Развитие микробиологии в 19 веке. История развития микробиологии
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.................
Микроорганизмы, или микробы - это живые существа микроскопически малых размеров, которыми насыщена окружающая человека среда: вода, почва, воздух, продукты питания, жилища человека и предприятия.
Наука микробиология изучает строение, обмен веществ и условия существования микроорганизмов, а также их роль в жизни человека. Микроорганизмы имеют сходство с животными и растениями, так как находятся на границе животного и растительного миров. Они очень разнообразны по форме и свойствам, но общим признаком всех являются малые размеры. Поэтому для изучения их применяются особые методы. Из-за малых размеров микроорганизмы невозможно увидеть невооруженным глазом. Знакомство человека с ними началось с изобретения микроскопа. Первые микроскопы были весьма примитивны, состояли из нескольких вручную изготовленных линз и давали увеличение до 300 раз; по существу, это были лупы. Однако даже такие приборы позволяли рассмотреть форму некоторых микроорганизмов.
Голландский естествоиспытатель Антон Лёвенгук (1632-1723), собственноручно шлифовавший линзы и собиравший простейшие микроскопы, с удивлением обнаруживал микроорганизмы во всех объектах, которые рассматривал: дождевой воде, настое сена, зубном налете и др. Он с большой точностью описал формы микроорганизмов, которых увидел под микроскопом (простейшие, бактерии, грибы и дрожжи), назвал их инфузориями и описал в книге «Тайны природы». Лёвенгука по праву считают основоположником описательной микробиологии.
Со времени открытия Лёвенгука многие ученые стремились глубже изучить свойства микроорганизмов и использовать полученные знания в хозяйственной деятельности. Огромны заслуги перед человечеством знаменитого французского ученого Луи Пастера (1822-1895). Начав работу химиком, Пастер впоследствии заинтересовался обменом веществ у микроорганизмов. Пастер обратил внимание на то, что на поверхности земли благодаря наличию микроорганизмов происходят значительные химические превращения: микроорганизмы не только разрушают мертвые органические остатки животных и растений, но и очищают от них почву и водоемы.
Пастер доказал, что в результате деятельности отдельных видов микроорганизмов происходит порча пищевых продуктов. Одновременно он обнаружил, что микроорганизмы производят и полезную для человека работу. Исследуя процессы брожения, Пастер установил, что каждое брожение (спиртовое, уксуснокислое и молочнокислое) вызывается специфическим возбудителем. В своем труде «Исследование о брожении» он рассматривает ряд бродильных производств, приписывая осадку на дне бродильного чана главную роль в процессе брожения. До Пастера, например, осадки в винных бочках считали отбросами и называли «экскрементами вина». Исследования Пастера оказали большую помощь виноделам Франции в борьбе с микроорганизмами, вызывающими болезни вин, и он по праву считается родоначальником технической микробиологии. Позже Пастер увлекся бактериологией и разработал учение о специфичности возбудителей инфекционных заболеваний человека, которые тоже оказались микробами, а также создал прививку против бешенства.
Русские ученые сыграли большую роль в развитии микробиологии. Среди них наиболее известны Л. С. Ценковский, И. И. Мечников, Н. Ф. Гамалея, Д. И. Ивановский, С. Н. Виноградский, В. Л. Омелянский и др.
Л. С. Ценковский (1828-1877) исследовал различные группы микроорганизмов, их свойства и генетическую связь друг с другом. Он был первым, кто приготовил и применил в России вакцину против сибирской язвы овец.
И. И. Мечников (1845-1916) получил всемирное признание за разработку теории иммунитета. Она объясняет механизм невосприимчивости организма к инфекционным заболеваниям. После дальнейшей разработки эта теория легла в основу учения об антибиотиках.
Н. Ф. Гамалея (1858-1949) изучал многие вопросы медицинской микробиологии. В 1886 г. Н. Ф. Гамалея организовал в Одессе первую в России пастеровскую станцию по прививкам против бешенства.
Д. И. Ивановский (1864-1920) первым открыл вирусы, вызывающие болезни растений. Он является родоначальником науки вирусологии, которая в настоящее время получила широкое развитие и применение.
Большой вклад в развитие микробиологии внес С. Н. Виноградский (1856-1953), разработавший метод элективных (избирательных) культур. Используя его, С. Н. Виноградский выделил группу нитрифицирующих бактерий, открыл особый тип питания у микробов - хемосинтез. Он обнаружил также важнейший процесс - фиксацию атмосферного азота анаэробными бактериями, - имеющий огромное значение в круговороте веществ в природе.
Ученик С. Н. Виноградского - В. Л. Омелянский (1867-1928) многое сделал для развития микробиологии. Он создал первый русский учебник и практическое руководство по микробиологии. Грибные заболевания растений исследовали М. С. Воронин (1838-1903) и А. А. Ячевский (1863-1932), положившие начало науке фитопатологии.
В изучение процессов брожения большой вклад внесли русские ученые Л. А. Иванов, С. П. Костычев (1877-1931) и А. Н. Лебедев (1881-1938). В 1930 г. на основе работ С. П. Костычева и В. С. Буткевича (1872-1942) в СССР было организовано производство молочной кислоты с помощью микроскопических грибов. Труды Я. Я. Никитинского (1878-1941) и его учеников положили начало развитию микробиологии консервного производства и хранения скоропортящихся пищевых продуктов.
В нашей стране микробиология пищевых продуктов получила широкое развитие. Как наука микробиология разделяется на самостоятельные разделы.
Общая микробиология изучает различные стороны жизнедеятельности микробов, роль их в круговороте веществ в природе и возможность применения в практической деятельности человека. Наиболее важной функцией микробов для жизни на земле является их участие в круговороте углерода. Равновесие между образованием органических соединений растениями и их распадом поддерживают микроорганизмы. Общая микробиология изучает круговорот и других жизненно важных элементов в природе, связанных с жизнедеятельностью микроорганизмов: азота, железа, серы и др.
Техническая микробиология является важной прикладной наукой. Она изучает различные микроорганизмы с точки зрения использования их биохимической деятельности для получения ценных продуктов. Оказалось, что некоторые дрожжи, бактерии и плесневые грибы в процессе своей жизнедеятельности образуют много полезных веществ. Благодаря исследованию ряда ученых в настоящее время разработаны технологические процессы для использования биохимической деятельности микроорганизмов. Так, вырабатывают пиво, вино, сыр, хлеб, спирт, органические кислоты и т. д. Успех этих производств зависит от правильно подобранных культур микроорганизмов и режимов их выращивания. Важным условием получения продуктов высокого качества является применение чистых культур микроорганизмов - культур, которые выведены из одной клетки и обладают рядом производственно-ценных свойств.
В последние десятилетия освоено производство многих новых ценных продуктов микробиального происхождения: антибиотиков, витаминов, ферментов, аминокислот и др.
Продуцентами их являются дрожжи, бактерии, плесневые грибы и другие микроорганизмы. Возникла и стала быстро развиваться новая отрасль народного хозяйства - микробиологическая промышленность.
Сельскохозяйственная микробиология разрабатывает способы повышения плодородия почвы с помощью микроорганизмов.
Медицинская микробиология изучает болезнетворные (патогенные) микроорганизмы, методы предупреждения болезней и их лечение. К ней примыкают санитарная и ветеринарная микробиология, эпидемиология и вирусология.
Санитарная микробиология - это наука, разрабатывающая оздоровительные мероприятия для предупреждения различных заболеваний человека. Санитарная микробиология находится на стыке с микробиологией, эпидемиологией и гигиеной и имеет профилактическую направленность. Вначале санитарная микробиология составляла часть гигиены, но в 30-е годы благодаря трудам советских ученых А. Л. Миллера, И. Е. Минкевича, В. И. Тец сформировалась как самостоятельная наука.
Водная микробиология изучает микроорганизмы, населяющие водоемы. Она занимается также вопросами загрязнения вод промышленными отходами, очищения вод с помощью микроорганизмов и др.
Кроме полезных микроорганизмов, которые люди научились использовать в своих целях, в природе существует огромное количество вредных. Попадание их в пищевые продукты и полуфабрикаты нежелательно и опасно, поскольку некоторые микроорганизмы являются возбудителями пищевых инфекций и отравлений. Доброкачественность пищевых продуктов во многом зависит от вида и количества микроорганизмов, находящихся в окружающей среде, сырье и на производственном оборудовании. Качество продукции определяется тем, насколько удалось предотвратить микробиальное обсеменение растительного и животного сырья при транспортировании, хранении, технологической обработке. Поэтому на пищевых предприятиях постоянно контролируют микробиологическое состояние производства, что позволяет своевременно обнаружить посторонние и вредные микробы. В этих целях наряду с химической лабораторией устраивают микробиологическую, которая имеет специальное оборудование.
Автоклавы предназначены для получения стерильных питательных сред, на которых выращивают микроорганизмы. В этих аппаратах, работающих под давлением, стерилизующим фактором является влажный пар при температурах выше 100 °С. Стеклянная посуда (пробирки, пипетки, чашки Петри, бродильные трубки для определения активности брожения и др.) стерилизуется в сушильных шкафах сухим паром при 160-170 °С.
Микроскопы позволяют рассматривать клетки микроорганизмов, невидимые невооруженным глазом. При этом для выявления строения клеток используют специальные краски. Кроме основного оборудования необходимы лабораторные принадлежности: петли для проведения посевов микроорганизмов на поверхности питательных сред, иглы для посевов в глубину сред и др. В тех отраслях, где применяются культурные микроорганизмы, необходимо специальное оборудование и посуда для разведения чистых культур.
Для предупреждения попадания вредных микробов в технологические емкости, полуфабрикаты и готовую продукцию разработаны профилактические мероприятия и санитарные правила. Вредные микробы подвергаются также активному уничтожению при проводимых на предприятиях дезинфекциях.
Важным средством борьбы с микробиальной обсемененностью на предприятиях является переработка сырья, минимально зараженного микробами, содержание в чистоте оборудования и тары и строгое соблюдение установленных технологических режимов, которые обеспечивают условия, неблагоприятные для размножения посторонней микрофлоры.
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, 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.
Историю развития микробиологии можно "разделить на пять этапов: эвристический, морфологический, физиологический, иммунологический и молекулярно-генетический.
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.
Таким образом, Д. Фракасторо был одним из основоположников эпидемиологии, т. е. науки о причинах, условиях и механизмах формирования заболеваний и способах их профилактики.С изобретением микроскопа А.Левенгуком начинается следующий этап в развитию микробиологии, получивший название морфологического.
По профессии Левенгук был торговцем сукном, занимал должность городского казначея, а с 1679 г. был ещё и виноделом.
Левенгук сам шлифовал простые линзы, которые оптически были настолько совершенны, что давали возможность увидеть мельчайшие существа- микроорганизмы (линейное увеличение в 160 раз).
Он проявил необыкновенную наблюдательность и поразительную по своему времени точность описаний. Первой им была описана плесень, выросшая на мясе, позже он описывает «живых зверьков» в дождевой и колодезной воде, различных настоях, в испражнениях, в зубном налёте. А. Левенгук проводил все исследования один, не доверяя никому. Он ясно понимал разницу между наблюдениями и их интерпретацией.
В 1698 г А. Левенгук пригласил к себе русского царя Петра Великого, который был в то время в Голландии. Царь был в восхищении от увиденного в микроскоп. А. Левенгук подарил Петру два микроскопа. Они и послужили началом исследования микроорганизмов в России.
В 1675 г А. ван Левенгук ввёл в науку термины: микроб, бактерии, простейшие. Открытие А. Левенгуком мира микроорганизмов дало мощный импульс изучению этих таинственных существ. Целое столетие открывали и описывали всё новые и новые микроорганизмы. «Сколько чудес таят в себе эти крохотные создания» - писал А. ван Левенгук.
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. Первым из современников Л. Пастера, кто оценил значение его открытий, был английский хирург Дж. Листер (1827 1912 гг.), который, основываясь на достижениях Л. Пастера, впервые ввел в медицинскую практику обработку всех хирургических инструментов карболовой кислотой, обеззараживание операционных и добился снижения числа смертельных исходов после операций.
Основной заслугой Пастера является то, что он впервые связал микроорганизмы с процессами, ими вызываемыми. Исследования Пастера завершили многовековой спор о возможности самопроизвольного зарождения жизни. Он экспериментально доказал, что в питательных средах, в которых убиты микроорганизмы, жизнь не зарождается даже при соприкосновении с воздухом, если в последнем они отсутствуют.
Открытия Пастера:
1. Установил, что процессы брожения имеют микробиологическую природу, и каждый вид брожения обусловлен своим специфическим возбудителем.
2. Исследуя болезни пива и вина, он открыл, что эти пороки обусловлены развитием посторонних микроорганизмов. Он предложил метод борьбы с посторонней микрофлорой – пастеризацию.
3. Объяснил, что инфекционные болезни имеют микробиологическую природу и возникают в результате попадания в организм болезнетворных микроорганизмов. Л. Пастер предложил метод борьбы с инфекционными заболеваниями при помощи прививок, для которых применяются культуры микроорганизмов с ослабленным болезнетворным действием (вакцины).
4. Доказал, что некоторые микроорганизмы могут существовать без доступа кислорода, т.е. открыл явление анаэробиоза. Изучая масляно кислые бактерии, он показал, что воздух вреден для них. Эти результаты вызвали бурю протеста, так как было признано, что без молекулярного кислорода жизнь невозможна. Таким образом, Луи Пастер является основоположником всех основных направлений современной микробиологии.
Свои выдающиеся исследования Пастер выполнял в небольшой лаборатории, в которой, по его словам, «недоставало света, воздуха и места». В 1988 г. в Париже, на средства, собранные по подписке, был открыт Пастеровский институт, в строительство которого большой вклад внесло русское правительство. В этом институте работали многие известные микробиологи, в том числе и русские. Историограф Пастеровского института А. Делане в шутливой форме говорил, что не знает, являлся ли в конце XIX века институт Пастера французским или русско-французским учреждением.
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 содер жание этого этапа в развитии микробиологии, по праву получившего на звание иммунологического.
Пауль Эрлих (1854 1915 гг.) немецкий врач, бактериолог и био химик, один из основоположников иммунологии и химиотерапии, выдви нувший гуморальную (от лат. humor жидкость) теорию иммунитета. Он считал, что иммунитет возникает в результате образования в крови анти тел, которые нейтрализуют яд. Подтверждением этому было открытие ан титоксинов антител, нейтрализующих токсины у животных, которым вводили дифтерийный или столбнячный токсин (Э. Беринг, С. Китазато).
В 1883 г. он сформулировал фагоцитарную теорию иммунитета. Невосприимчивость человека к повторному заражению была известна давно, но природа этого явления была непонятна даже после
И.И. Мечников того, как стала широко применяться вакцинация против многих заболеваний. И.И. Мечников показал, что защита организма от болезне творных бактерий это сложная биологическая реакция, в основе которой лежит способность фагоцитов (макро и микрофаги) захватывать и разру шать 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 протя жении многих лет, каждый экспериментально доказывал справедливость своей теории. Впоследствии оказалось, что противоречия между гумо ральным и фагоцитарным иммунитетами нет, так как эти механизмы осу ществляют защиту организма совместно. И в 1908 г. И.И. Мечникову со вместно с П. Эрлихом была присуждена Нобелевская премия за разработку теории иммунитета.
Иммунологический период характеризуется открытием основных ре акций иммунной системы на генетически чужеродные вещества (антиге ны): антителообразование и фагоцитоз, гиперчувствительность замедлен ного типа (ГЗТ), гиперчувствительность немедленного типа (ГНТ), толе рантность, иммунологическая память.
Особенно бурное развитие получили микробиология и иммунология в 50 60 гг. двадцатого
столетия. Этому способствовали важнейшие от крытия в области молекулярной биологии, генетики, биоорганической хи мии; появление новых наук: генетической инженерии, молекулярной био логии, биотехнологии, информатики; создание новых методов и использо вание научной аппаратуры.
Иммунология является основой для разработки лабораторных мето дов диагностики, профилактики и лечения инфекционных и многих неин фекционных болезней, а также разработки иммунобиологических препара тов (вакцин, иммуноглобулинов, иммуномодуляторов, аллергенов, диагно стических препаратов). Разработкой и производством иммунобиологиче ских препаратов занимается иммунобиотехнология самостоятельный раз дел иммунологии. Современная медицинская микробиология и иммуноло гия достигли больших успехов и играют огромную роль в диагностике, профилактике и лечении инфекционных и многих неинфекционных болез ней, связанных с нарушением иммунной системы (онкологические, ауто иммунные болезни, трансплантация органов и тканей и др.).
МОЛЕКУЛЯРНОГЕНЕТИЧЕСКИЙ ПЕРИОД (С 50х гг. ХХ в.)
Он характеризуется рядом принципиально важных научных достижений и открытий:
1. Расшифровка молекулярной структуры и молекулярно биологической организации многих вирусов и бактерий; открытие простейших форм жизни «инфекционного» белка приона.
2. Расшифровка химического строения и химический синтез некоторых антигенов.
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.
Огромный вклад в развитие микробиологии внесли отечественные ученые:
И.И. Мечников (1845-1916) создал фагоцитарную теорию иммунитета, основанной на способности клеток макроорганизма противостоять инородным телам; установил антагонизм между молочнокислыми и гнилостными бактериями; работал с возбудителями инфекционных болезней. В 1908 г. ему была присуждена Нобелевская премия.
Л.С. Ценковский (1822-1877) разработал методы борьбы с сибирской язвой в виде прививок. Кроме того, он доказал бактериальную природу сахарного клека и разработал способы предупреждения его в сахарном производстве.
Д.И. Ивановский (1886-1920) по праву считается основоположником вирусологии. Он при изучении мозаичной болезни табака обнаружил микроорганизмы, которые проходили через биологические фильтры. Эти микроорганизмы получили название вирусов. Это послужило толчком к открытию возбудителей ящура, оспы, невидимых в обычные световые микроскопы.
С.Н. Виноградский (1856-1953) – основоположник почвенной микробиологии, установил роль микроорганизмов в круговороте веществ в природе. Разработал методы выделения отдельных групп микроорганизмов с использованием элективных (избирательных) питательных сред.
В.Л. Омелянский (1867-1928) – ученик С.Н. Виноградского, открыл возбудителей брожения клетчатки, изучал процессы нитрификации, азотфиксации, а также экологию микроорганизмов почвы. В.Л. Омелянский написал в 1909 г. первый учебник по общей микробиологии в России, который выдержал десять изданий и по настоящее время является настольной книгой микробиологов. В 1923 г. им издано первое в нашей стране «Практическое руководство по микробиологии».
Важнейшую роль в истории человечества играет микробиология. Зарождение этой науки приходится на VI - V век до н. э. В те далекие времена люди уже начинали осознавать, что болезни появляются не просто так. А происходит это за счет микроскопических, невидимых глазу, микроорганизмов. Как же возникла и формировалась наука?
Что такое микробиология?
Микробиология - наука, занимающаяся исследованием и изучением жизненных процессов различных микроорганизмов, которых нельзя заметить без специального оборудования. Могут иметь разные виды происхождения: растительное, животное. Одной из фундаментальных наук является микробиология. Для ее глубокого изучения используется множество других наук, а именно:
- химия;
- физика;
- цитология;
- биология и др.
Имеется всего два вида микробиологии: общая, индивидуальная. Общая микробиология занимается изучением строения и жизненных процессов мелких микроорганизмов на различных уровнях. А индивидуальная микробиология (или частная) занимается исследованием отдельных видов микробов.
В XIX веке успехи в сфере медицины, в частности микробиологии, посодействовало формированию иммунологии, которая на сегодняшний день считается общебиологической дисциплиной. В развитии микробиологии можно выделить три основных этапа:
- Выявление того факта, что в природе действительно существуют мелкие микроорганизмы, которые нельзя обнаружить без специального оборудования.
- Дифференцирование видов.
- Исследование иммунитета и болезней (инфекционных).
Основной задачей микробиологии является детальное изучение свойств микроорганизмов. Для этого используется специальное оборудование, например, микроскопы. С их помощью можно увидеть мелких организмов, определить их форму и расположение. В медицине практикуется такой эксперимент, когда мелких микроорганизмов намеренно вживляют здоровому животному. Это помогает воссоздать и изучить каждый этап инфицирования.
Французский исследователь Луи Пастер
27 декабря 1822 года на востоке Франции появился на свет будущий великий ученый - Луи Пастер. В раннем возрасте его интересовала сфера искусства. Но позже он заинтересовался естественными науками. Он обучался в Париже в Высшей школе. После завершения обучения ему предназначалась судьба преподавателя естествознания.
В 48 году XIX века Луи презентовал итоги собственного научного исследования. Именно он привел доказательства того, что в винной кислоте содержится 2 вида кристаллов, поляризирующие свет совершенно по-разному. На этом знаменательном событии начался его блестящий успех в науке.
Луи Пастер является создателем микробиологии. До начала его работы ученые только предполагали, что химический процесс формируют дрожжи. А Луи Пастер, проведя ряд исследований, этот факт смог доказать. Он обнаружил, что имеется 2 вида подобных микроорганизмов: одни формируют алкоголь, а другие его разрушают. Позже ему удалось выяснить, что при медленном нагревании ненужные бактерии разрушаются, что повысило в разы качество спиртосодержащей продукции.
Ученый также интересовался образованием плесени на продуктах. Позже он доказал, что заплесневелость появляется из-за спор, находящихся в окружающей среде. Чем меньше их в пространстве, тем медлительнее портится еда.
Его исследования помогли спасти шелковое производство во Франции. А также многие человеческие жизни, так как именно он изобрел прививку от бешенства.
Немецкий ученый Кох Роберт
Кох Роберт считается современником Пастсера. Его рождение приходится на декабрь 1843 года. В возрасте 23 лет он окончил медицинский университет и получил диплом, после чего работал в нескольких медучреждениях.
Его многозначительная карьера началась с работы бактериологом. Он изучал сибирскую язву на больных животных. Его исследования позволили обнаружить, что зараженные особи имеют массу инородных микроорганизмов, которых нет у здоровых животных. Бактерии эти имели форму палочки.
Позже Кох заинтересовался туберкулезом. Первые исследования проводились на трупе рабочего, умершего от чахотки. Детальное изучение органов не привело к выявлению болезнетворных бактерий. После чего Кох предположил, что образцы нужно окрасить. И действительно, ученый заметил между тканями легких какие-то палочки. После Роберт Кох разрабатывал вакцину от туберкулеза, но излечить болезнь она не смогла, зато 100%-тно определяла, заражен пациент или нет. Данная вакцина используется до сих пор.
Возникновение науки микробиологии
С действием жизнедеятельности микроорганизмов человек встречался гораздо раньше официального их открытия. Люди намеренно квасили молоко, применяли брожение теста, вина. Еще в трудах древнегреческого ученого были обнаружены строки о том, что он предполагает о взаимосвязи между болезнями и опасными патогенными испарениями.
Антони ван Левенгук подтвердил эти догадки с помощью изобретенного им увеличительного стекла. С его помощью Антони удалось рассмотреть окружающие предметы. Выяснилось, что на этих предметах проживают мелкие организмы, которые не видно невооруженному глазу. Но доказать их участие в заражении людей опасными болезнями ему так и не удалось.
Профилактическая обработка жилища в целях предупреждения болезней была предусмотрена еще у индусов. В 1771 г. в Москве военный врач впервые применяет дезинфекцию вещей людей, зараженных чумой, а также вакцинирует тех, кто контактировал с зараженными.
Наиболее увлекательной является история об открытии прививки от оспы. Она применялась еще у персов, турок, китайцев. Происходило это так: обессиленные бактерии вводились человеку, потому как полагалось, что так заболевание протекало легче. Английский врач Эдвард Дженнер отметил, что большая часть людей, не болеющих оспой, не инфицировались при тесном контакте с зараженными. Данный факт был замечен у доярок, которые были в контакте с коровами, зараженными оспой. Изучение этого факта длилось около 10-ти лет. В итоге ученый сделал инъекцию с больной кровью коровы здоровому мальчику. Позже Дженнер прививал юнцу микробы болеющего человека. Так была открыта вакцина, благодаря которой люди освободились от этой страшной болезни.
Исследования отечественных ученых
Известнейшие открытия в сфере микробиологии, сделанные научными исследователями со всего мира, дают понять, что одолеть можно практически любую болезнь. Огромное вложение в формирование современной науки внесли отечественные исследователи. Петр I в 1698 г. завел знакомство с Левенгуком, который, в свою очередь, показал ему действие микроскопа.
Л.С. Ценковский издал свое научное исследование, в котором микроорганизмы были причислены к организмам растительного происхождения. Он также применял методику Пастера в борьбе с сибирской язвой.
И.И. Мечников сформировал теорию иммунитета. Он привел веские аргументы к тому, что многочисленные клеточки организма имеют все шансы подавлять вирусные бактерии самостоятельно. Его изучения стали базой для исследования воспаления. Мечников изучал людской организм и стремился понять, по какой причине он старится. Профессор хотел отыскать метод, который позволил бы увеличить продолжительность жизни. Он полагал, что токсичные элементы, возникающие во время жизнедеятельности гнилостных микроорганизмов, травят человеческое тело. Согласно суждению Мечникова, следует заселить тело кисломолочными микроорганизмами, которые подавляют вредные микроорганизмы. Профессор полагал, что подобным способом можно значительно увеличить продолжительность жизни.
Мечников исследовал большое количество серьезных болезней: туберкулез, тиф, холеру и многие другие.
Техническая микробиология
Техническая микробиология исследует бактерии, которые применяют при производстве витаминов и отдельных веществ. Главной проблемой этой области считается рост научно-технических приемов в изготовлении (больше в пищевой сфере).
Освоение промышленной микробиологии направляет специалиста к потребности кропотливого соблюдения абсолютно всех санитарных общепризнанных норм в изготовлении. Изучив эту науку, можно предотвратить порчу многих продуктов. Предмет больше исследуют будущие эксперты в сфере пищевой индустрии.
Инновационные технологии
Микробиология - основа инновационных технологий. Микроорганизмы и их мир изучены еще не полностью. Большинство ученых уверены, что с помощью микроорганизмов можно разрабатывать такие технологии, которые не будут иметь аналогов. Именно биотехнология станет базой для новейших технологических открытий.
При исследовании месторождения нефти и угля применяются бактерии. Совершенно не секрет, что топливные запасы уже завершаются. Поэтому уже сейчас ученые рекомендуют применять микробиологические методы извлечения спиртов из восстанавливаемых источников.
Преодолеть экологические и энергетические проблемы поможет микробиологические технологии. Невероятно, однако, микробиологическая обработка органических остатков дает возможность очистить окружающую среду, а также заполучить биогаз, не уступающий естественному. Такого рода способ извлечения горючего не требует больших расходов. На сегодняшний день, в природе вокруг существует большое количество использованного материала для обработки.
Многочисленные современные ученые полагают, что в перспективе, именно биология даст возможность преодолеть многие энергетические и экологические трудности, которые имеют все шансы появиться в кратчайшее сроки.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра Санитарно-гигиенических и профилактических дисциплин
ЧЕСТНОВА Т.В., СМОЛЬЯНИНОВА О.Л.
МЕДИЦИНСКАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ, ВИРУСОЛОГИЯ
И ИММУНОЛОГИЯ
(Учебно-практическое пособие для студентов медицинских вузов).
ТУЛА – 2008
УДК 576.8
Рецензенты:…………
Медицинская микробиология, вирусология и иммунология: Учебно-практическое пособие / Под ред. М422 Т.В. Честновой, О.Л. Смольяниновой, –….., 2008. - ….с.
Учебно-практическое пособие написано сотрудниками кафедры санитарно-гигиенических и профилактических дисциплин Тульского государственного университета в соответствии с официально утвержденными программами преподавания микробиологии (бактериологии, вирусологии, микологии, протозоологии) и иммунологии для студентов медицинских вузов всех факультетов.
В учебно-практическом пособии дается описание бактериологической лаборатории, излагаются микроскопические методы исследования, основы приготовления питательных сред, содержатся сведения о морфологии, систематике и физиологии бактерий, грибов, простейших и вирусов. Также дается характеристика различных патогенных микроорганизмов, вирусов и методы их лабораторных исследований.
ОБЩАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ
Введение………………………………………………………………………………………………
Краткая история развития микробиологии…………………………………………………………
Тема 1. Морфология и классификация микроорганизмов………………………………………..
1.1. Микробиологические лаборатории, их оборудование, основы техники безопасности и правила работы в них………………………………………………………………………………..
1.2. Строение и классификация микроорганизмов…………………………………………………
1.3. Строение и классификация бактерий (прокариот)…………………………………………….
1.4. Строение и классификация грибов……………………………………………………………..
1.5. Строение и классификация простейших……………………………………………………….
1.6. Строение и классификация вирусов……………………………………………………………
Тест по теме…………………………………………………………………………………………..
Тема 2. Микроскопия………………………………………………………………………………..
2.1. Микроскопы, их устройство, виды микроскопии, техника микроскопирования микроорганизмов, правила обращения с микроскопом………………………………………………………….
2.2. Методы приготовления и окрашивания микроскопических препаратов……………………..
Тест по теме…………………………………………………………………………………………….
Тема 3. Физиология микроорганизмов……………………………………………………………….
3.1. Рост и размножение бактерий. Фазы размножения…………………………………………….
3.2.Питательные среды, принципы их классификации, требования, предъявляемые к питательным средам, методы культивирования микроорганизмов…………………………………………..
3.3. Питание бактерий………………………………………………………………………………….
3.4. Метаболизм бактериальной клетки……………………………………………………………….
3.5. Виды пластического обмена………………………………………………………………………
3.6. Принципы и методы выделения чистых культур. Ферменты бактерий, их идентификация. Внутривидовая идентификация (эпидемиологическое маркирование)……………………………..
3.7. Особенности физиологии грибов, простейших, вирусов и их культивирование………………
3.8. Бактериофаги, их строение, классификация и применение……………………………………..
Тест по теме……………………………………………………………………………………………
Тема 4. Влияние условий внешней среды на микроорганизмы……………………………………..
4.1. Действие физических, химических и биологических факторов на микроорганизмы………….
4.2. Понятие о стерилизации, дезинфекции, асептике и антисептике. Методы стерилизации, аппаратура. Контроль качества дезинфекции…………………………………………………………..
Тема 5. Нормальная микрофлора организма человека……………………………………………….
5.1. Нормофлора, ее значение для микроорганиз. Понятие о транзиторной флоре, дисбиотических состояниях, их оценка, методы коррекции……………………………………………………..
Тема 6. Генетика микробов. …………………………………………………………………………..
6.1. Строение генома бактерий. Фенотипическая и генотипическая изменчивость. Мутации. Модификации.…………………………………………………………………………………………..
Генетические рекомбинайии микроорганизмов. Основы генной инженерии, практическое применение………………………………………………………………………………………………….
Тест по теме……………………………………………………………………………………………..
Тема 7. Противомикробные препараты……………………………………………………………….
7.1. Антибиотики природные и синтетические. Классификация антибиотиков по химической структуре, механизму, спектру и типу действия. Способы получения…………………………….
7.2. Лекарственная устойчивость бактерий, пути ее преодоления. Методы определения чувствительности к антибиотикам……………………………………………………………………………..
Тема 8. Учение об инфекции…………………………………………………………………………..
8.1. Понятие об инфекции. Формы инфекции и периоды инфекционных заболеваний. Патогенность и вирулентность. Факторы патогенности. Токсины бактерий, их природа, свойства, получение…………………………………………………………………………………………………….
8.2. Понятие об эпидемиологическом надзоре за инфекционным процессом. Понятие о резервуаре, источнике инфекции, путях и факторах передачи……………………………………………
Тест по теме……………………………………………………………………………………………..
ОБЩАЯ ИММУНОЛОГИЯ…………………………………………………………………………….
Тема 9. Иммунология……………………………………………………………………………………
9.1. Понятие об иммунитете. Виды иммунитета. Неспецифические факторы защиты…………….
9.2. Центральные и периферические органы иммунной системы. Клетки иммунной системы. Формы иммунного ответа………………………………………………………………………………
9.3. Комплемент, его структура, функции, пути активации. Роль в иммунитете…………………..
9.4. Антигены, их свойства и типы. Антигены микроорганизмов…………………………………..
9.5. Антитела и антителообразование. Структура иммуноглобулинов. Классы иммуноглобулинов и их свойства ………………………………………………………………………………………
96. Серологические реакции и их применение……………………………………………………….
9.7. Иммунодефицитные состояния. Аллергические реакции. Иммунологическая память. Иммунологическая толерантность. Аутоиммунные процессы……………………………………………
9.8. Иммунопрофилактика, иммунотерапия…………………………………………………………..
ЧАСТНАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ……………………………………………………………………….
Тема 10. Возбудители кишечных инфекций………………………………………………………….
10.1. Сальмонеллы……………………………………………………………………………………..
10.2. Шигеллы………………………………………………………………………………………….
10.3. Эшерихии………………………………………………………………………………………….
10.4. Холерный вибрион……………………………………………………………………………….
10.5. Иерсинии ………………………………………………………………………………………….
Тема 11. Пищевые токсикоинфекции. Пищевые токсикозы…………………………………………
11.1. Общая характеристика и возбудители ПТИ…………………………………………………….
11.2. Ботулизм…………………………………………………………………………………………..
Тема 12. Возбудители гнойно-воспалительных заболеваний………………………………………
12.1. Патогенные кокки (стрептококки, стафилококки)……………………………………………..
12.2. Грамотрицательные бактерии (гемофильная, синегнойная палочки, клебсиеллы, протей)…
12.3. Раневые анаэробные клостридиальные и неклостридиальные инфекции……………………
Тема 13. Возбудители бактериальных воздушно-капельных инфекций…………………………….
13.1. Коринебактерии……………………………………………………………………………………
13.2. Бордетеллы…………………………………………………………………………………………
13.3. Менингококки……………………………………………………………………………………..
13.4. Микобактерии……………………………………………………………………………………..
13.5. Легионеллы………………………………………………………………………………………..
Тема 14. Возбудители заболеваний, передающихся половым путем (ЗППП)………………………
14.1. Хламидии…………………………………………………………………………………………..
14.2. Возбудитель сифилиса…………………………………………………………………………….
14.3. Гонококки………………………………………………………………………………………….
Тема 15. Возбудители риккетсиозов…………………………………………………………………..
Тема 16. Возбудители бактериальных зооантропонозных инфекций……………………………….
16.1. Франциселлы………………………………………………………………………………………
16.2. Бруцеллы………………………………………………………………………………………….
16.3.Возбудитель сибирской язвы……………………………………………………………………..
16.4. Возбудитель чумы…………………………………………………………………………………
16.5. Лептоспиры………………………………………………………………………………………..
Тема 17. Патогенные простейшие……………………………………………………………………..
17.1. Плазмодии малярии……………………………………………………………………………….
17.2. Токсоплазмы……………………………………………………………………………………….
17.3. Лейшмании………………………………………………………………………………………..
17.4. Возбудитель амебиаза…………………………………………………………………………….
17.5. Лямблии……………………………………………………………………………………………
Тема 18. Заболевания, вызываемые патогенными грибами ………………………………………..
ЧАСТНАЯ ВИРУСОЛОГИЯ…………………………………………………………………………..
Тема 19.Возбудители ОРВИ……………………………………………………………………………
19.1. Вирусы гриппа…………………………………………………………………………………….
19.2. Парагрипп. РС-вирусы……………………………………………………………………………
19.3. Аденовирусы………………………………………………………………………………………
19.4. Риновирусы………………………………………………………………………………………..
19.5. Реовирусы………………………………………………………………………………………….
Тема 20. Возбудители вирусных воздушно-капельных инфекций…………………………………..
20.1. Вирусы кори и паротита…………………………………………………………………………..
20.2. Вирус герпеса……………………………………………………………………………………...
20.3. Вирус краснухи……………………………………………………………………………………
Тема 21. Поксивирусы………………………………………………………………………………….
21.1. Возбудитель натуральной оспы………………………………………………………………….
Тема 22. Энтеровирусные инфекции…………………………………………………………………..
22.1. Вирус полиомиелита………………………………………………………………………………
22.2. ЕСНО-вирусы. Вирусы Коксаки…………………………………………………………………
Тема 23. Ретровирусы……………………………………………………………………………….......
23.1. Возбудитель ВИЧ-инфекции……………………………………………………………………..
Тема 24. Арбовирусные инфекции…………………………………………………………………….
24.1.Рабдовирусы……………………………………………………………………………………….
24.2. Флавивирусы………………………………………………………………………………………
24.3. Хантавирусы……………………………………………………………………………………….
Тема 25. Возбудители вирусных гепатитов……………………………………………………………
25.1. Вирус гепатита А………………………………………………………………………………….
25.2. Вирус гепатита В…………………………………………………………………………………..
25.3. Вирус гепатита С…………………………………………………………………………………..
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ. ОБЩАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ
Введение.
Микробиология – наука, которая изучает микроскопические существа, называемые микроорганизмами, их биологические признаки, систематику, экологию, взаимоотношение с другими организмами.
К числу микроорганизмов относятся бактерии, актиномицеты, грибы, в том числе мицелиальные грибы, дрожжи, простейшие и неклеточные формы – вирусы, фаги.
Микроорганизмы играют чрезвычайно важную роль в природе – осуществляют круговорот органических и неорганических (N, P, S и др.) веществ, минерализуют растительные и животные остатки. Но могут приносить большой вред – вызывая порчу сырья, пищевых продуктов, органических материалов. При этом могут образовываться токсические вещества.
Многие виды микроорганизмов являются возбудителями болезней человека, животных и растений.
В тоже время микроорганизмы в настоящее время широко используются в народном хозяйстве: с помощью разных видов бактерий и грибов получают органические кислоты (уксусную, лимонную и др.), спирты, ферменты, антибиотики, витамины, кормовые дрожжи. На основе микробиологических процессов работают хлебопечение, виноделие, пивоварение, производство молочных продуктов, квашение плодов и овощей, а также другие отрасли пищевой промышленности.
В настоящее время микробиология подразделяется на следующие разделы:
Медицинская микробиология – изучает патогенные микроорганизмы, вызывающие заболевания человека и разрабатывает методы диагностики, профилактики и лечения этих болезней. Изучает пути и механизмы их распространения и методы борьбы с ними. К курсу медицинской микробиологии примыкает обособленный курс – вирусология.
Ветеринарная микробиология изучает патогенные микроорганизмы, вызывающие заболевания животных.
Биотехнология рассматривает особенности и условия развития микроорганизмов, используемых для получения соединений и препаратов, используемых в народном хозяйстве и медицине. Она разрабатывает и совершенствует научные методы биосинтеза ферментов, витаминов, аминокислот, антибиотиков и других биологически активных веществ. Перед биотехнологией стоит также задача разработки мер предохранения сырья, продуктов питания, органических материалов от порчи микроорганизмами, исследование процессов, протекающих при их хранении и переработке.
Почвенная микробиология изучает роль микроорганизмов в образовании и плодородии почвы, в питании растений.
Водная микробиология исследует микрофлору водоемов, ее роль в пищевых цепях, в круговороте веществ, в загрязнении и очистке питьевой и сточной вод.
Генетика микроорганизмов, как одна из наиболее молодых дисциплин, - рассматривает молекулярные основы наследственности и изменчивости микроорганизмов, закономерности процессов мутагенеза, разрабатывает методы и принципы управления жизнедеятельностью микроорганизмов и получения новых штаммов для использования их в промышленности, сельском хозяйстве и медицине.
Краткая история развития микробиологии.
Заслуга открытия микроорганизмов принадлежит голландскому натуралисту А. Левенгуку (1632-1723г.г.), создавшему первый микроскоп с увеличением в 300 раз. В 1695г. он издал книгу «Тайны природы» с рисунками кокков, палочек, спирилл. Это вызвало большой интерес среди естествоиспытателей. Состояние науки того времени позврляло только описывать новые виды (морфологический период).
Начало физиологического периода связано с деятельностью великого французского ученого Луи Пастера (1822-1895г.г.). С именем Пастера связаны наиболее крупные открытия в облати микробиологии: исследовал природу брожения, установил возможность жизни без кислорода (анаэробиоз), отверг теорию самозарождения, исследовал причины порчи вин, пива. Предложил действенные способы борьбы с возбудителями порчи продуктов (пастеризация), разработал принцип вакцинации и способюы получения вакцин.
Р.Кох, современник Пастера, ввел посевы на плотные питательные среды, подсчет микроорганизмов, выделение чистых культур, стерилизацию материалов.
Иммунологический период в развитии микробиологии связан с именем российского биолога И.И. Мечникова, который открыл учение о невосприимчивости организма к инфекционным заболеваниям (иммунитет), явился родоначальником фагоцитарной теории иммунитета, раскрыл антагонизм у микробов. Одновременно с И.И. Мечниковым механизмы невосприимчивости к инфекционным болезням изучал крупнейший немецкий исследователь П. Эрлих, создавший теорию гуморального иммунитета.
Гамалея Н.Ф. – основоположник иммунологии и вирусологии, открыл бактериофагию.
Д.И. Ивановский впервые открыл вирусы и стал основоположником вирусологии. Работая в Никитском ботаническом саду над изучением мозаичной болезни табака, причинявшей огромный ущерб табачным плантациям, в 1892г. установил, что эта болезнь, распространенная в Крыму, вызывается вирусом.
Н.Г. Габричевский организовал первый бактериологический институт в Москве. Ему принадлежат труды по исследованию скарлатины, дифтерии, чумы и других инфекций. Он организовал в Москве производство противодифтерийной сыворотки и успешно применил ее для лечения детей.
П.Ф. Здродовский – иммунолог и микробиолог, известный своими фундаментальными работами по физиологии иммунитета, а также в области риккетсиологии и по бруцеллезу.
В.М. Жданов – крупнейший вирусолог, один из организаторов глобальной ликвидации натуральной оспы на планете, стоявший у истоков молекулярной вирусологии и генной инженерии.
М.П. Чумаков – иммунобиотехнолог и вирусолог, организатор института полиомиелита и вирусных энцефалитов, автор пероральной вакцины против полиомиелита.
З.В. Ермольева – основоположник отечественной антибиотикотерапии