из них являются жгутики - органы движения бактерий.

Жгутик закрепляется под цитоплазматической мембраной с помощью двух пар дисков. У бактерий может быть один, два или много жгутиков. Расположение их различно: на одном конце клетки, на двух, по всей поверхности и т. д. (рис. 9). Жгутики бактерий имеют диаметр 0,01-0,03 мкм, длина их может во много раз превосходить длину клетки. Бактериальные жгутики Состоят из белка - флагеллина - и представляют собой скрученные винтообразные нити.

23Ферме́нты или энзи́мы (от лат. fermentum , греч. ζύμη, ἔνζυμον - закваска) - обычно белковые молекулы или молекулы РНК(рибозимы) или их комплексы, ускоряющие (катализирующие) химические реакции в живых системах. Реагенты в реакции, катализируемой ферментами, называются субстратами, а получающиеся вещества - продуктами. Ферменты специфичны к субстратам (АТФаза катализирует расщепление только АТФ, а киназа фосфорилазы фосфорилирует только фосфорилазу). Ферментативная активность может регулироваться активаторами и ингибиторами (активаторы - повышают, ингибиторы - понижают).Белковые ферменты синтезируются на рибосомах, а РНК - в ядре.

Функции ферментов

Ферменты присутствуют во всех живых клетках и способствуют превращению одних веществ (субстратов) в другие (продукты). Ферменты выступают в роли катализаторов практически во всех биохимических реакциях, протекающих в живых организмах - ими катализируется более 4000 разных биохимических реакций . Ферменты играют важнейшую роль во всех процессах жизнедеятельности, направляя и регулируя обмен веществ организма.

Подобно всем катализаторам, ферменты ускоряют как прямую, так и обратную реакцию, понижая энергию активации процесса. Химическое равновесие при этом не смещается ни в прямую, ни в обратную сторону. Отличительной особенностью ферментов по сравнению с небелковыми катализаторами является их высокая специфичность - константа связывания некоторых субстратов с белком может достигать 10 −10 моль/л и менее. Каждая молекула фермента способна выполнять от нескольких тысяч до нескольких миллионов «операций» в секунду. Например, одна молекула фермента ренина, содержащегося в слизистой оболочке желудка теленка, створаживает около 10 6 молекул казеиногена молока за 10 мин при температуре 37 °C. При этом эффективность ферментов значительно выше эффективности небелковых катализаторов - ферменты ускоряют реакцию в миллионы и миллиарды раз, небелковые катализаторы - в сотни и тысячи раз. См. также Каталитически совершенный фермент

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ФЕРМЕНТОВ

Ферменты, являясь белками, обладают рядом характерных для этого класса органических соединений свойств, отличающихся от свойств неорганических катализаторов.

Термолабильность ферментов. Скорость химических реакций зависит от температуры, поэтому катализируемые ферментамиреакции также чувствительны к изменениям температуры. Установлено, что скорость большинства биохимических реакций повышается в 2 раза при повышении температуры на 10°С и, наоборот, снижается в 2 раза при понижении температуры на 10°С. Этот показатель получил название температурного коэффициента. Однако вследствие белковой природы фермента тепловая денатурация при повышении температуры будет снижать эффективную концентрацию фермента с соответствующим снижением скорости реакции. Так, при температуре, не превышающей 45–50°С, скорость реакции увеличивается согласно теории химической кинетики. При температуревыше 50°С на скорость реакции большое влияние начинает оказывать тепловая денатурация белка-фермента, приводящая к полному прекращению ферментативного процесса (рис. 4.16).

Таким образом, термолабильность, или чувствительность к повышению температуры, является одним из характерных свойствферментов, резко отличающих их от неорганических катализаторов. В присутствии последних скорость реакции возрастает экспоненциально при повышении температуры (см. кривую «а» на рис. 4.16). При температуре 100°С почти все ферменты утрачивают свою активность (исключение составляет, очевидно, только один фермент мышечной ткани – миокиназа, которая выдерживает нагревание до 100°С). Оптимальной для действия большинства ферментов теплокровных животных является температура 40°С; в этих условиях скорость реакции оказывается максимальной вследствие увеличения кинетической энергии реагирующих молекул. При низкихтемпературах (0°С и ниже) ферменты, как правило, не разрушаются, хотя активность их падает почти до нуля. Во всех случаях имеет значение время воздействия соответствующей температуры. В настоящее время для пепсина, трипсина и ряда других ферментовдоказано существование прямой зависимости

Рис. 4.17. Зависимость скорости катализируемой ферментом реакции от рН (стрелка указывает оптимум рН).

между скоростью инактивации фермента и степенью денатурации белка. Следует отметить, что на термолабильность ферментовопределенное влияние оказывает концентрация субстрата, рН среды и другие факторы. Зависимость активности ферментов от рН среды. Ферменты обычно наиболее активны в пределах узкой зоны концентрации водородных ионов, соответствующей для животныхтканей в основном выработанным в процессе эволюции физиологическим значениям рН среды 6,0–8,0. При графическом изображении на кривой колоколообразной формы имеется определенная точка, в которой фермент проявляет максимальную активность; эту точку называют оптимумом рН среды для действия данного фермента (рис. 4.17). При определении зависимости активности фермента отконцентрации водородных ионов реакцию проводят при разных значениях рН среды, обычно при оптимальной температуре и наличии достаточно высоких (насыщающих) концентраций субстрата. В табл. 4.3 приводятся оптимальные значения рН среды для рядаферментов.

Из данных табл. 4.3 видно, что рН-оптимум действия ферментов лежит в пределах физиологических значений. Исключение составляютпепсин, рН-оптимум которого 2,0 (при рН 6,0 он не активен и не стабилен). Объясняется это, во-первых, структурной организациеймолекулы фермента и, во-вторых, тем, что пепсин является компонентом желудочного сока, содержащего свободную соляную кислоту, которая создает оптимальную кислую среду для действия этого фермента. С другой стороны, рН-оптимум аргиназы лежит в сильнощелочной зоне (около 10,0); такой среды нет в клетках печени, следовательно, in vivo аргиназа функционирует, по-видимому, не в своей оптимальной зоне рН среды.

Согласно современным представлениям, влияние изменений рН среды на молекулу фермента заключается в воздействии на состояние и степень ионизации кислотных и основных групп (в частности, СООН-группы дикар-боновых аминокислот, SH-группы цистеина, имидазольного азота гисти-дина, NH 2 -группы лизина и др.). При резких сдвигах от оптимума рН среды ферменты могут подвергаться конформационным изменениям, приводящим к потере активности вследствие денатурации или изменения заряда молекулы фермента. При разных значениях рН среды активный центр может находиться в частично ионизированной или неионизированной форме, что сказывается на третичной структуре белка и соответственно на формировании активного фермент-субстратного комплекса. Имеет значение, кроме того, состояние ионизации субстратов и кофакторов.

Специфичность ферментов. Ферменты обладают высокой специфичностью действия. Это свойство часто существенно отличает их от неорганических катализаторов. Так, мелкоизмельченные платина и палладий могут катализировать восстановление (с участием молекулярного водорода) десятков тысяч химических соединений различной структуры. Высокая специфичность ферментовобусловлена, как было отмечено, конфор-мационной и электростатической комплементарностью между молекулами субстрата ифермента и уникальной структурной организацией активного центра, обеспечивающими «узнавание», высокое сродство и избирательность протекания одной какой-либо реакции из тысячи других химических реакций, осуществляющихся одновременно в живых клетках.

В зависимости от механизма действия различают ферменты с относительной (или групповой) и абсолютной специфичностью. Так, для действия некоторых гидролитических ферментов наибольшее значение имеет тип химической связи в молекуле субстрата. Например,пепсин в одинаковой степени расщепляет белки животного и растительного происхождения, несмотря на то что эти белки существенно отличаются друг от друга как по химическому строению и аминокислотному составу, так и по физико-химическим свойствам. Однакопепсин не расщепляет ни углеводы, ни жиры. Объясняется это тем, что точкой приложения, местом действия пепсина является пептидная -СО-NH-связь. Для действия липазы, катализирующей гидролиз жиров на глицерин и жирные кислоты, подобным местом является сложноэфирная связь. Аналогичной групповой специфичностью обладают трипсин, химотрипсин, пептидазы, ферменты, гидроли-зующие α-гликозидные связи (но не β-гликозидные связи, имеющиеся в целлюлозе) в полисахаридах, и др. Обычно этиферменты участвуют в процессе пищеварения, и их групповая специфичность, вероятнее всего, имеет определенный биологический смысл. Относительной специфичностью наделены также некоторые внутриклеточные ферменты, например гексокиназа, катализирующая в присутствии АТФ фосфорилиро-вание почти всех гексоз, хотя одновременно в клетках имеются и специфические для каждой гексозы ферменты, выполняющие такое же фос-форилирование (см. главу 10).

Абсолютной специфичностью действия называют способность фермента катализировать превращение только единственногосубстрата. Любые изменения (модификации) в структуре субстрата делают его недоступным для действия фермента. Примерами такихферментов могут служить аргиназа, расщепляющая в естественных условиях (в организме) аргинин, уреаза, катализирующая распадмочевины, и др.

Имеются экспериментальные доказательства существования так называемой стереохимической специфичности, обусловленной существованием оптически изомерных L- и D-форм или геометрических (цис-и транс-) изомеров химических веществ. Так, известны оксидазы L- и D-аминокислот, хотя в природных белках обнаружены только L-ами-нокислоты. Каждый из видов оксидаз действует только на свой специфический стереоизомер.

Наглядным примером стереохимической специфичности является бактериальная аспартатдекарбоксилаза, катализирующая отщепление СО 2 только от L-аспарагиновой кислоты с превращением ее в L-аланин. Сте-реоспецифичность проявляют ферменты, катализирующие и синтетические реакции. Так, из аммиака и α-кетоглутарата во всех живых организмах синтезируется L-изомерглутаминовой кислоты, входящей в состав природных белков. Если какое-либо соединение существует в форме цис-и транс-изомеров с различным расположением групп атомов вокруг двойной связи, то, как правило, только один из этих геометрических изомеров может служить в качестве субстрата для действия фермента. Например, фумараза катализирует превращение только фумаровой кислоты(трансизомер), но не действует на малеиновую кислоту (цис-изомер):

Таким образом, благодаря высокой специфичности действия ферменты обеспечивают протекание с большой скоростью лишь определенных химических реакций из огромного разнообразия возможных превращений в микропространстве клеток и целостном организме, регулируя тем самым интенсивность обмена веществ.

Роль ферментов в обмене веществ.

Микробиология зародилась задолго до нашей эры и прошла длительный путь развития, исчисляющийся многими тысячелетиями. Историю развития микробиологии можно разделить на 5 этапов.

1. Эмпирический (описательный) период -6 –5 тыс. л. до н. э. -XVI в. н. э. Человек пользовался плодами деятельности микроорганизмов (виноделие, хлебопечение, сыроделие, выделка кож), не зная об их существовании. В те времена верили, что болезни посылаются злыми духами или с помощью колдовства.

Подход Гиппократа (460 г. до н. э. –370 г. до н. э.) к данному вопросу был новаторским: он полагал, что болезни людям посылают не боги, а возникают они по разным, вполне естественным, причинам. Он делил последние на два класса: общие (вредные влияния климата, почвы, наследственности) и личные (условия жизни и труда, питания, возраст). Наблюдая за течением болезней, он придавал серьезное значение периодам болезней, особенно лихорадочных, и предполагал, что многие болезни вызываются какими-то посторонними невидимыми причинами, имеющими живую природу («миазмы»). Автор обширного собрания из семи книг «Эпидемии».

Итальянский врач Дж. Фракасторо (1546) также предполагал живую природу агентов инфекционных заболеваний. Он считал, что каждая болезнь вызывается своим «контагием», для предохранения от болезней рекомендовал изоляцию больного, карантин, ношение масок, обработку предметов уксусом.

2. Морфологический период -конец XVII –середина XIX в.: открытие мира микроорганизмов, описание их внешнего вида, опыты по самозаражению с целью доказать инфекционную природу многих заболеваний.

Левенгук Антони Ван (1632 –1723) - нидерландский натуралист, один из основоположников микроскопии. Торговал полотном в мануфактурной лавке в Амстердаме, в свободное время увлекался шлифованием линз. Изготовленные линзы он вставлял в металлические держатели с прикрепленной к ним иглой для насаживания объекта наблюдения (1675 г. - первый микроскоп Левенгука). Всего за свою жизнь Левенгук изготовил около 250 линз со 150–300-кратным увеличением. При помощи таких «микроскопов» Левенгук впервые наблюдал и зарисовал бактерии (1683), простейших (1675), отдельные растительные и животные клетки. В 1680 г. стал членом Королевского общества, в 1695 г. написал труд «Тайны природы, открытые А. Левенгуком». Несовершенство приборов и методов изучения микромира не способствовало быстрому накоплению научных знаний о микроорганизмах.

Прямые доказательства роли микроорганизмов в возникновении инфекционных заболеваний были найдены в опытах по самозаражению материалами или культурами соответствующих возбудителей, взятыми от больного чумой (Д. Самойлович, В. Смирнов), холерой (М. Петенкофер, И. Мечников, Д. Заболотный, И. Савченко, Н. Гамалея), сыпным тифом (Г. Минх, О. Мочутковский), полиомиелитом (М. Чумаков), гепатитом А (М. Балоян).

3. Физиологический (пастеровский) период -конец XVIII -начало ХХ в. Начало научной микробиологии: открыто большинство возбудителей инфекционных заболеваний, вирусы, разработана микробная концепция болезней, изучена жизнедеятельность микробной клетки.

Английский врач Эдвард Дженнер (1749 –1823) 14 мая 1796 г. предложил метод вакцинации. В эксперименте он доказал, что прививки людям возбудителя коровьей оспы из содержимого пустул на вымени больных коров предохраняют от заражения натуральной оспой. Результаты исследования он обобщил в статье «Исследование причин и действий коровьей оспы» (1798). С эмпирического открытия Дженнером вакцины против оспы, задолго до открытия самих вирусов, началась борьба с вирусными инфекциями.

Французский ученый Луи Пастер (1822 –1895) - член Парижской академии наук, Французской медицинской академии, основоположник современной микробиологии и иммунологии, биотехнологии. Опроверг теорию самозарождения микроорганизмов (1860). Доказал, что брожение не является химическим процессом, а его вызывают микроорганизмы (1861). Изобрел метод пастеризации, благодаря чему были побеждены болезни вина и пива, порча молочнокислых продуктов. Открыл возбудителей болезней шелковичных червей, вина и пива. Доказал формирование искусственного иммунитета (1870), открыл патогенные микроорганизмы (стафилококк, пневмококк, клостридии). Разработал принцип аттенуации, создал живые вакцины против куриной холеры (1879), сибирской язвы (1881), бешенства (1885). Открыл явление анаэробиоза. Ввел методы антисептики, стерилизации сухим жаром. В 1883 г. создал первый научно-исследовательский институт микробиологии - Институт Пастера.

Немецкий микробиолог Роберт Кох (1843 –1910) - один из основоположников современной бактериологии и эпидемиологии, иностранный член-корреспондент Петербургской АН (1884). Ему принадлежат труды по выявлению возбудителей инфекционных болезней и разработке методов борьбы с ними. Кром еэтого, ученый Сформулировал критерии этиологической связи инфекционного заболевания с микроорганизмом (триада Генле-Коха: выделить микроорганизм от больного, получить чистую культуру, заразить ею лабораторное животное и наблюдать у него развитие схожей клинической картины). Впервые выделил чистую культуру возбудителя сибирской язвы, доказал ее способность к спорообразованию, открыл холерный вибрион (запятая Коха) и туберкулезную палочку (палочка Коха). Предложил способы дезинфекции и стерилизации текучим паром. Ввел в практику метод выделения чистых культур на твердых питательных средах (агар-агаре, желатине, свернутой сыворотке), способы окраски бактерий анилиновыми красителями, иммерсионный объектив, способ микрофотографии. Лауреат Нобелевской премии 1905 г.

Дмитрий Иосифович Ивановский (1864 –1920). 12 февраля 1892 г. на заседании Российской академии наук он сообщил, что возбудителем мозаичной болезни табака является фильтрующийся вирус. Эту дату можно считать днем рождения вирусологии, а Д. И. Ивановского - ее основоположником. Вирусы мозаичной болезни табака удалось впервые увидеть только в 1939 г. в электронный микроскоп.

3. Иммунологический -начало - середина ХХ в.

Илья Ильич Мечников (1845 –1916) - российский биолог и патолог, один из основоположников сравнительной патологии, эволюционной эмбриологии, иммунологии (автор клеточной теории иммунитета), создатель научной школы, член-корреспондент (1883), почетный член (1902) Петербургской АН. С 1888 г. работал в Пастеровском институте в Париже. Совместно с Н. Ф. Гамалеей основал первую в России бактериологическую станцию (1886). Открыл явление фагоцитоза (1882), изложил фагоцитарную теорию иммунитета в трудах «Невосприимчивость в инфекционных болезнях» (1901). Ему принадлежит цикл работ, посвященных микробиологии и эпидемиологии холеры, чумы, брюшного тифа, туберкулеза; совместно с Э. Ру впервые экспериментально вызвал сифилис у обезьян (1903). Создал теорию происхождения многоклеточных организмов. Разработал учение о микробном антагонизме. Много внимания в своих трудах уделял проблеме старения. Урна с прахом Мечникова, согласно его воле, хранится в библиотеке Пастеровского института.

Немецкий врач и бактериолог Пауль Эрлих (1854–1915) - почетный член Немецкого химического общества, автор гуморальной теории иммунитета. Открыл антитоксические антитела, разработал метод определения активности антитоксических сывороток. В 1896 г. основал и возглавил Институт по изучению и контролю сывороток. Открыл тучные клетки, разработал способ окрашивания туберкулезных бацилл. Является основоположником химиотерапии инфекционных заболеваний. Проводил эксперименты по лечению сифилиса органическими соединениями мышьяка, индукции злокачественных опухолей у животных.

В 1908 г. И. Мечникову и П. Эрлиху присуждена Нобелевская премия. В последующей многолетней и плодотворной дискуссии между сторонниками фагоцитарной и гуморальной теорий были раскрыты многие механизмы иммунитета.

Следующим важным этапом в развитии микробиологии стало открытие антибиотиков. В 1929 г. А. Флеминг открыл пенициллин и началась эра антибиотикотерапии, приведшая к революционному прогрессу медицины. В дальнейшем выяснилось, что бактерии приспосабливаются к антибиотикам, а изучение механизмов лекарственной устойчивости привело к открытию плазмид.

Г. Домагк обосновал антибактериальное действие сульфаниламидных препаратов и ввел их в лечебную практику (1932).

Борис Яковлевич Эльберт (1890 –1963) - основатель первой в Беларуси кафедры микробиологии и гигиены МГМИ (1923), профессор и заведующий кафедрой, директор Белорусского государственного санитарно-бактериологического института, лауреат Государственной премии. Время деятельности - 20–е – 60–е гг. ХХ в. Организовал производство лечебно-диагностических сывороток, питательных сред. Ученому принадлежат работы по клебсиеллам, микобактериям, лептоспирам, возбудителям тифов и натуральной оспы. Исследовал туляремию и противотуляремийный иммунитет, в соавторстве с Гайским разработал вакцину против туляремии.

Кафедрой микробиологии, вирусологии, иммунологии БГМУ заведовали: в 1962–1988 г.г.- доктор медицинских наук, профессор Алексей Петрович Красильников, в 1988–2005 г.г. - доктор медицинских наук, профессорЛеонид Петрович Титов, с 2005 г.- кандидат медицинских наук, доцент Татьяна Александровна Канашкова.

5. Молекулярно-генетический (современный) - с середины ХХ в.: широкое использованиемолекулярных методов исследования. Этому способствовали важнейшие открытия в области молекулярной биологии и генетики.

В опытах на бактериях была доказана роль ДНК в передаче наследственных признаков. Выяснение принципов кодирования генетической информации в ДНК бактерий и установление универсальности генетического кода позволило лучше понимать молекулярно-генетические закономерности, свойственные высоко организованным организмам.

Расшифровка генома кишечной палочки сделала возможным конструирование и пересадку генов. Генная инженерия создала новое направление - биотехнологию, с помощью которой получены рекомбинантные микроорганизмы, новые вакцины и диагностические препараты.

Расшифрована молекулярно-генетическая организация многих вирусов и механизмы их взаимодействия с клетками, механизмы вирусного канцерогенеза. Разработан метод культур клеток. Открыт провирус, вироиды и прионы.

В современном понимании иммунология - наука, изучающая механизмы защиты организма от всего генетически чужеродного, поддержание структурной и функциональной целостности организма. Иммунология включает ряд специализированных направлений: иммуноморфологию, иммуногенетику, иммунологию онтогенеза, трансплантационную иммунологию, иммунопатологию, иммуногематологию, онкоиммунологию, вакцинологию и прикладную иммунодиагностику. Открыты новые антигены (опухолевые, ГКГС). Расшифровано строение антител, разработана клонально-селекционная теория иммунитета. Созданы гибридомы и получены моноклональные антитела. Изучены многие виды иммунодефицитов, открыты иммуномодуляторы.

Разработаны новые способы диагностики инфекционных и неинфекционных заболеваний (ИФА, РИА, иммуноблоттинг, гибридизация нуклеиновых кислот, ПЦР).

Появляются новые данные об открытии инфекционных агентов - возбудителей «соматических» заболеваний (язвенная болезнь желудка, гастрит, инфаркт миокарда, отдельные формы бронхиальной астмы, шизофрения и др.).

Появилось понятие о новых и возвращающихся инфекциях. Пример реставрации старых патогенов - мультирезистентные микобактерии туберкулеза. Среди новых патогенов - вирусы геморрагических лихорадок, ВИЧ, легионеллы, бартонеллы, эрлихии, хеликобактер, хламидии.

Сегодня микробиология, вирусология и иммунология - одно из ведущих направлений биологии и медицины, интенсивно развивающееся и расширяющее границы человеческих знаний.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ВОСТОЧНО-КАЗАХСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. С.АМАНЖОЛОВА

Кафедра биологии

РЕФЕРАТ

По дисциплине: «Биология и развитие микроорганизмов и вирусов»

На тему: «История развития микробиологии»

Выполнили: студенты гр.УБГ-09 (А)
Грушковская Д., Фефелова Н.
Проверила: Каленова К.Ш.

Усть-Каменогорск, 2011

План:
Введение………………………………………………………… ………………...3

1.ОТКРЫТИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ……………………………………… …4
2.ОПИСАТЕЛЬНЫЙ (МОРФОЛОГИЧЕСКИЙ) ПЕРИОД В РАЗВИТИИ МИКРОБИОЛОГИИ (КОНЕЦ 17 В. – СЕРЕДИНА 19 В.)…………………..5
2.1.Развитие представлений о природе процессов брожения и гниения……5
2.2.Развитие представлений о микробной природе инфекционных заболеваний………………………………………………… …………………….7
3.ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЙ ПЕРИОД (ПАСТЕРОВСКИЙ) (ВТОРАЯ ПОЛОВИНА 19 ВЕКА)………………………………………………………….8
3.1. Научная деятельность Луи Пастера…………………………………………8
3.2. Развитие микробиологии во второй половине 19 века…………………...10
4.РАЗВИТИЕ МИКРОБИОЛОГИИ В 20 ВЕКЕ………………………………15

Заключение.................... .............................. .............................. ............................. 18

Литература.................... .............................. .............................. ............................. 19

ВВЕДЕНИЕ

Микробиология – это наука, изучающая строение, систематику, физиологию, биохимию, генетику и экологию организмов, имеющих малые размеры и невидимых невооруженным глазом. Эти организмы получили название микроорганизмов или микробов.
На протяжении длительного времени человек жил в окружении невидимых существ, использовал продукты их жизнедеятельности (например, при выпечке хлеба из кислого теста, приготовлении вина и уксуса), страдал, когда эти существа являлись причиной болезней или портили запасы пищи, но не подозревал об их присутствии. Не подозревал потому, что не видел, а не видел потому, что размеры этих микросуществ лежали много ниже того предела видимости, на который способен человеческий глаз. Известно, что человек с нормальным зрением на оптимальном расстоянии (25-30 см) может различить в виде точки предмет размером 0,07-0,08 мм. Меньше объекты человек заметить не может. Это определяется особенностями строения его органа зрения.
Попытки преодолеть созданный природный барьер и расширить возможности человеческого глаза были сделаны давно. Так, при археологических раскопках в Древнем Вавилоне находили двояковыпуклые линзы – самые простые оптические приборы. Линзы были изготовлены из отшлифованного горного хрусталя. Можно считать, что с их изобретением человек сделал первый шаг на пути в микромир.
Дальнейшее совершенствование оптической техники относится к 16-17 вв. и связано с развитием астрономии. В это время голландские шлифовальщики стекла сконструировали первые подзорные трубы. Оказалось, что если линзы расположить не так, как в телескопе, то можно получить увеличение очень мелких предметов. Микроскоп подобного типа был создан в 1610 г. Г.Галилеем. Изобретение микроскопа открыло новые возможности для изучения живой природы.
Одним из первых микроскоп, состоящий из двух двояковыпуклых линз, дававших увеличение примерно в 30 раз, сконструировал и использовал для изучения строения растений английский физик и изобретатель Р.Гук. Рассматривая срезы пробки, он обнаружил правильное ячеистое строение древесной ткани. Эти ячейки впоследствии были названы им «клетками» и изображены в книге «Микрография». Именно Р.Гук ввел термин «клетка» для обозначения тех структурных единиц, из которых построен сложный живой организм. Дальнейшее проникновение в тайны микромира неразрывно связано с совершенствованием оптических приборов.

1.ОТКРЫТИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ

Микроорганизмы были открыты в конце 17 века, но деятельность их и даже практическое применение известны значительно ранее. Например, продукты спиртового, молочнокислого, уксуснокислого брожений приготавливались и использовались в самые древние времена. Полезность этих продуктов объяснялась присутствием в них «живого духа». Однако мысль о существовании невидимых существ начала появляться при выяснении причин заразных болезней. Так, Гиппократ (6 в. до н.э.), а позже Варрон (2 в.) высказывали предположения, что заразные болезни вызываются невидимыми существами. Но только в 16 веке итальянский ученый Джираламо Фракасторо пришел к заключению, что передача болезней от человека к человеку осуществляется при помощи мельчайших живых существ, которым он дал название contagium vivum. Однако доказательств таких предположений не было.
Если считать, что микробиология возникла в тот момент, когда человек увидел первые микроорганизмы, то мы можем совершенно точно указать «день рождения» микробиологии и имя первооткрывателя. Этот человек – голландец Антони ван Левенгук (1632-1723), мануфактурщик из Дельфта. Заинтересовавшись строением льняного волокна, он отшлифовал для себя несколько грубых линз. Позднее Левенгук увлекся этой тонкой и кропотливой работой и достиг большого совершенства в деле изготовления линз, названных им «микроскопиями». По внешней форме это были одинарные двояковыпуклые стекла, оправленные в серебро или латунь, однако по своим оптическим свойствам линзы Левенгука, дававшие увеличение в 200 – 270 раз, не знали себе равных. Чтобы оценить их, достаточно напомнить, что теоретический предел увеличения двояковыпуклой линзы – 250 – 300 раз.
Не имея естественного образования, но обладая природной любознательностью, Левенгук с интересом рассматривал все, что попадалось под руку: воду из пруда, зубной налет, настой перца, слюну, кровь и многое другое. С 1673 г. результаты своих наблюдений Левенгук начал посылать в Лондонское Королевское общество, членом которого впоследствии был избран. Всего Левенгук написал в Лондонское Королевское общество свыше 170 писем, а позднее завещал ему 26 своих знаменитых «микроскопий». Вот выдержка из одного письма: «24 апреля 1676 г. я посмотрел на воду под микроскопом и с большим удивлением увидел в ней огромное количество мельчайших живых существ. Некоторые из них в длину были раза в 3 – 4 больше, чем в ширину, хотя они и не были толще волосков, покрывающих тело вши. Другие имели правильную овальную форму. Был там еще и третий тип организмов – наиболее многочисленный – мельчайшие существа с хвостиками». Сопоставив описание, приведенное в этом отрывке, и оптические возможности имевшихся в распоряжении Левенгука линз, можно сделать вывод о том, что Левенгуку в 1676 г. впервые удалось увидеть бактерии.
Левенгук всюду обнаруживал микроорганизмы и пришел к выводу, что окружающий мир густо заселен микроскопическими обитателями. Все виденные им микроорганизмы, в том числе и бактерии, Левенгук считал маленькими животными, названными им «анималькулями», и был убежден, что они устроены так же, как и крупные организмы, т. е. имеют органы пищеварения, ножки, хвостики и т.д.
Открытия Левенгука были настолько неожиданными и даже фантастическими, что на протяжении почти 50 последующих лет вызывали всеобщее изумление. Будучи в Голландии в 1698 г., Петр I посетил Левенгука и беседовал с ним. Из этой поездки Петр I привез в Россию микроскоп, а позднее, в 1716 г., в мастерских при его дворе были изготовлены первые отечественные микроскопы.

2.ОПИСАТЕЛЬНЫЙ (МОРФОЛОГИЧЕСКИЙ) ПЕРИОД В РАЗВИТИИ МИКРОБИОЛОГИИ (КОНЕЦ 17 В. – СЕРЕДИНА 19 В.)

2.1. Развитие представлений о природе процессов брожения и гниения

Многие процессы, осуществляемые микроорганизмами, были известны человеку с незапамятных времен. В первую очередь это гниение и брожение. В сочинениях древних греческих и римских авторов можно найти рецепты приготовления вина, кислого молока, хлеба, свидетельствующие о широком использовании в быту брожений. В средние века алхимики не обошли вниманием эти процессы и изучали их наряду с другими чисто химическими превращениями. Именно в этот период были сделаны попытки выяснить природу процессов брожения.
Термин «брожение» («fermentatio») для обозначения процессов, идущих с выделением газа, впервые употребил голландский алхимик Я.Б. ван Гельмонт (1577-1644). Я. ван Гельмонтом было обнаружено сходство между газом, образующимся при сбраживании виноградного сока (углекислым газом), газом, выделяющимся при сжигании угля, и газом, который появляется, «когда уксус льют на известковые камни», т.е. при взаимодействии щелочи с кислотой. На основании этого Я. ван Гельмонт пришел к заключению, что все описанные выше химические превращения имеют одинаковую природу. Позднее брожения стали выделять из группы химических процессов, сопровождающихся газовыделением. Для обозначения материальной движущей силы брожения, его активного начала использовали термин «фермент». Взгляд на брожение и гниение как на чисто химические процессы был сформулирован в 1697 г. немецким врачом и химиком Г.Э. Шталем (1660-1734). По представлениям Г. Шталя, брожение и гниение – это химические превращения, идущие под влиянием молекул «фермента», которые передают присущее им внутреннее активное движение молекулам сбраживаемого субстрата, т.е. выступают в качестве своеобразных катализаторов реакции. Взгляды Г. Шталя на природу процессов гниения и брожения полностью разделял и отстаивал один из крупнейших химиков своего времени Ю.Либих. Однако эта точка зрения принималась не всеми исследователями.
Одна из первых догадок о связи описанных Левенгуком «глобул» (дрожжей) с явлениями брожения и гниения принадлежит французскому натуралисту Ж.Л.Л. Бюффону (1707-1788). Весьма близко подошел к пониманию роли дрожжей в процессе брожения французский химик А.Лавуазье (1743-1794), изучавший количественно химические превращения сахара при спиртовом брожении. В 1793 г. он писал: «Достаточно немного пивных дрожжей, чтобы дать первый толчок к брожению: оно потом продолжается само собой. Я доложу в другом месте о действии фермента в целом». Однако сделать это ему не удалось: А. Лавуазье стал жертвой террора французской буржуазной революции.
С 30-х годов 19 века начинается период интенсивных микроскопических наблюдений. В 1827 г. французский химик Ж. Демазьер (1783-1862) описал строение дрожжей Mycoderma cerevisiae, формирующих пленку на поверхности пива, и, будучи убежденным в том, что это – мельчайшие животные, отнес их к инфузориям. Однако в работе Ж.Демазьера нет никаких указаний на возможную связь процесса брожения с развивающейся на поверхности бродящей жидкости пленкой. Спустя 10 лет французский ботаник Ш. Каньяр де Латур (1777-1859) предпринял тщательное микроскопическое исследование осадка, образующегося при спиртовом брожении, и пришел к выводу, что он состоит из живых существ, жизнедеятельность которых и является причиной брожения. Почти одновременно немецкий естествоиспытатель Ф. Кютцинг (1807-1893), исследуя образование уксуса из спирта, обратил внимание на слизистую массу, имеющую вид пленки на поверхности жидкости, содержащей спирт. Изучая слизистую массу, Ф. Кютцинг установил, что она состоит из микроскопических живых организмов и имеет непосредственное отношение к накоплению уксуса в среде. К аналогичным выводам пришел другой немецкий естествоиспытатель Т. Шванн (1810-1882).
Таким образом, Ш. Каньяр де Латур, Ф. Кютцинг и Т. Шванн независимо друг от друга и почти одновременно пришли к заключению о связи процессов брожения с жизнедеятельностью микроскопических живых существ. Основной вывод из этих исследований был четко сформулирован Ф.Кютцингом: «Мы теперь должны каждый процесс брожения рассматривать иначе, чем до сих пор их рассматривала химия. Весь процесс спиртового брожения зависит от присутствия дрожжей, уксуснокислого - от наличия уксусной матки».
Однако идеи о биологической природе «фермента» брожения, высказанные тремя исследователями, не получили признания. Более того, они были подвергнуты суровой критике со стороны приверженцев теории физико-химической природы брожения, обвинивших своих научных противников в «легкомыслии в выводах» и отсутствии каких-либо доказательств, подтверждающих эту «странную гипотезу». Господствовавшей оставалась теория физико-химической природы процессов брожения.

2.2.Развитие представлений о микробной природе инфекционных заболеваний

Еще древнегреческий врач Гиппократ (ок. 460-377 гг. до н.э.) высказал предположение о том, что заразные болезни вызываются невидимыми живыми существами. Авиценна (ок. 980-1037 гг.) в «Каноне медицины» писал о «невидимых» возбудителях чумы, оспы и других заболеваний. Подобные мысли можно обнаружить и в трудах итальянского врача, астронома и поэта Дж.Фракастро (1478-1553 гг.).
В том, что инфекционные болезни вызываются живыми микроскопическими существами, был глубоко убежден русский врач-эпидемиолог Д.С. Самойлович (1744-1805), пытавшийся под микроскопом обнаружить возбудителя чумы. Это ему не удалось из-за несовершенства микроскопов и микроскопической техники. Однако разработанные Д.С.Самойловичем в соответствии с его идеей меры по дезинфекции и изоляции больных оказались весьма эффективными в борьбе с эпидемиями и получили широкую известность во всем мире.
Стоит упомянуть, что современник Д. Самойловича М. Тереховский (1740-1796) – первый русский протистолог - экспериментатор установил живую природу простейших и в 1775 г. впервые в мире применил к микроорганизмам экспериментальный метод исследования, определяя влияние температуры, электрических разрядов, сулемы, опия, кислот и щелочей на их жизнеспособность. Изучая в строго контролируемых условиях движение, рост и размножение микроорганизмов, Тереховский первый указал, что делению предшествуют рост и увеличение размеров. Он также доказал невозможность самопроизвольного зарождения простейших в различных прокипяченных жидкостях (настоях). Свои наблюдения он изложил в работе «О наливочном хаосе Линнея».
В 1827 г. итальянский естествоиспытатель А. Басси (1773-1856), изучая заболевание шелковичных червей, обнаружил передачу болезни при переносе микроскопического грибка от больной особи к здоровой. Таким образом, А. Басси впервые удалось экспериментально доказать микробную природу этого заболевания. Идея о микробной природе инфекционных болезней в течение долгого времени не получала признания. Господствующей была теория, согласно которой причинами заболеваний считали различные нарушения течения химических процессов в организме.
В 1846 г. немецкий анатом Ф. Генле (1809-1885) в книге «Руководство по рациональной патологии» четко определил основные положения для распознавания инфекционных заболеваний. Позднее идеи Ф. Генле, сформулированные в общей форме (самому Ф. Генле не удалось увидеть ни одного возбудителя инфекционных заболеваний человека), были экспериментально обоснованы Р.Кохом и вошли в науку под названием «триада Генле-Коха».

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.
и т.д.................

Введение

Микробиология (от греч. micros - малый, bios -жизнь, logos - учение) -наука, изучающая строение, жизнедеятельность и экологию микроорганизмов мельчайших форм жизни растительного или животного происхождения, не видимых невооруженным глазом.

Микробиология изучает всех представителей микромира (бактерии, грибы, простейшие, вирусы). По своей сути микробиология является биологической фундаментальной наукой. Для изучения микроорганизмов она использует методы других наук, прежде всего физики, биологии, биоорганической химии, молекулярной биологии, генетики, цитологии, иммунологии. Как и всякая наука, микробиология подразделяется на общую и частную. Общая микробиология изучает закономерности строения и жизнедеятельности микроорганизмов на всех уровнях. молекулярном, клеточном, популяционном; генетику и взаимоотношения их с окружающей средой. Предметом изучения частной микробиологии являются отдельные представители микромира в зависимости от проявления и влияния их на окружающую среду, живую природу, в том числе человека. К частным разделам микробиологии относятся: медицинская, ветеринарная, сельскохозяйственная, техническая (раздел биотехнологии), морская, космическая микробиология.

Медицинская микробиология изучает патогенные для человека микроорганизмы: бактерии, вирусы, грибы, простейшие. В зависимости от природы изучаемых патогенных микроорганизмов медицинская микробиология делится на бактериологию, вирусологию, микологию, протозоологию.

Каждая из этих дисциплин рассматривает следующие вопросы:

морфологию и физиологию, т.е. осуществляет микроскопические и другие виды исследований, изучает обмен веществ, питание, дыхание, условия роста и размножения, генетические особенности патогенных микроорганизмов;

роль микроорганизмов в этиологии и патогенезе инфекционных болезней;

основные клинические проявления и распространенность вызываемых заболеваний;

специфическую диагностику, профилактику и лечение инфекционных болезней;

экологию патогенных микроорганизмов.

К медицинской микробиологии относят также санитарную, клиническую и фармацевтическую микробиологию.

Санитарная микробиология изучает микрофлору окружающей среды, взаимоотношение микрофлоры с организмом, влияние микрофлоры и продуктов ее жизнедеятельности на состояние здоровья человека, разрабатывает мероприятия, предупреждающие неблагоприятное воздействие микроорганизмов на человека. В центре внимания клинической микробиологии. Роль условно-патогенных микроорганизмов в возникновении заболеваний человека, диагностика и профилактика этих болезней.

Фармацевтическая микробиология исследует инфекционные болезни лекарственных растений, порчу лекарственных растений и сырья под действием микроорганизмов, обсемененность лекарственных средств в процессе приготовления, а также готовых лекарственных форм, методы асептики и антисептики, дезинфекции при производстве лекарственных препаратов, технологию получения микробиологических и иммунологических диагностических, профилактических и лечебных препаратов.

Ветеринарная микробиология изучает те же вопросы, что и медицинская микробиология, но применительно к микроорганизмам, вызывающим болезни животных.

Микрофлора почвы, растительного мира, влияние ее на плодородие, состав почвы, инфекционные заболевания растений и т.д. находятся в центре внимания сельскохозяйственной микробиологии.

Морская и космическая микробиология изучает соответственно микрофлору морей и водоемов и космического пространства и других планет.

Техническая микробиология, являющаяся частью биотехнологии, разрабатывает технологию получения из микроорганизмов разнообразных продуктов для народного хозяйства и медицины (антибиотики, вакцины, ферменты, белки, витамины). Основа современной биотехнологии - генетическая инженерия.

История развития микробиологии

Микробиология прошла длительный путь развития, исчисляющийся многими тысячелетиями. Уже в V.VI тысячелетии до н.э. человек пользовался плодами деятельности микроорганизмов, не зная об их существовании. Виноделие, хлебопечение, сыроделие, выделка кож. не что иное, как процессы, проходящие с участием микроорганизмов. Тогда же, в древности, ученые и мыслители предполагали, что многие болезни вызываются какими-то посторонними невидимыми причинами, имеющими живую природу.

Следовательно, микробиология зародилась задолго до нашей эры. В своем развитии она прошла несколько этапов, не столько связанных хронологически, сколько обусловленных основными достижениями и открытиями.

ЭВРИСТИЧЕСКИЙ ПЕРИОД (IV III вв. до н.э. XVI в.) Связан скорее с логическими и методическими приемами нахождения 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 сочинениях итальянского врача Д. Фракасторо (1478 1553 гг.), высказавшего идею о живом контагии (contagiumvivum), который вызывает болезни. При этом каждая болезнь вызывается своим контагием. Для предохранения от болезней им были рекомендованы изоляция больного, карантин, ноше ние масок, обработка предметов уксусом.

МОРФОЛОГИЧЕСКИЙ ПЕРИОД (XVII ПЕРВАЯ ПОЛОВИНА XIX вв.) Начинается с открытия микроорганизмов А. Левенгуком. На этом этапе было подтверждено повсеместное распространение микроорганизмов, описаны формы клеток, характер движения, места обитания многих представителей микромира. Окончание этого периода знаменательно тем, что накопленные к этому времени знания о микроорганизмах и научно методический уровень (в частности, наличие микроскопической техники) позволили ученым разрешить три очень важные (основные) для всех естественных наук проблемы: изучение природы процессов брожения и гниения, причины возникновения инфекционных заболеваний, проблему само зарождения микроорганизмов.

Изучение природы процессов брожения и гниения. Термин «брожение» (fermentatio) для обозначения всех процессов, идущих с выделени ем газа, впервые употребил голландский алхимик Я.Б. Гельмонт (1579-1644 гг.). Многие ученые пытались дать определение этому процессу и объяснить его. Но ближе всех к пониманию роли дрожжей в процессе брожения подошел французский химик А.Л. Лавуазье (1743 1794 гг.) при изучении количественных химических превращений сахара при спиртовом брожении, но он не успел завершить свою работу, так как стал жертвой террора французской буржуазной революции.

Многие ученые изучали процесс брожения, но к заключению о связи процессов брожения с жизнедеятельностью микроскопических живых существ одновременно, независимо друг от друга пришли французский ботаник Ш. Каньяр де Латур (исследовал осадок при спиртовом брожении и обнаружил живых существ), немецкие естествоиспытатели Ф. Кютцинг (при образовании уксуса обратил внимание на слизистую пленку на поверхности, которая также состоя ла из живых организмов) и Т. Шванн. Но их исследования были подверг нуты суровой критике сторонниками теории физикохимической природы брожения. Их обвинили в «легкомыслии в выводах» и отсутствии доказательств. Вторая основная проблема о микробной природе инфекционных заболеваний также была решена в морфологический период развития микробиологии.

Первыми высказали предположения о том, что заболевания вызывают невидимые существа, древнегреческий врач Гиппократ (ок. 460 377 гг. до н.э.), Авиценна (ок. 980 1037 гг.) и др. Несмотря на то, что появление болезней теперь уже связывалось с открытыми микроорганизмами, необходимы были прямые доказательства. И они были полу ченырусским врачом эпидемиологом Д.С. Самойловичем (1744 1805 гг.). Микроскопы того времени имели увеличение примерно в 300 раз и не позволяли обнаружить возбудителя чумы, для выявления которого, как сейчас известно, необходимо увеличение в 800 1000 раз. Чтобы доказать, что чума вызывается особым возбудителем, он заразил себя отделяемым бубона больного чумой человека и заболел чумой.

К счастью, Д.С. Самойлович остался жив. Впоследствии героические опыты по само заражению для доказательства заразности того или иного микроорганизма провели русские врачи Г.Н. Минх и О.О. Мочутковский, И.И. Мечников и др. Но приоритет в решении вопроса о микробной природе инфекционных заболеваний принадлежит итальянскому естествоиспытателю А. Баси (1773 1856 гг.), который впервые экспериментально установил микробную природу заболевания шелковичных червей, он обнаружил передачу болезни при переносе микроскопического грибка от больной особи к здоровой. Но большинство исследователей были убеждены в том, что причинами всех заболеваний являются нарушения течения химических процессов в организме. Третья проблема о способе появления и размножения микроорганизмов была решена в споре с господствовавшей тогда теорией самозарождения.

Несмотря на то, что итальянский ученый Л. Спалланцанив се редине XVIII в. наблюдал под микроскопом деление бактерий, мнение о том, что они самозарождаются (возникают из гнили, грязи и т.д.), не было опровергнуто. Это было сделано выдающимся французским ученым Луи Пастером (1822 1895 гг.), который своими работами положил начало со временной микробиологии. В этот же период начиналось развитие микробиологии в России. Основоположником русской микробиологии является Л.Н. Ценковский (1822 1887 гг.). Объекты его исследований простейшие, водоросли, грибы. Он открыл и описал большое число простейших, изучил их морфологию и циклы развития, показал, что нет резкой границы между миром растений и животных. Им была организована одна из первых пастеровских станций в России и предложена вакцина против сибирской язвы (живая вакцина Ценковского).

ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЙ ПЕРИОД (ВТОРАЯ ПОЛОВИНА XIX в.)

Бурное развитие микробиологии в XIX в. привело к открытию многих микроорганизмов: клубеньковых бактерий, нитрифицирующих бактерий, возбудителей многих инфекционных болезней (сибирская язва, чума, столбняк, дифтерия, холера, туберкулез и др.), вируса табачной мозаики, вируса ящура и др. Открытие новых микроорганизмов сопровождалось изучением не только их строения, но и их жизнедеятельности, то есть на смену морфологосистематическому изучению первой половины XIX в. пришло физиологическое изучение микроорганизмов, основанное на точном эксперименте.

Поэтому вторую половину XIX в. принято называть физиологическим периодом в развитии микробиологии. Этот период характеризуется выдающимися открытиями в области микробиологии, и его без преувеличения можно было бы назвать в честь гениального французского ученого Л. Пастера Пастеровским, потому что научная деятельность этого ученого охватывала все основные проблемы, связанные с жизнедеятельностью микроорганизмов. Подробнее об основ ных научных открытиях Л. Пастера и их значении для охраны здоровья людей и хозяйственной деятельности человека будет сказано в § 1.3. Первым из современников Л. Пастера, кто оценил значение его от крытий, был английский хирург Дж. Листер (1827 1912 гг.), который, ос новываясь на достижениях Л. Пастера, впервые ввел в медицинскую прак тику обработку всех хирургических инструментов карболовой кислотой, обеззараживание операционных и добился снижения числа смертельных исходов после операций.

Одним из основоположников медицинской микробиологии является Роберт Кох (1843 1910 гг.), которому принадлежит разработка методов получения чистых культур бактерий, окра ска бактерий при микроскопии, микрофотографии. Известна также сформулированная Р. Кохом триада Коха, которой до сих пор пользуются при установлении возбудителя болезни. В 1877 г. Р. Кох выделил возбудителя сибирской язвы, в 1882 г. возбудителя туберкулеза, а в 1905 г. ему была присуждена Нобелевская премия за открытие возбудителя холеры. В физиологический период, а именно в 1867 г., М.С. Воронин описал клубеньковые бактерии, а почти через 20 лет Г. Гельригель и Г. Вильфарт показали их способность к азотфиксации. Французские химики Т. Шлезинг, А. Мюнц обосновали микробиологическую природу нитрификации (1877 г.), а в 1882 г. П. Дегерен установил природу денитрификации, природу анаэробного разложения растительных остатков.

Российский ученый П.А. Костычев создал теорию микробиологической природы процессов почвообразования. Наконец, в 1892 г. русский ботаник Д. И. Ивановский (1864 1920 гг.) открыл вирус табачной мозаики. В 1898 г. независимо от Д.И. Ивановского этот же вирус был описан М. Бейеринком. Затем был открыт вирус ящура (Ф. Леффлер, П. Фрош, 1897 г.), желтой лихорадки (У. Рид, 1901 г.) и многие другие вирусы. Однако увидеть вирусные частицы стало возможным только после изобретения электронного микроскопа, так как в световые микроскопы они не видны. К настоящему времени царство вирусов насчитывает до 1000 болезнетворных видов. Только за последнее время открыт ряд новых Д. И. Ивановский вирусов, в том числе вирус, вызывающий СПИД.

Несомненно, что период открытия новых вирусов и бактерий и изучения их морфологии и физиологии продолжается до настоящего времени. С.Н. Виноградский (1856 1953 гг.) и голландский микробиолог М. Бейеринк (1851 1931 гг.) ввели микроэкологический принцип исследования микроорганизмов. С.Н. Виноградский предложил создавать специфические (элективные) условия, дающие возможность преимуществен ного развития одной группы микроорганизмов, открыл в 1893 г. анаэроб ный азотфиксатор, названный им в честь Пастера Clostridiumpasterianum, выделил из почвы микроорганизмы, представляющие совершенно новый тип жизни и получившие название хемолитоавтотрофных.

Микроэкологический принцип был развит и М. Бейеринком и применен при выделении различных групп микроорганизмов. Через 8 лет после открытия С.Н. Виноградским азотфиксатора М. Бейеринк выделил в аэробных условиях Azotobacterchroococcum, исследовал физиологию клубеньковых бактерий, процессы денитрификации и сульфатредукции и т.д. Оба этих исследователя являются основоположниками экологического на правления микробиологии, связанного с изучением роли микроорганизмов в круговороте веществ в природе. К концу XIX в. намечается дифференциация микробиологии на ряд частных направлений: общая, медицинская, почвенная.

ИММУНОЛОГИЧЕСКИЙ ПЕРИОД (НАЧАЛО ХХ в.) С наступлением ХХ в. начинается новый период в микробиологии, к которому привели открытия XIX в. Работы Л. Пастера по вакцинации, И.И. Мечникова по фагоцитозу, П.Эрлиха по теории гуморального иммунитета составили основное содержание этого этапа в развитии микробиологии, по праву получившего название иммунологического.

И.И. Мечников того, как стала широко применяться вакцинация против многих заболеваний. И.И. Мечников показал, что защита организма от болезнетворных бактерий это сложная биологическая реакция, в основе которой лежит способность фагоцитов (макро и микрофаги) захватывать и разрушать посторонние тела, попавшие в организм, в том числе бактерии. Ис следования И.И. Мечникова по фагоцитозу убедительно доказали, что, по мимо гуморального, существует клеточный иммунитет. И.И. Мечников и П. Эрлих были научными противниками на протяжении многих лет, каждый экспериментально доказывал справедливость своей теории.

Впоследствии оказалось, что противоречия между гуморальным и фагоцитарным иммунитетами нет, так как эти механизмы осуществляют защиту организма совместно. И в 1908 г. И.И. Мечникову совместно с П. Эрлихом была присуждена Нобелевская премия за разработку теории иммунитета. Иммунологический период характеризуется открытием основных ре акций иммунной системы на генетически чужеродные вещества (антигены): антителообразование и фагоцитоз, гиперчувствительность замедленного типа (ГЗТ), гиперчувствительность немедленного типа (ГНТ), толерантность, иммунологическая память.

Особенно бурное развитие получили микробиология и иммунология в 50 60 гг. двадцатого столетия. Этому способствовали важнейшие открытия в области молекулярной биологии, генетики, биоорганической химии; появление новых наук: генетической инженерии, молекулярной биологии, биотехнологии, информатики; создание новых методов и использование научной аппаратуры. Иммунология является основой для разработки лабораторных методов диагностики, профилактики и лечения инфекционных и многих неинфекционных болезней, а также разработки иммунобиологических препаратов (вакцин, иммуноглобулинов, иммуномодуляторов, аллергенов, диагностических препаратов). Разработкой и производством иммунобиологических препаратов занимается иммунобиотехнология самостоятельный раз дел иммунологии.

Современная медицинская микробиология и иммунология достигли больших успехов и играют огромную роль в диагностике, профилактике и лечении инфекционных и многих неинфекционных болезней, связанных с нарушением иммунной системы (онкологические, аутоиммунные болезни, трансплантация органов и тканей и др.).

Например, химический синтез лизоцима (Д. Села, 1971 г.), пептидов вируса СПИДа (Р.В. Петров, В.Т. Иванов и др.). 3. Расшифровка строения антителиммуноглобулинов (Д. Эдельман, Р. Портер, 1959 г.). 4. Разработка метода культур животных и растительных клеток и их выращивание в промышленных масштабах с целью получения вирусных антигенов. 5. Получение рекомбинантных бактерий и рекомбинантных вирусов. 6. Создание гибридом путем слияния иммунных В лимфоцитов продуцентов антител и раковых клеток с целью получения моноклональных антител (Д. Келлер, Ц. Мильштейн, 1975 г.). 7. Открытие иммуномодуляторов иммуноцитокининов (интерлейкины, интерфероны, миелопептиды и др.) эндогенных природных регуляторов иммунной системы и их использование для профилактики и лечения различных болезней. 8. Получение вакцин с помощью методов биотехнологии и приемов генетической инженерии (гепатита В, малярии, антигенов ВИЧ и других антигенов) и биологически активных пептидов (интерфероны, интерлейкины, ростовые факторы и др.). 9. Разработка синтетических вакцин на основе природных или синтетических антигенов и их фрагментов. 10. Открытие вирусов, вызывающих иммунодефициты. 11. Разработка принципиально новых способов диагностики инфекционных и неинфекционных болезней (иммуноферментный, радиоиммунный анализы, иммуноблотинг, гибридизация нуклеиновых кислот).

Создание на основе этих способов тестсистем для индикации, идентификации микроорганизмов, диагностики инфекционных и неинфекционных болез ней. Во второй половине ХХ в. продолжается формирование новых на правлений в микробиологии, от нее отпочковываются новые дисциплины со своими объектами исследований (вирусология, микология), выделяются направления, различающиеся задачами исследования (общая микробиология, техническая, сельскохозяйственная, медицинская микробиология, генетика микроорганизмов и т.д.). Было изучено много форм микроорганизмов и примерно к середине 50х гг. прошлого века А. Клюйвером (1888 1956 гг.) и К. Нилем (1897 1985 гг.) была сформулирована теория биохимического единства жизни

Реакция Вассермана (RW или ЭДС-Экспресс Диагностика Сифилиса) - устаревший метод диагностики сифилиса при помощи серологической реакции. В настоящее время заменён микрореакцией преципитации (антикардиолипиновый тест , MP , RPR - RapidPlasmaReagin). Названа по имени немецкого иммунолога Августа Вассермана <#"justify">Это реакция агглютинации применяемая для диагностики брюшного тифа и некоторых тифо-паратифозных заболеваний.

Предложена в 1896 французским врачом Ф. Видалем (F. Widal, 1862-1929). В. р. основана на способности антител (агглютининов), образующихся в организме в течение болезни и длительно сохраняющихся после выздоровления, вызывать склеивание брюшнотифозных микроорганизмов, специфические антитела (агглютинины) обнаруживаются в крови больного со 2-ой недели болезни.

Для постановки реакции Видаля берут шприцем кровь из локтевой вены в количестве 2-3 мл и дают ей свернуться. Образовавшийся сгусток отделяют, а сыворотку отсасывают в чистую пробирку и готовят из неё 3 ряда разведений сыворотки больного от 1:100 до 1:800 следующим образом: во все пробирки разливают по 1 мл (20 капель) физиологического раствора; затем этой же пипеткой наливают 1 мл сыворотки, разведенной 1:50 в первую пробирку, перемешивают с физиологическим раствором, таким образом получают разведение 1:100, Из этой пробирки переносят 1 мл сыворотки в следующую пробирку, перемешивают с физиологическим раствором, получают разведение 1:200 также получают разведения 1:400 и 1:800 в каждом из трёх рядов.

Реакция агглютинации Видзля ведётся в объеме 1 мл жидкости, поэтому из последней пробирки после смешения жидкости удаляют 1 мл. В отдельную контрольную пробирку наливают 1 мл физиологического раствора без сыворотки. Этот контроль ставится для проверки возможности спонтанной агглютинации антигена (диагностикума) а каждом ряду {контроль антигена). Во все пробирки каждого ряда, соответствующего надписям, закапывают по 2 капли диагностикума. Штатив ставят в термостат на 2 часа при 37 «С и затем на сутки оставляют при комнатной температуре. Учёт реакции производится на следующем занятии.

В сыворотках больных могут быть как специфические, так и групповые антитела, которые различаются по высоте титра. Специфическая реакция агглютинации идёт обычно до более высокого титра. Реакция считается положительной, если агглютинация произошла хотя бы в первой пробирке с разведением 1:200. Обычно она наступает в больших разведениях. Если наблюдается групповая агглютинация с двумя или тремя антигенами, то возбудителем болезни считают того микроба, с которым произошла агглютинация в наиболее высоком разведении сыворотки.

Если при добавлении к сыворотке крови человека культуры возбудителя происходит агглютинация, реакция считается положительной. Для диагностики брюшного тифа реакцию Видаля ставят многократно, учитывая её показания в динамике и в связи с Анамнез <#"justify">Заключение

За время своего развития микробиология не только много почерпнула из смежных наук (например, иммунологии, биохимии, биофизики и генетики), но и сама дала мощный импульс для их дальнейшего развития. Микробиология изучает морфологию, физиологию, генетику, систематику, экологию и взаимоотношения микроорганизмов с другими существами. Поскольку микроорганизмы очень многообразны, то более детальным их изучением занимаются специальные её направления: вирусология, бактериология, микология, протозоология и др. Обилие фактического материала, накопленного за относительно короткий период научного развития микробиологии (со второй половины XIX в.), способствовало разделению микробиологии на ряд специализированных направлений: медицинское, ветеринарное, техническое, космическое и т.д.

Медицинская микробиология изучает микроорганизмы, патогенные и условно-патогенные для человека, их экологию и распространённость, методы их выделения и идентификации, а также вопросы эпидемиологии, специфической терапии и профилактики вызываемых ими заболеваний.

Актуальной проблемой медицинской микробиологии до настоящего времени остаётся исследование всего комплекса взаимодействий внутри экосистемы «микроорганизм-микроорганизм», будь это микроб-комменсал или микроб-патоген.

Список литературы

1. Покровский В.И. «Медицинская микробиология, иммунология, вирусология». Учебник для студентов фарм. ВУЗов, 2002.

Борисов Л.Б. «Медицинская микробиология, вирусология и иммунология». Учебник для студентов мед. ВУЗов, 1994.

Воробьев А.А. «Микробиология». Учебник для студентов мед. ВУЗов, 1994.

Коротяев А.И. «Медицинская микробиология, вирусология и иммунология», 1998.

Букринская А.Г. «Вирусология», 1986.

Л. Б. Борисов. Медицинская микробиология, вирусология, иммунология. М.: ООО «МИА», 2010. 736 с.

Поздеев О. К. Медицинская микробиология. М.: ГЭОТАР-МЕД, 2001. 754 с.