Окружающее нас богатство животного и растительного мира поражает воображение, однако гораздо больше видов живых существ остаётся скрытыми от нашего взгляда по причине их чрезвычайно малых размеров.
Тем не менее, они требуют самого пристального изучения, и этим занимается одно из важнейших направлений биологических наук, получившее название микробиологии.
Микробиология – что это за наука?
Каждого из нас окружает невероятно огромное количество микроорганизмов. Их можно встретить в каждой капле воды, которую мы пьём, в каждом глотке вдыхаемого . Более того, человеческий организм не мог бы нормально функционировать, если бы в нём не обитали полезные микроорганизмы-симбионты.
Изучением всех микроскопических организмов занимается наука, получившая название микробиология. Слово образовано от греческих «микрос» — маленький , «биос» — жизнь и «логос» — слово, учение , и в целом означает учение о жизни маленьких существ.
История микробиологии
Ещё в глубокой древности люди подозревали о существовании невидимых глазу живых организмов, вызывающих болезни. Так, древнегреческий учёный и медик Гиппократ высказал это предположение в одном из своих трудов. Но вплотную заняться их изучением человечество получило возможность лишь после того, как голландский оптик ван Левенгук в XVI веке создал и своими глазами увидел бактерии в капле воды.
Впрочем, многие представители учёного сословия отрицали существование болезнетворных микроорганизмов в течение нескольких веков после изобретения Левенгука. Наиболее известным стал поступок врача М. Петтенкофера, который, отрицая существование холерных вибрионов, выпил культуру этих микроорганизмов на глазах у своих оппонентов и не заболел после этого холерой. Впрочем, несмотря на отчаянное сопротивление ортодоксов, микробиология развивалась, учёные накапливали материалы наблюдений и совершали открытия.
По мере роста возможностей оптики возрастали и научные знания о мире микроорганизмов. Наибольшее число фундаментальных открытий пришлось на конец XIX – начало ХХ века, когда появились работы Роберта Коха, Луи Пастера, С. Виноградского, Х. Грама, И. Мечникова и многих других учёных. Современная микробиология во многом базируется на открытиях, сделанных в тот период.
Что и как изучают микробиологи?
Основной целью микробиологии является изучение всех видов микроскопических организмов, их свойств и биологических признаков, а также их воздействия на окружающую природу, организмы людей, животных и растений.
Особый интерес учёных вызывают патогенные и болезнетворные микроорганизмы, так как необходимо знать, чем их существование угрожает людям и как можно предупреждать и лечить инфекционные болезни, вызываемые этими микроорганизмами. Для микробиологических исследований в настоящее время используются следующие методы:
- микроскопический, т.е. изучение при помощи микроскопа, который, в свою очередь, подразделяется на фазово-контрастный, темнопольный и флуоресцентный способы, а также с использованием электронной микроскопии;
- культуральный, т.е. выращивание культур микроорганизмов на чистых питательных средах с последующим изучением воздействий на культуры различных веществ и условий среды;
- биологический, который заключается в заражении микроорганизмами лабораторных животных и последующем изучении болезнетворного процесса;
- генетический, состоящий в изучении белковых ДНК и РНК молекул, ПЦР и других подобных исследованиях.
При исследованиях, как правило, используются разные методы, так как только их совокупность зачастую позволяет полно и всесторонне изучить ту или иную культуру микроорганизмов.
Для чего нужна микробиология?
С накоплением объёма знаний в микробиологии начали выделяться различные направления исследований. Сегодня их результаты находят применение в самых разных сферах деятельности:
- во многих отраслях медицины – для предупреждения и лечения инфекций, создания новых лекарственных препаратов и лечебных методов;
- в промышленной сфере – для синтеза различных органических и неорганических соединений, извлечения металлов из руд и т.д.;
- в сельском хозяйстве – для улучшения и синтеза органических удобрений, для борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур и т.д.;
- в ветеринарии – для предупреждения и лечения заболеваний животных, создания лекарств;
- в пищевой промышленности – для разработки новых пищевых технологий, предупреждения порчи продуктов и увеличения сроков их хранения.
Микробиология – одна из наиболее бурно развивающихся сегодня наук, которая открывает грандиозные перспективы применения биотехнологий в самых разных отраслях деятельности.
Микробиология (от греч. микрос – малый, биос – жизнь, логос – учение, наука) – это наука о микробах (микроорганизмах).
Объект исследования : микробы или микроорганизмы (вирусы, бактерии, микроскопические водоросли и грибы, простейшие).
Предмет исследования : морфология, физиология, биохимия, генетика, систематика, развитие, экология микроорганизмов, их значение в жизни человека, животных и всей биосферы.
Микробиология подразделяется на дисциплины:
- Бактериологию – науку о бактериях;
- Вирусологию – о вирусах;
- Микологию – о грибах;
- Альгологию – о микроскопических водорослях;
- Протозоологию – о простейших;
- Иммунологию – о защитных реакциях организма.
Разделы микробиологии:
- Общая – изучает наиболее общие закономерности, свойственные каждой группе микроорганизмов. Она является базовой для всех разделов микробиологии.
- Частная – частная микробиология изучает частные вопросы (характеристика возбудителей бактериальных, вирусных, протозойных инфекиций, микозов, микотоксикозов).
Направления в микробиологии : с/х; медицинская; ветеринарная; техническая; санитарная; морская; геологическая; космическая.
1. СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ. Изучает микробы, которые участвуют в круговороте веществ, используются для изготовления удобрений, повышении плодородия почв, вызывают заболевания растений (фитопатогенные) и меры борьбы с ними и др.
2. МЕДИЦИНСКАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ. Предмет ее изучения – патогенные (болезнетворные) и условно-патогенные (вызывают болезни при определенных условиях) для человека микроорганизмы. Она изучает особенности возбудителя, методы лабораторной диагностики, лечения и профилактики болезней.
3. ВЕТЕРИНАРНАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ. Предмет ее изучения – также патогенные (болезнетворные) и условно-патогенные (вызывают болезни при определенных условиях) микроорганизмы. Она изучает возбудителей заболеваний с/х, промысловых и диких животных, птиц, рыб, пчел. Она изучает особенности возбудителя, методы лабораторной диагностики, лечения и профилактики болезней. Она тесно связана с медицинской, т. к. многие возбудители инфекционных болезней (зооантропонозы) являются общими для человека и животных. Также она изучает микрофлору продуктов животного происхождения (мяса, молока и др).
4. ТЕХНИЧЕСКАЯ (ПРОМЫШЛЕННАЯ) МИКРОБИОЛОГИЯ. Ее задача – разработка биотехнологии синтеза микроорганизмами биологически активных веществ: белков, витаминов, ферментов, антибиотиков, спиртов, органических кислот, а также вина, пива, молочнокислых продуктов и др. В ее задачу входит также разработка методов борьбы с коррозией металлов и способов защиты от повреждения микробами строительных материалов, различного сырья, продуктов питания.
5. САНИТАРНАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ. Предмет ее изучения – санитарно–микробиологическое состояние объектов окружающей среды (воздух, вода, почва), пищевых и кормовых продуктов (мясо, молоко, яйца, зерно). Задача данного раздела – разработка санитарно-микробиологических нормативов и методов обнаружения патогенных и условно-патогенных микробов в различных объектах окружающей среды.
6. МОРСКАЯ (ВОДНАЯ) МИКРОБИОЛОГИЯ. Она изучает микробов – обитателей морей, океанов и других водоемов. Разрабатывает микробиологические способы очистки промышленных и сточных вод.
7. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ. Она исследует роль микроорганизмов в круговороте веществ, в образовании полезных ископаемых, разрабатывает микробиологические способы получения из руд металлов.
8. КОСМИЧЕСКАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ. Она изучает микрофлору космического пространства и других планет, влияние космических условий на жизнедеятельность микроорганизмов.
Микробы (микроорганизмы) – это название собирательной группы живых организмов, не видимых невооруженным глазом (их характерный размер – менее 0,1 мм).
К микробам относят: неклеточные формы (вирусы), прокариоты или безъядерные (бактерии), эукариоты или ядерные (грибы и простейшие).
Свойства микроорганизмов :
- микроскопические размеры;
- относительная простота строения;
- высокие темпы размножения;
- массовость популяций;
- способность к трансформации любых органических и (или) неорганических веществ;
- высокая интенсивность обмена веществ;
- выраженная изменчивость и приспособляемость к внешней среде;
- повсеместное распространение в биосфере.
Общая микробиология
1. Предмет, задачи, разделы микробиологии, ее связь с другими науками.
Микробиология - наука о живых организмах, невидимых невооруженным глазом (микроорганизмах): бактерии, архебактерии, микроскопические грибы и водоросли, часто этот список продляют простейшими и вирусами. В область интересов микробиологии входит их систематика, морфология, физиология, биохимия, эволюция, роль в экосистемах, а также возможности практического использования.
Предметом изучения микробиологии являются бактерии, плесневые грибы, дрожжи, актиномицеты, риккетсии, микоплазмы, вирусы. Но поскольку вирусы абсолютно не могут существовать без живого организма, изучением их занимается самостоятельная наука, называемая «вирусологией».
Цель медицинской микробиологии - изучение структуры и свойств патогенных микробов, взаимоотношения их с организмом человека в определенных условиях природной и социальной среды, совершенствование методов микробиологической диагностики, разработка новых, более эффективных лечебных и профилактических препаратов, решение такой важной проблемы, как ликвидация и предупреждение инфекционных болезней.
Разделы микробиологии: бактериология, микология, вирусология и т. д.
*Общая микробиология – изучает закономерности жизнедеятельности всех групп микроорганизмов, выясняет роль и значение в природном круговороте.
*Частная микробиология – изучает систематику бактерий, возбудителей отдельных заболеваний и методы их лабораторной диагностики.
В составе обширной науки микробиологии выделяют разделы:
*Сельскохозяйственная микробиология изучает роль и формирование структуры почвы и ее плодородия, роль бактерий в питании растений. Разрабатывает методы и способы использования бактерий для удобрения почв и консервирования кормов.
*Ветеринарная микробиология – изучает микробов, вызывающих заболевания у домашних животных, разрабатывает методы диагностики, профилактики и лечения данных болезней.
*Техническая (промышленная) микробиология – изучает микроорганизмы, которые можно использовать в производственных процессах для получения биологически активных веществ, биомассы и пр. Многие исследования происходят на стыке дисциплин (например, молекулярная биология, генная инженерия, биотехнология).
*Санитарная микробиология изучает бактерий, обитающих в объектах окружающей среды, как автохтонных, так и аллохтонных, способных вызвать загрязнение окружающей среды и играть определенную роль в эпидемиологии инфекций.
*Экологическая микробиология изучает роль микроорганизмов в природных экосистемах и пищевых цепях.
*Популяционная микробиология выясняет природу межклеточных контактов и взаимосвязь клеток в популяции.
*Космическая микробиология характеризует физиологию земных микроорганизмов в условиях космоса, изучает влияние космоса на симбиотические бактерии человека, занимается вопросами предупреждения занесения космических микроорганизмов на Землю.
*Медицинская микробиология – изучает микробов, вызывающих заболевания у человека. Изучает патогенез и клиническую картину заболеваний, факторы патогенности. Разрабатывает методы профилактики, диагностики и лечения инфекционных болезней человека.
За время существования микробиологии сформировались общая, техническая, сельскохозяйственная, ветеринарная, медицинская, санитарная ветви.
Общая изучает наиболее общие закономерности, свойственные каждой группе перечисленных микроорганизмов: структуру, метаболизм, генетику, экологию и т. д.
Техническая занимается разработкой биотехнологии синтеза микроорганизмами биологически активных веществ: белков, нуклеиновых кислот, антибиотиков, спиртов, ферментов, а также редких неорганических соединений.
Сельскохозяйственная исследует роль микроорганизмов в круговороте веществ, использует их для синтеза удобрений, борьбы с вредителями.
Ветеринарная изучает возбудителей заболеваний животных, методы диагностики, специфической профилактики и этиотропного лечения, направленного на уничтожение возбудителя инфекции в организме больного животного.
Медицинская микробиология изучает болезнетворные(патогенные) и условно-патогенные для человека микроорганизмы, а также разрабатывает методы микробиологической диагностики, специфической профилактики и этиотропного лечения вызываемых ими инфекционных заболеваний.
Санитарная микробиология изучает санитарно-микробиологическое состояние объектов окружающей среды, пищевых продуктов и напитков, и разрабатывает санитарно-микробиологические нормативы и методы индикации патогенных микроорганизмов в различных объектах и продуктах
МИКРОБИОЛОГИЯ (греч. mikros малый + биология) - наука о микроскопических существах, микроорганизмах, или микробах, их строении и жизнедеятельности, значении в жизни природы, в патологии человека, животных и растений, их систематике, изменчивости, наследственности и экологии.
М. как наука возникла во второй половине 19 в. и со времени своего возникновения тесно связана с практической деятельностью человека. Накопленный огромный фактический материал о биологии микроорганизмов, цели и задачи практической направленности научных исследований в М. определили ее дифференциацию на отдельные направления. Так сформировались общая М., техническая (промышленная) М., сельскохозяйственная М., ветеринарная М., медицинская М., санитарная М., радиационная М.
М. как часть биологии использует биол, методы исследования (см. Биология), а также методы, применяемые только в М. как самостоятельной науке. М. использует такие методы, как метод выделения чистых культур, методы изучения их морфол, и культуральных свойств, биохим, и биосинтетической активности, изучения антигенной структуры, патогенности и вирулентности и других свойств. М. широко использует методы генетики микроорганизмов, бактериофагии, различные методы микроскопии (светлопольная и темнопольная микроскопия, фазовоконтрастная, люминесцентная, электронная и др.), а также методы биохимии (см.), молекулярной биологии (см.), биофизики (см.) и других наук в зависимости от задач и целей исследования.
Общая М. изучает положение и роль микроорганизмов в природе, систематику микроорганизмов, их морфологию и тонкую структурную организацию, биохимию и физиологию микроорганизмов - хим. состав, конструктивный и энергетический метаболизм, ферментные системы, рост и размножение, культивирование. Важным разделом общей М. является генетика микроорганизмов, к-рая изучает как общие закономерности наследственности и изменчивости микроорганизмов, так и прикладные вопросы различных микробиол. специальностей. Общая М. изучает вопросы взаимоотношений микроорганизмов в естественных условиях обитания, вопросы экологии, общие вопросы микробиол, синтеза антибиотиков и других биологически активных веществ. Общая М. изучает и ряд специальных вопросов геомикробиологии, космической М. и других проблем.
Основные разделы общей М. включаются в курс всех микробиол, специальностей, т. к. являются основой для познания частных и прикладных вопросов М.
Техническая (промышленная) микробиология изучает общие и частные вопросы микробиол, синтеза биологически активный веществ: белка, аминокислот, нуклеиновых к-т, витаминов, к-т, спиртов, стероидов, гормонов и др., а также вопросы технологии их производства. Важное место в технической М. занимает использование микроорганизмов в пищевой промышленности, в производстве молочных продуктов, вина, хлеба и др., в производстве кормовых дрожжей, а также изучение М. пищевых продуктов. Техническая М. изучает вопросы биодеградации технических материалов и способов их предохранения от действия микроорганизмов.
Ветеринарная микробиология изучает возбудителей инфекционных болезней животных, разрабатывает лаб. диагностику инф. заболеваний и способы их предупреждения. Важной задачей ветеринарной М. является изучение и совершенствование диагностических, леч. и профилактических препаратов и осуществление мероприятий, направленных на борьбу с заболеваниями животных, вт. ч. общих с заболеваниями человека.
Mедицинская микробиология изучает патогенные и условно-патогенные для человека микроорганизмы. Общая медицинская М. изучает вопросы общей М. в приложении к патогенным и условно-патогенным микроорганизмам и механизмы их болезнетворного действия, а также защитные реакции организма, возникающие в ответ на действие микроорганизмов, способных вызывать заболевания. Частная медицинская М. изучает различные систематические группы патогенных и условно-патогенных микроорганизмов, разрабатывает методы лаб. диагностики, специфической профилактики инф. болезней и другие вопросы.
Одним из наиболее важных разделов медицинской М. является изучение биол, и генетических аспектов вирулентности (см.) и общих закономерностей развития инф. процессов. Важным разделом медицинской М., тесно связанным с проблемами инфекции и иммунитета, является изучение нормальной микрофлоры человека, ее роли в норме и патологии.
В задачи медицинской М. входит изучение антигенного строения микроорганизмов, вопросов иммунохимии, токсинообразования, строения токсинов и механизмов их действия. Важнейшим разделом медицинской М. является разработка профилактических, диагностических и леч. специфических препаратов, таких как вакцины (см.), диагностические и лечебные сыворотки (см.), диагностикумы (см.) и др.
Большим самостоятельным разделом медицинской М. является учение об антибиотиках (см.), антибиотико- и химиотерапии инф. болезней, механизмах действия химиотерапевтических препаратов и изучение природы резистентности к ним микроорганизмов.
Знание биологии возбудителей инф. болезней, закономерностей иммунитета, а также патогенеза инф. болезней является основой микробиол. идентификации возбудителя и индикации патогенных микроорганизмов в окружающей среде (см. Идентификация микробов). Крупным прикладным разделом медицинской М. является клиническая М. (см. Микробиология клиническая).
Основные этапы развития микробиологии. Становление М. как науки было длительным и во многом зависело от развития биологии, физики, химии и достижений техники. Человечество задолго до открытия микроорганизмов использовало их в своих целях при хлебопечении, сыроварении, виноделии и др., не зная о происходящих при этом процессах. Заразные болезни уносили тысячи жизней, и их происхождение давно привлекало внимание врачей и мыслителей. В 1546 г. итальянский врач и писатель Дж. Фракасторо опубликовал фундаментальный труд «О контагии, контагиозных болезнях и лечении», в к-ром высказал идею о живой природе возбудителей заразных болезней. Однако познание природы возбудителей зависело от создания оптических приборов, первые из к-рых были созданы в 17 в. голландским естествоиспытателем А. Левенгуком. Достигнув большого совершенства в шлифовании стекол, А. Левенгук смог создать первые короткофокусные линзы, дававшие увеличение в 250-300 раз. Применение линз позволило ему получить первые достоверные сведения о микроорганизмах, увиденных в различных объектах (дождевая вода, зубной налет, испражнения и др.); они были описаны им в письмах Лондонскому королевскому об-ву. А. Левенгук описал обнаруженных им «живых зверьков» и сделал зарисовки, судя по к-рым, можно считать, что он обнаружил основные морфол, формы бактерий.
А. Левенгук считается первооткрывателем микроорганизмов, истинное значение к-рых было раскрыто только в 19 в.
Дальнейший этап развития М. связан с именами ученых, сделавших первые попытки классификации микроорганизмов. Первым из них был Мюллер (О. F. Muller), опубликовавший в 1773 и 1786 гг. первые работы по классификации микроорганизмов (инфузорий в его терминологии). В 1838 и 1840 гг. Эренберг (С. G. Ehrenberg) выделил такие микроорганизмы, как спирохеты и спириллы. Положительную роль сыграли работы Ф. Кона, к-рый отнес микроорганизмы к растениям и выделил класс Schizophyceae, объединяющий их с низшими водорослями. Негели (С. W. Naegeli, 1857) отделил бактерии от низших водорослей и включил их в класс Schizomycetes (грибов-дробянок). Эти названия долго сохранялись в классификации микроорганизмов. В 1974 г. микробы, исключая грибки, простейшие и вирусы, были выделены в царство Procaryotae и представлены в определителе бактерий Берджи (Bergey’s Manual of Determinative Bacteriology). Немалую роль в становлении учения о микроорганизмах сыграли работы Ф. Кона о стабильности свойств бактерий и обоснованные им представления о мономорфизме в противоположность работам Негели о крайней изменчивости свойств микроорганизмов (плеоморфизм).
Во второй половине 19 в. великий франц. ученый Л. Пастер заложил основы М. как науки и создал многие будущие ее направления. Будучи по профессии химиком, он внес экспериментальный подход в изучение микроорганизмов и выяснение их роли. Начав исследования с изучения природы брожений при «болезнях» вина, из-за к-рых франц. виноделие несло убытки, он установил (1857), что при каждой из форм бро-жения (маслянокислом, уксуснокислом, спиртовом и др.) причиной является специфический микроб. Т. о., была установлена причина брожения и специфичность микроорганизмов, что, в свою очередь, позволило решить и прикладную задачу предотвращения развития болезней вина и пива. (см. Пастеризация).
При изучении природы брожений Л. Пастер открыл явление анаэробиоза, сыгравшее впоследствии огромную роль при изучении процессов дыхания и энергетического обмена. В этот период Л. Пастер показал, что процессы гниения также вызываются специфическими микроорганизмами.
Уже эти открытия Л. Пастера способствовали развитию медицины. Англ. хирург Дж. Листер, основываясь на открытиях Л. Пастера в области брожения и гниения, в 1867 г. ввел в хирургию антисептику (см.), к-рая в дальнейшем была дополнена асептикой (см.). Введение этих методов в хирургию резко снизило осложнения и смертность при хирургических вмешательствах и способствовало прогрессу хирургии.
Изучение процессов брожений и специфичности их возбудителей явилось основой для выяснения роли микроорганизмов при инф. болезнях. Первые исследования были проведены с болезнью шелковичных червей (пебриной). Л. Пастер установил пути распространения пебрины и разработал методы предотвращения заболеваний. Применив экспериментальный метод, Л. Пастер установил роль микроорганизмов при сибирской язве и куриной холере, доказав тем самым их инф. природу.
Исследования Л. Пастера с возбудителем куриной холеры привели к новому открытию, положившему начало профилактике инф. болезней. В 1880 г. Л. Пастер открыл возможность аттенуации возбудителя (см. Аттенуация), что явилось основой для приготовления вакцин. Наибольшим достижением этого принципа явилось получение Л. Пастером в 1885 г. антирабической вакцины.
В развитии М. и становлении ее как науки большие заслуги принадлежат Р. Коху, к-рый разработал ряд методов в М. Он ввел применение плотных питательных сред (желатина и др.), что позволило разработать метод получения чистых культур (см. Бактериальная культура). Большие заслуги принадлежат Р. Коху в области изучения этиологии нек-рых инф. болезней (туберкулеза, холеры, сибирской язвы). Р. Кох для изучения морфологии бактерий ввел метод окраски бактериальных культур; различные методы окраски микроорганизмов, разработанные и усовершенствованные многими другими исследователями, напр, метод Грама, метод Нейссера, метод Циля - Нельсена и др., оставались до применения электронной микроскопии основой для изучения морфологии бактерий. Многие из них до сих пор не утратили своего практического значения.
Классические работы Л. Пастера и Р. Коха заложили основы разработки методов изучения бактерий, создали фундамент микробиол, эры в медицине. Предложенные ими и их учениками методы привели к бурному развитию М., к открытию возбудителей многих инф. болезней. За короткий период времени М. достигла больших успехов в открытии патогенных микроорганизмов, разработке методов микробиол, диагностики, специфической профилактики и терапии. Введение микробиол, методов исследования позволило выявлять источники инф. болезней, пути и способы их передачи, что создало основу для возникновения самостоятельной науки эпидемиологии (см.).
Мед. направление в М. в ранний период ее развития было основным. Наряду с изучением этиологии инф. болезней начинает развиваться учение о невосприимчивости (см. Иммунитет), к-рое впоследствии выделилось в самостоятельную науку - иммунологию. Научные основы иммунологии были заложены работами П. Эрлиха и И. И. Мечникова. В 1890 г. были открыты агглютинины, затем другие виды антител, что послужило основой для разработки и введения в практику серол, методов диагностики. Открытием в 1888 г. дифтерийного [Э. Ру и Йерсен (A. Yersin)], затем столбнячного токсинов (С. Китасато) были заложены основы учения об инфекции и патогенных свойствах бактерий. Вслед за открытием токсинов был установлен антитоксический характер иммунитета при дифтерии и столбняке (Э. Беринг и С. Китасато, 1890-е гг.), что привело к созданию серотерапии (см.) и серопрофилактики (см.).
В 1923 г. франц. ученый Г. Рамон открыл принцип обезвреживания токсинов и превращения их в анатоксины (см.), что дало возможность проведения активной иммунизации против токсигенных инфекций. Впоследствии большую исследовательскую работу по получению анатоксинов для производственных целей, изучению их эффективности провели советские микробиологи (П. Ф. Здродовский, К. Т. Халяпина, И. И. Рогозин, Г. В. Выгодчиков и др.).
В 1892 г. русский ботаник Д. И. Ивановский открыл новую группу микробов - вирусы, чем положил начало развитию вирусологии (см.). Открытием в 1875 г.
Ф.А. Лешем дизентерийной амебы, в 1880 г. франц. врачом А. Лавераном малярийного плазмодия и в 1898 г. П. Ф. Боровским возбудителя кожного лейшманиоза было положено начало новой науке протозоологии.
Ученица И. И. Мечникова П. В. Циклинская, первая русская женщина-микробиолог, своими исследованиями нормальной микрофлоры внесла оригинальное направление в медицинскую М., развитое впоследствии в науку гнотобиологию (см.).
Выдающийся ученый С. Н. Виноградский, один из основоположников М., открытием новой группы бактерий хемотрофов и явления хемосинтеза положил начало развитию сельскохозяйственной и общей М. Классическими работами С. Н. Виноградского обоснована огромная роль микроорганизмов в круговороте элементов в природе (азота, углерода, серы и др.).
В 40-х гг. началось интенсивное изучение генетики бактерий, и за короткий период были достигнуты большие успехи (см. Бактерии, генетика бактерий). Большое число исследований было посвящено изучению вирулентных и умеренных бактериофагов и явлению лизогении [М. Дельбрюк, А. Львов, Ф. Жакоб, Волльман (E. L. Wollman)]. Развитие генетики бактерий и бактериофагов способствовало возникновению молекулярной биологии.
История развития отечественной М. тесно связана с мед. практикой, наибольшие успехи были достигнуты в годы Советской власти. Сразу же после Великой Октябрьской социалистической революции основные направления в медицинской М. были посвящены разработке фундаментальных и прикладных исследований, связанных с профилактическим направлением советской медицины.
Большие успехи достигнуты советскими микробиологами при разработке и получении вакцин против чумы (Н. И. Жуков-Вережников, М. П. Покровская, Е. И. Коробкова), туляремии (Н. А. Гайский, Б. Я, Эльберт и др.), сибирской язвы (H. Н. Гинсбург), бруцеллеза (П. Ф. Здродовский, П. А. Вершилова). Большая работа была проведена по изучению безвредности и широкому введению в практическую работу вакцины БЦЖ (А. И. Тогунова, Б. Я. Эльберт и др.). Практическое здравоохранение получило большое количество вакцин для специфической профилактики многих болезней, диагностических препаратов, леч. и профилактических сывороток, антибиотиков.
Широко развитые исследования в области специфической профилактики сыграли большую роль в снижении инф. болезней и ликвидации нек-рых из них на территории Советского Союза.
Современное состояние микробиологии
В современной М. имеется большое число фундаментальных и прикладных проблем, важных как для биологии, так и для решения специальных задач науки, практики и народного хозяйства. В результате научно-технического прогресса и все большего проникновения в разные микробиол, специальности методов общей М., привлечения методов исследования других наук (генетики, молекулярной биологии, биохимии, биофизики и др.) в развитии современной М. произошел качественный рост.
Одним из основных направлений М., успехи в к-ром позволят решить многие прикладные проблемы, является биология и генетика разных систематических групп микроорганизмов. В этой области с 60-х гг. 20 в. достигнуты огромные успехи. Актуальными и важными для решения многих вопросов М. остаются исследования ультраструктуры микроорганизмов в сочетании с изучением функциональной активности структур и органелл клеток, а также исследования в области биохимии и физиологии микроорганизмов - конструктивного и энергетического обмена, роста и деления клеток и генетической регуляции этих процессов, биохимического и генетического механизмов биосинтеза и дифференцировки структурных компонентов микроорганизмов. Возросло значение изучения роста и развития микробной популяции и закономерностей их промышленного культивирования, изучения вторичного метаболизма, прикладной генетики микроорганизмов.
В последние годы широкое развитие получило изучение внехромосомных факторов наследственности (см. Плазмиды). С плазмидами как наиболее удобными объектами были осуществлены первые эксперименты по генной инженерии (см.). Изучение плазмид имеет ряд фундаментальных и прикладных аспектов исследования. К ним можно отнести изучение молекулярной организации плазмид, их генетики, роли в функциональной активности микроорганизмов, в частности в биосинтетической активности и вторичном метаболизме. Проблема происхождения плазмид и их эволюции имеет общебиол. значение. В мед. отношении наиболее важным является изучение плазмид множественной лекарственной резистентности, закономерностей их распространения среди бактерий при селективных и неселективных условиях, а также плазмид, определяющих патогенные свойства бактерий, антигены клетки.
В медицинской М. важными проблемами, к-рые не могут быть изучены без глубокого понимания биологии и генетики микроорганизмов, являются проблемы инфекции, патогенности и вирулентности. В решении этих вопросов М. достигла значительных успехов, однако важным направлением исследований остается изучение свойств патогенных микроорганизмов, придающих им патогенность, генетики, вирулентности, строения токсинов и механизмов их действия, этапов взаимодействия бактерий с чувствительными тканями и клетками; важной является проблема персистенции возбудителей и бактерионосительства.
Одной из основных проблем медицинской М. остается проблема получения новых профилактических и диагностических препаратов, в связи с чем важным является изучение антигенной структуры микроорганизмов, изучение антигенов, их хим. строения, локализации и генетического регулирования. Все эти вопросы хорошо изучены только у нек-рых видов патогенных и условно-патогенных микроорганизмов. Для получения новых профилактических препаратов, в частности живых вакцин, требуется изучение различных методов аттенуации (ослабление вирулентности), в т. ч. использование методов генной инженерии.
Наряду с этим отмечается тенденция все более широкого и более глубокого изучения и получения хим. и молекулярных вакцин. Современная М. достигла такого уровня, что эмпирический подход к конструированию вакцин и вакцинных штаммов сменился научно обоснованным, вытекающим из всего комплекса знаний о микробиологии и генетике патогенных микроорганизмов. Изучение иммуногенности микроорганизмов и их отдельных компонентов тесно связано с иммунохимией (см.) и иммунологией (см.).
Происходит дальнейшее изучение свойств патогенных и условно-патогенных микроорганизмов, изучение биол, и генетических закономерностей смены возбудителей при ряде инфекционных болезней, разработка новых методов идентификации микроорганизмов, в т. ч. ускоренных методов.
Важной является проблема нормальной микрофлоры человека (см.), ее роли в норме и патологии. В этой связи особое значение приобрела проблема условно-патогенных микроорганизмов, приобретения ими лекарственной резистентности и возникновения внутрибольничных инфекций.
Продолжают развиваться исследования в области бактериофагии (см. Бактериофаг). Значительно расширилась возможность использования фагов для идентификации бактерий. Продолжение исследований в этом направлении является важным и необходимым. Также важным для изучения многих фундаментальных вопросов биологии микроорганизмов и для решения ряда прикладных задач является продолжение исследований в области фаговой конверсии (см.). Не потеряла своей актуальности проблема использования фага для лечения, особенно на фоне возросшего числа антибиотикорезистентных бактерий, и для профилактики нек-рых инф. болезней.
Большой и важной проблемой современной М. является проблема систематики и номенклатуры микроорганизмов.
Научно-исследовательская работа в СССР в области М. проводится в НИИ и на кафедрах М. ун-тов, медицинских, ветеринарных, сельскохозяйственных и нек-рых других ин-тов.
Первые научные исследования в России проводились в Харьковском бактериологическом ин-те (основан в 1887 г.), Ин-те экспериментальной медицины в Петербурге (основан в 1890 г.), Московском бактериологическом ин-те (основан в 1895 г.), бактериол. ин-тах в Одессе, Томске, Казани и др. После Великой Октябрьской социалистической революции была создана мощная сеть научно-исследовательских, производственных и практических микробиол. учреждений. Наиболее крупными из них являются: Ин-т микробиологии АН СССР, Ин-т эпидемиологии и микробиологии им.
Н. Ф. Гамалеи АМН СССР, Ин-т биохимии и физиологии микроорганизмов АН СССР, Ин-т вакцин и сывороток им. И. И. Мечникова М3 СССР, Ин-т стандартизации и контроля медицинских биологических препаратов им. Л. А. Тарасевича, Центральный НИИ эпидемиологии М3 СССР, Ин-т вирусологии и микробиологии АН УССР, Белорусский ин-т эпидемиологии и микробиологии, Московский и Горьковский ин-ты эпидемиологии и микробиологии М3 РСФСР. Исследования по М. проводятся также в Ин-те инфекционных болезней М3 УССР, Ин-те экспериментальной медицины АМН СССР, ин-тах ВАСХНИЛ и др. Исследования по особо опасным инфекциям проводятся в противочумных ин-тах М3 СССР.
Первый ин-т по М. был организован в Париже в 1888 г. (Пастеровский ин-т) и назван в честь Л. Пастера; затем подобные ин-ты были созданы в Берлине, Лондоне и др. Исследования по М. проводятся в ун-тах, колледжах, мед. школах при ун-тах, а также в ин-тах и центрах, наиболее крупными из к-рых являются: Institut Pasteur (Париж); National Institute for Medical Research (Лондон); National Institute of Health (Токио); National Institute of Health (Бетесда, США); National Institute of Allergy and Infections Diseases (Бетесда, США); Carnegi Institution (Вашингтон, США); Center for Disease Control (Атланта, США); State Serum Institute (Хельсинки); Institute of Fundamental Research (Бомбей, Индия) н др.
В системе высшего мед. образования преподавание М. занимает видное место и проводится кафедрами М. на 2-3-м курсах, при этом преподается бактериология, вирусология, иммунология, основы микологии и протозоологии по программе, утвержденной М3 СССР. Преподавание разделяется на общую М. и частную медицинскую М. и состоит из лекционного курса и практических лаб. занятий. Специалистов по М. готовят в ин-тах усовершенствования врачей и в аспирантуре.
Результаты научных исследований по М. публикуются во многих журналах, основные из* них: «Доклады АН СССР» (СССР), «Микробиология» (СССР), «Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии» (СССР), «Бюллетень экспериментальной биологии и медицины» (СССР), «Антибиотики» (СССР), «Прикладная биохимия и микробиология» (СССР), «Journal of General Microbiology» (Великобритания), «Journal of Medical Microbiology» (Великобритания), «Acta pathologica et microbiologica Scandinavian, Seria B. Microbiology» (Дания), «Acta microbiologica» (Польша), «Journal of Bacteriology» (США), «International Journal of Systematic Bacteriology» (США), «Infection and Immunity» (США), «Journal of Infection Diseases» (США), «Microbiology» (ФРГ), «Infektion» (ФРГ), «Current topics in Microbiology and Immunology» (ФРГ), «Annales de Microbiologie» (Франция), «Журнал гигиены, эпидемиологии, микробиологии и иммунологии», «Folia microbiologica» (Чехословакия), «Journal of General and Applied Microbiology» (Япония), «Zentralblatt fur Bacteriologie, Parasitenkunde Infektionskrankheiten und Hygiene, Ab-teilung 2» (ГДР), «Canadian Journal of Microbiology» (Канада), «Antonie van Leeuwenhoek Journal of Microbiology and Serology» (Нидерланды).
В истории медицинской М. в СССР важная роль принадлежала съездам микробиологов, эпидемиологов и инфекционистов, на к-рых обсуждались актуальные вопросы микробиологии, эпидемиологии и инф. патологии.
В 1972 г. специалисты по инф. болезням выделились в самостоятельное об-во.
Санитарная микробиология изучает жизнедеятельность микроорганизмов в окружающей среде, их влияние на естественные процессы, протекающие в этой среде, а также возможность благоприятного или отрицательного их влияния на окружающую среду и здоровье человека.
Санитарная М. близка к медицинской и ветеринарной М., так как изучает те же объекты, однако отличается подходом к их изучению. Ведущими методами исследования санитарной М. является определение микробной обсемененности, санитарно-показательных и патогенных микроорганизмов в объектах окружающей среды.
Основными задачами санитарной М. являются: 1) разработка и совершенствование микробиол, и вирусол, методов исследований объектов окружающей среды - воды, воздуха, почвы, пищевых продуктов, предметов обихода и т. д.; 2) изучение источников загрязнения окружающей среды разнообразной микрофлорой, представляющей опасность для человека или вносящей заметные изменения в объекты окружающей среды; 3) изучение жизнедеятельности микрофлоры в окружающей среде, особенно в условиях ее хим. и биол, загрязнения; 4) разработка нормативов для гиг. оценки объектов окружающей среды, в т. ч. пищевых продуктов, по микробиол, показателям; 5) разработка мероприятий по оздоровлению объектов окружающей среды и контроль за эффективностью этих мероприятий, включая контроль за качеством водоснабжения, работой предприятий пищевой промышленности и общественного питания, эффективностью обеззараживания сточных вод, отбросов и т. д.
Санитарная М. относится к числу молодых наук. Ее развитие тесно связано с потребностями человеческого об-ва. Формирование санитарной М. происходило прежде всего в нашей стране начиная с 30-х гг. и тесно связано с именами А. А. Миллера, И. Е. Минкевича, Г. Н. Чистовича, Г. П. Калины и др., опубликовавших первые в мире учебные пособия и ряд крупных монографий по санитарной М.
Лаборатории санитарной М. созданы в составе ряда НИИ. Большой вклад в развитие санитарной М. вносят соответствующие лаборатории Ин-та общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сысина АМН СССР, Московского НИИ гигиены им. Ф. Ф. Эрисмана М3 РСФСР, Ин-та питания АМН СССР, Киевского НИИ общей и коммунальной гигиены им.
А. Н. Марзеева М3 УССР, Куйбышевского НИИ гигиены и профзаболеваний, Молдавского ин-та гигиены и эпидемиологии, кафедр микробиологии Ленинградского санитарно-гигиенического медицинского ин-та и ряда кафедр других мед. ин-тов.
Создана и активно функционирует сеть санитарно-микробиологических лабораторий при СЭС, осуществляющих контроль за выполнением рекомендаций и нормативов в области профилактической службы страны.
Отдельные аспекты вопросов, относящихся к сфере санитарной М., преподаются в составе ряда дисциплин, таких как микробиология, коммунальная гигиена и гигиена питания и др.
В 1963 г. по инициативе акад. АМН Г. И. Сидоренко была организована первая в СССР секция сан. микробиологов при Московском городском отделении Всесоюзного научного об-ва гигиенистов и санитарных врачей. В 1973 г. создана секция санитарной М. при Всесоюзной проблемной комиссии «Научные основы гигиены окружающей среды», а в 1979 г.- секция санитарной М. при Всесоюзной проблемной комиссии «Научные основы питания».
В СССР проведено 7 всесоюзных и ряд республиканских конференций по санитарной М. Статьи по вопросам, входящим в компетенцию санитарной микробиологии, регулярно публикуются в журналах «Гигиена и санитария», «Вопросы питания», «Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии» и ряде других периодических медицинских изданий.
Радиационная микробиология - раздел микробиологии, изучающий влияние ионизирующих излучений на микроорганизмы. Радиационная микробиология охватывает следующий круг вопросов: механизм действия ионизирующих излучений (см.) на микроорганизмы, морфол, и биохим, изменения микроорганизмов при облучении, генетические изменения (см. Радиационная генетика), радиочувствительность микроорганизмов, бактерицидные действия радиации (см. Бактерицидность), действие радиации на антигенные и иммуногенные свойства микроорганизмов, защиту микроорганизмов от воздействия ионизирующей радиации.
Бактерии были одним из первых объектов, на к-рых изучалось действие ионизирующих излучений на живой организм. В 1896 г. появилось первое сообщение о влиянии рентгеновского излучения на возбудителей брюшного тифа, а в 1901 г. был описан бактерицидный эффект рентгеновского излучения. С этого времени началось изучение действия ионизирующих излучений на микроорганизмы. Радиационная микробиология уделяет большое внимание вопросам чувствительности микроорганизмов к ионизирующим излучениям. Микроорганизмы отличаются низкой радиочувствительностью по сравнению с животными и растениями. Средние летальные дозы для микроорганизмов превышают таковые для животных на 1-3 порядка, а бактерицидный эффект для большинства бактерий достигается только при дозах порядка 1-2 мрад. Среди микроорганизмов наиболее чувствительны к ионизирующим излучениям бактерии, затем следуют грибки, споры бактерий, вирусы. Генотипические и другие биол, особенности микроорганизмов определяют различную чувствительность их к ионизирующим излучениям. Так, напр., радиочувствительность бактерий значительно варьирует внутри одного вида, штамма и популяции бактериальных клеток. Грамположительные бактерии менее чувствительны к излучению, чем грамотрицательные. Радиочувствительность спор бактерий варьирует в меньшей степени, чем радиочувствительность бактерий, не образующих спор. Бактерицидный эффект ионизирующего излучения при воздействии на споры проявляется при облучении в дозах 1,5-2,5 мрад. Однако среди неспорогенных видов обнаружены бактерии, значительно более устойчивые к облучению, чем споры, напр. Streptococcus t"aecium А 2 1. Высушенная культура этих бактерий полностью не убивалась в дозе 4,5 мрад [Кристенсен (Е. А. Christensen), 1973]. Примером высокой радиорезистентности могут служить бактерии рода Pseudomonas, выделенные из атомного реактора в лаборатории в Лос-Аламосе (США). Предполагают, что высокая радиорезистентность выделенных бактерий была либо следствием мутагенного действия радиации, либо радиация явилась фактором селекции наиболее радиорезистентных особей популяции [Торнли, Ингрем, Барнс (М. J. Thornley, М. Ingram, E. М. Barns), 1960].
Повышение радиорезистентности различных видов микроорганизмов может быть достигнуто при постоянном воздействии ионизирующего излучения в сравнительно небольших дозах, напр, у парамеций, выделенных из радиоактивных водоемов, или у бактерий, выделенных из источников радиоактивных минеральных вод, у высокочувствительных к радиации представителей сем. Enterobacteriaceae при многократном облучении в суббактерицидных дозах.
Бактериальная клетка неоднородна по своей радиочувствительности. Ядерный аппарат более чувствителен к ионизирующим излучениям, чем цитоплазма или клеточная оболочка, процессы фосфорилирования более чувствительны, чем весь процесс дыхания клетки и т. д. На радиочувствительность микроорганизмов влияют условия облучения, напр, мощность дозы излучения, температура во время облучения и после него, наличие радиопротекторов, облучение микроорганизмов во влажной среде или в высушенном виде, концентрация и фаза роста микроорганизмов, состав питательной среды и др.
Широкое развитие радиационной М. в СССР началось в 20-х гг. работами Г. А. Надсона и Г. С. Филиппова по действию ионизирующего излучения на грибки и бактерии (Г. А. Надсон, 1920, 1935; Г. А. Надсон, Г. С. Филиппов, 1925). В этот период было накоплено много фактов об изменениях, возникающих в клетке под влиянием ультрафиолетового и ионизирующего излучений. Наиболее важными были данные о мутагенном и бактерицидном действии излучений. Работы Г. А. Надсона и Г. С. Филиппова о мутагенном эффекте ионизирующих излучений положили начало учению о радиационной генетике микроорганизмов, к-рое вошло как часть в радиационную генетику и в общую генетику микроорганизмов.
Ионизирующие излучения в зависимости от дозы могут оказывать бактерицидное действие, мутагенный эффект и изменять свойства микроорганизмов. Изменения свойств могут быть стойкими и сохраняться в последующих поколениях (наследственные изменения) или исчезающими при культивировании облученных микроорганизмов.
Функциональные и морфологические изменения микроорганизмов, возникающие под влиянием УФ- и ионизирующих излучений, многообразны. Подавляется функция деления клеток, что при продолжающемся росте клеток приводит к образованию удлиненных нитевидных форм, а при облучении кокков - к образованию длинных цепочек. Изменяются размеры клеток и без подавления функции деления. Эти изменения приводят к замедлению роста колоний, изменению их формы и величины, образованию окрашенных колоний складчатой формы или слизистого типа. При действии на бактерии и амебы излучения вызывают дегенеративные изменения в ядре: его гипертрофию, вакуолизацию, разбухание, пикноз и фрагментоз ядер. Изменения ядерного аппарата в большинстве случаев приводят к гибели клетки. Если клетка продолжает существовать, то многие ее свойства существенно изменяются. Напр., изменяются тинкториальные свойства, приобретается способность к пигментообразовании), изменяется способность расщеплять углеводы, изменяется чувствительность к антибиотикам, антигенная структура клеток, что влияет на способность агглютинироваться специфическими антисыворотками. Под влиянием УФ- и ионизирующих излучений могут возникать мутационные и не связанные с мутациями изменения вирулентности микроорганизмов и их способности образовывать токсины. В обоих случаях изменения приводят к снижению вирулентности и способности к токсинообразованию.
Установлено, что изменения свойств и способности клетки противостоять большим дозам радиации - радиорезистентности - в значительной мере связаны с лучевыми повреждениями ДНК. Обнаружена способность бактериальной клетки репарировать лучевые повреждения ДНК, что является одним из основных факторов, определяющих радиорезистентность бактерий. Способность к репарации лучевых повреждений у бактерий связана с особенностями генетического аппарата клетки, и поэтому высокая радиорезистентность является признаком, закрепленным наследственно. Однако условия облучения и другие факторы могут существенно изменить степень биол, действия радиации на бактерии и повысить или снизить дозу излучения, необходимую для достижения бактерицидного эффекта.
Бактерицидный эффект ионизирующих излучений широко используется в СССР и за рубежом для стерилизации в медицине и медицинской промышленности (см. Стерилизация).
Становление радиационной М. как самостоятельного раздела М. связано с именами М. Н. Мейселя, В. Л. Троицкого, А. И. Алиханяна, В. Л. Корогодина, 3. Г. Першиной, А. Г. Скавронской и др. За рубежом эта область знаний обязана работам Игали (S. Igali) в ВНР, Д. Ли и Говард-Фландерс (P. Howard-Flanders) в США, Уиткин и Альпер (E. Witkin, Т. Alper) в Англии, Кристенсена (Е.А. Christensen) в Дании. Работы по радиационной М. получили развитие в Ин-те микробиологии и в Ин-те биофизики АН СССР, Ин-те атомной энергии им. И. В. Курчатова, в Ин-те эпидемиологии и микробиологии АМН СССР.
Работы по радиационной М. публикуются в журналах «Радиобиология», «Микробиология», «Биофизика», «Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии», «Radiationreserch», «J. Bakteriology», «Molecular General Geneticks» и др.
Программы международных конгрессов и съездов микробиологов, радиобиологов, генетиков включают материалы и по радиационной М. Об-ва микробиологов и биохимиков в СССР посвящают свои отдельные заседания вопросам радиационной М.
Библиография: Авакян А. А., Кац Л. Н. и Павлова И. Б. Атлас анатомии бактерий, патогенных для человека и животных, М., 1972, библиогр.; Б а г д а с а-рьян Г. А. и др. Основы санитарной вирусологии, М., 1977, библиогр.; Г а-з и e в А. И. Молекулярные механизмы репарации однонитевых разрывов ДНК, индуцируемых у-радиацией, в кн.: Биофизика сложных систем и радиационных нарушений, под ред. E. М. Франка, с. 150, М., 1977; Гершанович В. Н. Биохимические и генетические основы переноса углеводородов в бактериальную клетку, М., 1973, библиогр.; Калакуц-с к и й Л. В. и А г р e H. С. Развитие актиномицетов, М., 19 77, библиогр.; К о-р о т я e в А. И. Механизмы саморегуляции бактериальной клетки, М., 1973, библиогр.; К у д л а й Д. Г. Внехромо-сомные факторы наследственности бактерий и их значение в инфекционной патологии, М., 1977, библиогр.; Методы санитарно-микробиологического исследования объектов окружающей среды, под ред. Г. И. Сидоренко, М., 1978; Многотомное руководство по микробиологии, клинике и эпидемиологии инфекционных болезней, под ред. H. Н. Жукова-Вережникова, т. 1-10, М., 1962-1968; Молекулярная микробиология, пер. с англ., под ред. Б. Н. Ильяшенко, М., 1977; Молекулярные основы действия антибиотиков, пер. с англ., под ред. Г. Ф. Гаузе, М., 1975; Петровская В. Г. Проблема вирулентности бактерий, Л., 1967, библиогр.; Петровская В. Г. и Марко О. П. Микрофлора человека в норме и патологии, М., 1976; Пешков М. А. Сравнительная цитология синезеленых водорослей, бактерий, актиномицетов, М., 1966; ПяткинК. Д. и Криво-шеин Ю. С. Микробиология, М., 1980; Роуз Э. Химическая микробиология, пер. с англ., М., 1971; Санитарная микробиология, под ред. Г. П. Калины и Г. Н. Чистовича, М., 1969; T e ц В. И. Санитарная микробиология, Л., 1958, библиогр.; Туманян М. А. и Кау-шанский Д. А. Радиационная стерилизация, М., 1974; Шлегель Г. Общая микробиология, пер. с нем., М., 1972; Bergey’s manual of determinative bacteriology, ed. by R. E. Buchanan a. N. E. Gibbons, Baltimore, 1975; Microbiology - 1974, ed. by D. Schlessinger, Washington, 1974, bibliogr.; Microbiology - 1975, ed. by D. Schlessinger, Washington, 1975, bibliogr.; Schlegel H. G. Allgemeine Mikrobiologie, Stuttgart, 1976.
Периодические издания - Антибиотики, М., с 1956; Биология, Реферативный журнал, в. 2 - Вирусология, Микробиология, М., с 1954; Журнал гигиены, эпидемиологии, микробиологии и иммунологии, Прага, с 1957; Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунологии (1924-1929 - Журнал микробиологии, патологии и инфекционных болезней, 1930 -1934 - Журнал микробиологии и иммунобиологии), М., с 1935; Микробиология, М., 1932-1979; Acta patho-logica et microbiologica Scandinavica, K0benhavn, с 1924; Annales de Microbiolo-gie, P., с 1973 (Annales de l’lnstitut Pasteur, P., 1887 -1972); Annual Review of Microbiology, Palo Alto,с 1947; Archivfiir Mikrobiologie, В., с 1930; Journal of Bacteriology, Baltimore, с 1916; Journal of General Microbiology, L., с 1947; Microbiological Reviews, L., с 1978 (Bacteriological Reviews, Baltimore, 1937 - 1977); Zentralblatt fur Bakteriologie, Parasitenkunde, Infektions-krankheiten und Hygiene. I. Abt. Medi-zinisch-hygienische Virusforschung und Parasitologie, Originale, Jena, с. 1887.
В. С. Левашев; Ю. П. Пивоваров (сан. микр.), М. А. Туманян (рад. микр.).
Наука биология включает в себя большое количество подразделов и дочерних наук. Однако одной из самых молодых и перспективных, полезных для человека и его деятельности является микробиология. Сравнительно недавно возникшая, но стремительно набравшая обороты в развитии, эта наука на сегодняшний день сама стала родоначальницей таких разделов, как биотехнология и Что такое микробиология и как проходили этапы ее становления и развития? Разберемся в этом вопросе подробнее.
Что такое микробиология?
В первую очередь, микробиология - это наука. Объемная, интересная, молодая, но динамично развивающаяся наука. Этимология слова ведет свое происхождение от греческого языка. Так, "mikros" означает "малый", вторая часть слова происходит от "bios", что значит "жизнь", и заключительная часть от греч. "logos", что переводится как учение. Теперь можно дать дословный ответ на вопрос, что такое микробиология. Это учение о микро-жизни.
Другими словами, это изучение самых мелких живых существ, которые не видимы невооруженным глазом. К таким одноклеточным организмам относятся:
- Прокариоты (безъядерные организмы, или не имеющие оформленного ядра):
- бактерии;
- археи.
2. Эукариоты (организмы, имеющие оформленное ядро):
- одноклеточные водоросли;
- простейшие.
3. Вирусы.
Однако приоритетное значение в микробиологии отводится изучению именно бактерий самых разных видов, форм и способов получения энергии. Именно в этом состоят основы микробиологии.
Предмет изучения науки
На вопрос, что изучает микробиология, можно ответить так: она изучает внешнее многообразие бактерий по форме и размерам, их влияние на окружающую среду и на живые организмы, способы питания, развития и размножения микроорганизмов, а также их влияние на хозяйственную и практическую деятельность человека.
Микроорганизмы - это существа, способные обитать в самых разнообразных условиях. Для них практически нет пределов по температуре, по кислотности и щелочности среды, давлению и влажности. При любых условиях существует хотя бы одна (а чаще всего множество) группа бактерий, способная выживать. Сегодня известны сообщества микроорганизмов, которые заселяют совершенно анаэробные условия внутри вулканов, на дне термоисточников, в темных глубинах океанов, суровых условиях гор и скал и так далее.
Науке известны сотни видов микроорганизмов, которые со временем складываются в тысячи. Однако установлено, что это только малая толика того разнообразия, что есть в природе. Поэтому работы у микробиологов очень много.
Одним из самых знаменитых центров, в котором происходило подробное изучение микроорганизмов и всех процессов, с ними связанных, являлся Пастеровский институт во Франции. Названный в честь знаменитого основателя микробиологии как науки Луи Пастера, этот институт микробиологии выпустил из своих стен массу замечательных специалистов, которыми были совершены не менее замечательные и значительные открытия.
В России на сегодняшний день действует институт микробиологии им. С. Н. Виноградского РАН, который является самым крупным исследовательским центром в области микробиологии в нашей стране.
Исторический экскурс в микробиологическую науку
История развития микробиологии как науки складывается из трех основных условных этапов:
- морфологический или описательный;
- физиологический или накопительный;
- современный.
В целом, история микробиологии насчитывает в своем развитии около 400 лет. То есть начало возникновения приходится примерно на XVII век. Поэтому и считается, что она достаточно молодая наука в сравнении с другими разделами биологии.
Морфологический или описательный этап
Само название говорит о том, что на данном этапе проходило, строго говоря, просто накопление знаний о морфологии бактериальных клеток. Началось все с открытия прокариот. Данная заслуга принадлежит родоначальнику микробиологической науки итальянцу Антонио ван Левенгуку, который обладал острым умом, цепким взглядом и хорошим умением логически мыслить и обобщать. Будучи также неплохим техником, он сумел выточить линзы, дающие увеличение в 300 раз. Причем повторить его достижение смогли только в середине XX века русские ученые. И то не вытачиванием, а выплавкой линз из оптического стекловолокна.
Вот эти линзы и послужили материалом, через который Левенгук обнаружил микроорганизмы. Причем изначально он ставил перед собой задачу весьма прозаичного характера: ученого интересовало, почему хрен такой горький. Растерев части растения и рассмотрев их под микроскопом собственного производства, он и увидел целый живой мир крошечных созданий. Было это в 1695 году. С этих пор Антонио начинает активно изучать и описывать различные виды бактериальных клеток. Он различает их только по форме, однако и это уже немало.
Левенгуку принадлежит около 20 рукописных томов, которые описывают подробно шаровидные, палочковидные, спиральные и другие виды бактерий. Им написан первый труд по микробиологии, который называется "Тайны природы, открытые Антони ван Левенгуком". Первая попытка систематизировать и обобщить накопленные знания по морфологии бактерий принадлежит ученому О. Мюллеру, который предпринял ее в 1785 году. С этого момента история развития микробиологии начинает набирать свои обороты.
Физиологический или накопительный этап
На данном этапе развития науки были изучены механизмы, лежащие в основе жизнедеятельности бактерий. Рассмотрены процессы, в которых они принимают участие и которые без них невозможны в природе. Была доказана невозможность самозарождения жизни без участия живых организмов. Все эти открытия были совершены в результате экспериментов великого ученого-химика, но после этих открытий еще и микробиолога, Луи Пастера. Сложно переоценить его значение в развитии этой науки. История микробиологии вряд ли сумела бы развиться так быстро и полно, если бы не этот гениальный человек.
Открытия Пастера можно отобразить несколькими основными пунктами:
- доказал, что знакомый людям издревле процесс брожения сахаристых веществ обусловлен наличием определенного вида микроорганизмов. Причем для каждого вида брожения (молочно-кислое, спиртовое, масляное и так далее) характерно наличие специфической группы бактерий, которые его и осуществляют;
- ввел в пищевую отрасль процесс пастеризации для избавления продуктов от микрофлоры, вызывающей их гниение и порчу;
- ему принадлежит заслуга повышения иммунитета к болезням путем введения вакцины в организм. То есть Пастер - родоначальник прививок, именно он доказал, что болезни вызываются наличием болезнетворных бактерий;
- разрушил представления об аэробности всего живого и доказал, что для жизни многих бактерий (маслянокислых, например) кислород вообще не нужен, и даже вреден.
Главной неоспоримой заслугой Луи Пастера стало то, что все свои открытия он доказывал экспериментально. Так, что ни у кого не могло оставаться сомнений в справедливости полученных результатов. Но на этом история микробиологии, конечно, не заканчивается.
Еще одним ученым, работавшим в XIX веке и внесшим неоценимый вклад в изучение микроорганизмов, стал - немецкий ученый, которому принадлежит заслуга выведения чистых линий бактериальных клеток. То есть в природе все микроорганизмы тесно взаимосвязаны между собой. Одна группа в процессе жизнедеятельности создает для другой, другая делает тоже самое для третьей и так далее. То есть это те же цепи питания, что и у высших организмов, только внутри бактериальных сообществ. Вследствие этого очень сложно изучить какое-то отдельное сообщество, группу микроорганизмов, ведь их размеры чрезвычайно малы (1 -6 м или 1 мкм) и, находясь в постоянном тесном взаимодействии между собой, они не поддаются тщательному изучению поодиночке. Идеальной представлялась возможность вырастить множество идентичных клеток бактерий одного сообщества в искусственных условиях. То есть получить массу одинаковых клеток, которые будут видны невооруженным глазом и изучить процессы у которых станет значительно легче.
Таким образом было накоплено множество ценных сведений о жизнедеятельности бактерий, их пользе и вреде для человека. Развитие микробиологии пошло еще более интенсивным путем.
Современный этап
Современная микробиология - это целый комплекс подразделов и мини-наук, которые занимаются изучением не только самих бактерий, но и вирусов, грибков, архей и всех известных и вновь открываемых микроорганизмов. На вопрос, что такое микробиология, сегодня можно дать очень полный и развернутый ответ. Это комплекс наук, занимающихся изучением жизнедеятельности микроорганизмов, их применения в практической жизни человека в разных областях и сферах, а также влияния микроорганизмов друг на друга, на окружающую среду и живые организмы.
В связи с таким обширным понятием микробиологии следует привести современную градацию данной науки на разделы.
- Общая.
- Почвенная.
- Водная.
- Сельскохозяйственная.
- Медицинская.
- Ветеринарная.
- Космическая.
- Геологическая.
- Вирусология.
- Пищевая.
- Промышленная (техническая).
Каждый из приведенных разделов занимается подробным изучением микроорганизмов, их влияния на жизнь и здоровье людей и животных, а также возможности использования бактерий в практических целях для улучшения качества жизни человечества. Все это в комплексе и есть то, что изучает микробиология.
Наибольший вклад в развитие современных методов микробиологии, способов выведения и возделывания штаммов микроорганизмов внесли такие ученые, как Вольфрам Циллиг и Карл Штеттер, Карл Везе, Норман Пейс, Уотсон Крик, Полинг, Цукеркандль. Из отечественных ученых это такие имена, как И. И. Мечников, Л. С. Ценковский, Д. И. Ивановский, С. Н. Виноградский, В. Л. Омелянский, С. П. Костычев, Я. Я. Никитинский и Ф. М. Чистяков, А. И. Лебедев, В. Н. Шапошников. Благодаря работам перечисленных ученых, были созданы способы борьбы с серьезными болезнями животных и людей (сибирская язва, сахарный клещ, ящур, оспа и так далее). Были созданы способы повышения иммунитета к бактериологическим и вирусным заболеваниям, получены штаммы микроорганизмов, способных перерабатывать нефть, создавать в процессе жизнедеятельности массу различных органических веществ, очищать и улучшать экологическую обстановку, разлагать нераспадающиеся химические соединения и многое другое.
Вклад этих людей поистине неоценим, поэтому некоторые из них (Мечников И. И.) получили Нобелевскую премию за свои работы. На сегодняшний день существуют дочерние науки, образовавшиеся на основе микробиологии, которые являются самыми передовыми в биологии - это биотехнология, биоинженерия и генная инженерия. Работа каждой из них направлена на получение организмов или группы организмов с заранее заданными свойствами, удобными человеку. На выведение новых методов работы с микроорганизмами, на получение максимальной выгоды от использования бактерий.
Таким образом, этапы развития микробиологии хотя и немногочисленны, однако очень содержательны и полны событиями.
Методы изучения микроорганизмов
Современные методы микробиологии основаны на работе с чистыми культурами, а также использовании новейших достижений техники (оптической, электронной, лазерной и так далее). Вот основные из них.
- Использование микроскопических технических средств. Как правило, только световые микроскопы полного результата не дают, поэтому применяются также люминесцентные, лазерные и электронные.
- Посевы бактерий на специальных питательных средах для выведения и культивирования абсолютно чистых колоний культур.
- Физиолого-биохимические методы анализа культуры микроорганизмов.
- Молекулярно-биологические методы анализа.
- Генетические методы анализа. На сегодняшний день стало возможным проследить генеалогическое древо практически каждой открытой группы микроорганизмов. Это стало возможным благодаря работам Карла Везе, который сумел расшифровать участок генома колонии бактерий. С этим открытием стало возможным построение филогенетической системы прокариот.
Совокупность перечисленных методов позволяет получать полную и подробную информацию о любом из вновь открывающихся или уже открытых микроорганизмов и находить им правильное применение.
Этапы микробиологии, которые она прошла в своем становлении как наука, не всегда включали такой щедрый и точный набор методов. Однако примечательно, что самым действенным в любые времена является метод экспериментальный, именно он послужил основой для накопления знаний и умений в работе с микромиром.
Микробиология в медицине
Один из наиболее важных и значимых именно для человеческого здоровья разделов микробиологии является медицинская микробиология. Предметом ее изучения стали вирусы и патогенные бактерии, которые вызывают тяжелые заболевания. Поэтому перед медиками-микробиологами стоит задача: выявить патогенный организм, культивировать его чистую линию, изучить особенности жизнедеятельности и причины, по которым наносится вред организму человека, и найти средство для устранения данного действия.
После того как чистая культура патогенного организма будет получена, необходимо провести тщательный молекулярно-биологический анализ. На основе результатов провести испытание устойчивости организмов к антибиотикам, выявить пути распространения заболевания и выбрать наиболее эффективный метод лечения против данного микроорганизма.
Именно медицинская микробиология, в том числе ветеринарная, помогла решить ряд злободневных проблем человечества: созданы бешенства, рожи непарнокопытных, оспы овец, анаэробных инфекций, туляремии и паратифа, стало возможным избавление от чумы и парапневмонии и так далее.
Пищевая микробиология
Основы микробиологии, санитарии и гигиены тесно взаимосвязаны между собой и вообще едины. Ведь патогенные организмы способны распространяться гораздо быстрее и в большем объеме, когда условия санитарии и гигиены оставляют желать лучшего. И в первую очередь это находит отражение в пищевой промышленности, при массовых производствах продуктов питания.
Современные данные о морфологии и физиологии микроорганизмов, биохимических процессах, вызываемых ими, а также влияние экологических факторов на микрофлору, развивающуюся в продуктах питания при транспортировании, хранении, реализации и переработке сырья, позволяют избежать многих проблем. Роль микроорганизмов в процессе формирования и изменения качества пищевых продуктов и возникновения ряда заболеваний, вызываемых патогенными и условно-патогенными видами, весьма значительна, и поэтому задачей пищевой микробиологии, санитарии и гигиены является эту роль выявить и повернуть на благо человеку.
Также пищевая микробиология культивирует бактерии, способные преобразовывать из нефти белки, использует микроорганизмы для разложения пищевых продуктов, для обработки многих товаров питания. Процессы брожения на основе молочно-кислых и масляно-кислых бактерий дают человечеству множество необходимых продуктов.
Вирусология
Совершенно отдельная и очень большая группа микроорганизмов, которая на сегодняшний день является самой малоизученной - это вирусы. Микробиология и вирусология - две тесно взаимосвязанные категории микробиологической науки, которые изучают патогенные бактерии и вирусы, способные нанести тяжкий вред здоровью живых организмов.
Вирусология раздел очень обширный и сложный, поэтому заслуживает отдельного изучения.
