علماء الأحياء الدقيقة وإنجازاتهم. التاريخ الملخص لتطور علم الأحياء الدقيقة. ظهور علم الأحياء الدقيقة

مؤسس علم الأحياء الدقيقة الروسي هو L. Tsenkovsky (1822-1887). كانت أهداف بحثه هي الأوليات المجهرية والطحالب والفطريات. اكتشف ووصف رقم ضخمالأوليات، درس مورفولوجيتها ودورات تطورها. وهذا سمح له باستنتاج أنه لا توجد حدود واضحة بين عالم النباتات والحيوانات. كما قام بتنظيم إحدى محطات باستور الأولى في روسيا واقترح لقاحًا ضد الجمرة الخبيثة ("لقاح تسينكوفسكي الحي").

يرتبط اسم I. Mechnikov (1845-1916) بتطور اتجاه جديد في علم الأحياء الدقيقة - علم المناعة. لأول مرة في العلوم، تم تطوير Mechnikov وتأكيده تجريبيا النظرية البيولوجيةالحصانة، التي دخلت في التاريخ باعتبارها نظرية ميتشنيكوف البلعمية. وتقوم هذه النظرية على فكرة أجهزة الحماية الخلوية للجسم. أثبت متشنيكوف في تجاربه على الحيوانات (دفنيا، يرقات نجم البحر) أن الكريات البيض والخلايا الأخرى ذات الأصل المتوسط ​​لديها القدرة على التقاط وهضم الجزيئات الأجنبية (بما في ذلك الميكروبات) التي تدخل الجسم. هذه الظاهرة، التي تسمى البلعمة، شكلت أساس نظرية البلعمة للمناعة وقد حظيت باعتراف عالمي. من خلال تطوير الأسئلة المطروحة بشكل أكبر، صاغ متشنيكوف نظرية عامة للالتهاب كرد فعل وقائي للجسم وخلق اتجاهًا جديدًا في علم المناعة - عقيدة خصوصية المستضد. وفي الوقت الحالي، أصبحت ذات أهمية متزايدة فيما يتعلق بتطور مشكلة زرع الأعضاء والأنسجة ودراسة علم المناعة السرطاني.

تشمل أهم أعمال متشنيكوف في مجال علم الأحياء الدقيقة الطبية دراسات حول التسبب في مرض الكوليرا وبيولوجيا الضمات الشبيهة بالكوليرا، والزهري، والسل، والحمى الراجعة. متشنيكوف هو مؤسس عقيدة التضاد الميكروبي، والتي كانت بمثابة الأساس لتطوير علم العلاج بالمضادات الحيوية. وقد استخدم ميتشنيكوف فكرة التضاد الميكروبي في تطوير مشكلة طول العمر. دراسة ظاهرة شيخوخة الجسم، جاء متشنيكوف إلى الاستنتاج. أن السبب الأهم لذلك هو التسمم المزمنالجسم عن طريق منتجات الاضمحلال التي تنتجها البكتيريا المتعفنة في الأمعاء الغليظة.

من الأمور ذات الأهمية العملية أعمال Mechnikov المبكرة حول استخدام فطر Isaria destructor لمكافحة آفة الحقل - خنفساء الحبوب. إنهم يقدمون سببًا لاعتبار متشنيكوف مؤسس الطريقة البيولوجية لمكافحة آفات النباتات الزراعية، وهي طريقة تجد تطبيقًا وشعبية متزايدة هذه الأيام. وهكذا، أنا. كان ميتشنيكوف، عالم الأحياء الروسي المتميز الذي جمع بين صفات المجرب والمعلم والمروج للمعرفة العلمية، رجلاً يتمتع بروح عظيمة وعمل عظيم، وكانت أعلى جائزة له هي منحه جائزة نوبل في عام 1909 لأبحاثه حول البلعمة. يرتبط تطور علم الأحياء الدقيقة في بلدنا أيضًا ارتباطًا وثيقًا باسم العالم الأعظم والصديق والزميل آي. ميتشنيكوف، ن.ف. الجمالية (1859-1949). كرس جماليا حياته كلها لدراسة الأمراض المعدية وتطوير تدابير لمكافحة مسببات الأمراض. قدمت جماليا مساهمة كبيرة في دراسة مرض السل والكوليرا وداء الكلب؛ وفي عام 1886، قام مع آي. ميتشنيكوف بتنظيم أول محطة باستور في أوديسا وأدخل التطعيم ضد داء الكلب موضع التنفيذ. اكتشف ضمة الطيور - العامل المسبب لمرض يشبه الكوليرا في الطيور - وأطلق عليها اسم ضمة ميتشنيكوف تكريما لإيليا إيليتش. ثم تم الحصول على لقاح ضد الكوليرا البشرية.

كما أولى الجمالية اهتمامًا كبيرًا لوبائيات الأمراض المعدية. وكان متخصصا كبيرا في مجال علم المناعة. بعد أن طور طريقة أصلية لإنتاج لقاح الجدري، اقترح أولاً فكرة عزل المستضدات الأكثر اكتمالاً من البكتيريا واستخدامها لتحضير ما يسمى باللقاحات الكيميائية. كان جماليا أول من لاحظ ووصف ظاهرة التحلل التلقائي للبكتيريا تحت تأثير عامل غير معروف في ذلك الوقت - العاثيات. لذلك، لا يعتبر جماليا أحد مؤسسي علم الأحياء الدقيقة الطبية فحسب، بل أيضًا مؤسسي علم المناعة وعلم الفيروسات.

إس إن فينوغرادسكي، ف. أوميليانسكي، ب.ل. إيزاشينكو، د. إيفانوفسكي ، ج.أ. نادسون، الذين كانوا مؤسسي اتجاهات معينة في علم الأحياء الدقيقة العام. إن إنشاء عقيدة بيئة الكائنات الحية الدقيقة في التربة، على سبيل المثال، يرتبط ارتباطًا وثيقًا باسم الباحث الروسي س. فينوغرادسكي (1856-1953). قدم فينوغرادسكي أيضًا مساهمة كبيرة في معرفة التنوع الفسيولوجي للعالم الميكروبي. قام بأعمال كلاسيكية في فسيولوجيا بكتيريا الكبريت وبكتيريا الحديد، مما أدى إلى اكتشاف التركيب الكيميائي في البكتيريا - وهو أعظم اكتشاف في القرن التاسع عشر.

أثبت S. Winogradsky أن هناك بكتيريا تقوم بتصنيع المواد العضوية بشكل مستقل باستخدام طاقة أكسدة المركبات المعدنية (كبريتيد الهيدروجين والأمونيا) وثاني أكسيد الكربون، إلخ. وهذا يعني أنه تم اكتشاف نوع جديد من تغذية الكائنات الحية الدقيقة - التغذية الذاتية.

كان مطلب فينوغرادسكي الثابت هو دراسة الكائنات الحية الدقيقة في بيئتها الطبيعية أو في ظروف قريبة قدر الإمكان من تلك الطبيعية. وباتباع هذا المبدأ، طور طرقًا بسيطة ومبتكرة لدراسة الكائنات الحية الدقيقة في التربة. لقد حظيت طريقة البيئات الاختيارية (الانتقائية) باعتراف عام واستخدام واسع النطاق، مما جعل من الممكن التمييز بينها بيئة طبيعيةعدد من الكائنات الحية الدقيقة الجديدة وتحديد دورها في دورة المواد.

نشر S. Vinogradsky أكثر من 300 كتاب الأعمال العلميةمكرسة لبيئة وفسيولوجيا الكائنات الحية الدقيقة في التربة. ويعتبر بحق والد علم الأحياء الدقيقة في التربة. أحد المؤسسين البارزين لعلم الأحياء الدقيقة الروسي يجب أن يشمل أيضًا طالب S. Vinogradsky V.L. أوماليانسكي (1867-1928). لم يكن عالمًا رائعًا فحسب، بل كان أيضًا مدرسًا موهوبًا ومروجًا لإنجازات علم الأحياء الدقيقة. V. Omelyansky، مثل باستور، كان لديه معرفة عميقة في مجال الكيمياء، والتي شكلت الأساس لدراسته البيئية للكائنات الحية الدقيقة. نطاق الاهتمامات العلمية لـ V. Omelyansky واسع جدًا، لكن الاتجاه الرئيسي لأبحاثه يرتبط بدراسة دورة المواد في الطبيعة، حيث أسند دورًا مهمًا للكائنات الحية الدقيقة. دراسة عمليات التحلل المواد العضويةكان أول من عزل البكتيريا المحللة للسليلوز، ووصف فيزيولوجيتها وكيمياء العملية نفسها.

قام أوميليانسكي بدراسة عميقة وشاملة للكائنات الحية الدقيقة المشاركة في دورة النيتروجين، وخاصة مثبتات النيتروجين والنيتروجين التي تعيش بحرية. ينتمي أحد أحدث أعمال أوميليانسكي، "دور الكائنات الحية الدقيقة في تجوية الصخور"، إلى مجال بحثي جديد. شكل هذا العمل أساس علم الأحياء الدقيقة الجيولوجي.

تتمثل الميزة الكبرى لـ Omelyansky في إنشاء أول كتاب مدرسي روسي بعنوان "أساسيات علم الأحياء الدقيقة" والذي نُشر عام 1909 وتم إصداره في 9 طبعات. في ذلك، لخص أوميليانسكي نتائج الأبحاث الميكروبيولوجية وقدم مخططات عامة للدورة في طبيعة العناصر الفردية، بما في ذلك النيتروجين والكربون والكبريت والحديد. لعقود من الزمن، كان هذا الكتاب المدرسي بمثابة كتاب مرجعي للمتخصصين.

تم تطوير الاتجاه البيئي في علم الأحياء الدقيقة بنجاح بواسطة B.L. إيساشينكو (1871-1948). أصبحت الأعمال في مجال علم الأحياء الدقيقة المائية معروفة على نطاق واسع. وكان أول من درس توزيع الكائنات الحية الدقيقة في المحيط المتجمد الشمالي وأشار إلى دورها المهم في العمليات الجيولوجية وفي تداول المواد في المسطحات المائية.

قدم د.آي مساهمة كبيرة في تطوير علم الأحياء الدقيقة المحلي والعالمي. إيفانوفسكي (1864-1920)، الذي اكتشف الفيروسات النباتية في عام 1892، وبالتالي وضع الأساس لعلم جديد - علم الفيروسات. مؤكدًا على أهمية بحث إيفانوفسكي، كتب عالم الفيروسات الإنجليزي ن. بيري: "إن الأهمية الهائلة لاكتشاف إيفانوفسكي للعلوم الطبيعية النظرية تكمن في حقيقة أنه اكتشف شكلاً جديدًا لوجود الأجسام البروتينية". لعبت أفكار إيفانوفسكي دورًا حاسمًا في النجاحات الرائعة اللاحقة لعلم الفيروسات، ونتيجة لذلك تم اكتشاف العوامل المسببة لمعظم الأمراض الفيروسية التي تصيب البشر والحيوانات والنباتات والكائنات الحية الدقيقة. ووفقا لاستنتاج عالم الفيروسات الأمريكي ستانلي، فإن اسم إيفانوفسكي في علم الفيروسات يجب أن يُنظر إليه بنفس ضوء اسمي باستور وكوخ في علم الأحياء الدقيقة.

10. الأشكال الكروية(مكور) - البكتيريا الكرويةالحجم 0.5 - 1.0 ميكرون؛ وفقًا للترتيب المتبادل للخلايا ، يتم تمييز المكورات الدقيقة والمكورات الثنائية والمكورات العقدية والمكورات الرباعية والسارسينا والمكورات العنقودية.

Micrococci (lat. صغيرة) - خلايا منفصلة أو على شكل "حزم".

Diplococci (lat. double) - يتم ترتيبها في أزواج، لأن الخلايا لا تنفصل بعد الانقسام.

المكورات العقدية (من السلسلة العقدية اليونانية) هي خلايا مستديرة أو مستطيلة الشكل تشكل سلسلة بسبب انقسام الخلايا في نفس المستوى والحفاظ على الاتصال بينها في موقع الانقسام.

Sarcines (من اللاتينية sarcina - حزمة، بالة) - يتم ترتيبها على شكل حزم من 8 مكورات أو أكثر، حيث تتشكل أثناء انقسام الخلايا في ثلاث طائرات متعامدة بشكل متبادل.

المكورات العنقودية (من المكورات العنقودية اليونانية - عنقود العنب) هي مكورات تقع على شكل عنقود عنب نتيجة الانقسام في مستويات مختلفة.

تختلف البكتيريا على شكل قضيب في الحجم وشكل نهايات الخلية و الموقف النسبيالخلايا. يتراوح طول الخلية من 1.0 إلى 8.0، وسمكها من 0.5 إلى 2.0 ميكرومتر. يمكن أن تكون العصيات منتظمة الشكل (الإشريكية القولونية) أو غير منتظمة الشكل (البكتيريا الوتدية)، بما في ذلك المتفرعة منها، مثل الفطريات الشعاعية. تسمى العصي المنحنية قليلاً بالضمات (Vibrio cholerae). يتم ترتيب معظم البكتيريا على شكل قضبان بشكل عشوائي لأن الخلايا تتباعد بعد الانقسام.

تدخل الأجسام الأولية إلى الخلية الظهارية عن طريق الالتقام الخلوي مع تكوين فجوة داخل الخلايا. داخل الخلية، تتوسع وتتحول إلى أجسام شبكية مقسمة، وتشكل مجموعات في الفجوات (الشوائب). تتشكل الأجسام الأولية من الأجسام الشبكية، التي تترك الخلايا عن طريق خروج الخلايا أو تحلل الخلايا.

الميكوبلازما هي بكتيريا صغيرة (0.15 - 1.0 ميكرون)، محاطة بالسيتو غشاء بلازميويفتقر إلى جدار الخلية. نظرًا لعدم وجود جدار خلوي، تكون الميكوبلازما حساسة تناضحيًا. لديهم مجموعة متنوعة من الأشكال: كروي، خيطي، على شكل قارورة. هذه الأشكال مرئية تحت المجهر على النقيض من الطور للثقافات النقية للميكوبلازما. تسبب الميكوبلازما المسببة للأمراض التهابات مزمنة - داء المفطورات.

الشعيات هي بكتيريا إيجابية الجرام متفرعة أو خيطية أو على شكل قضيب. لقد حصلوا على اسمهم (من الفعل اليوناني Actis - ray، mykes - Mushroom) بسبب تكوين دروسين في الأنسجة المصابة - حبيبات من خيوط متشابكة بإحكام على شكل أشعة تمتد من المركز وتنتهي بسماكات على شكل قارورة. يمكن أن تنقسم الفطريات الشعاعية عن طريق تفتيت الميسليوم إلى خلايا مشابهة للبكتيريا العصية الشكل والمكورات. على الواصلة الجوية للفطريات الشعاعية، يمكن أن تتشكل جراثيم تعمل على التكاثر. أبواغ الأكتينوميسيت عادة لا تكون مقاومة للحرارة.

يتم تشكيل فرع النشوء والتطور المشترك مع الشعيات بواسطة ما يسمى بالفطريات الشعوية nocardiform (nocardioform) - وهي مجموعة جماعية من البكتيريا ذات الشكل القضيبي وغير المنتظمة. ممثلوهم الفرديون يشكلون نماذج متفرعة. وتشمل هذه البكتيريا أجناس Corynebacterium، bdycobacterium، Hocardia، إلخ.

تتميز الفطريات الشعاعية الشبيهة بالنوكاردي بوجود سكريات أرابينوز والجلاكتوز وكذلك أحماض الفطريات وكميات كبيرة من الأحماض الدهنية في جدار الخلية. تحدد الأحماض الفطرية ودهون جدار الخلية مقاومة البكتيريا للأحماض، ولا سيما المتفطرات السلية والجذام (عند صبغها وفقًا لـ Ziehl-Neelsen، تكون حمراء، والبكتيريا وعناصر الأنسجة غير المقاومة للأحماض، والبلغم باللون الأزرق).

الأشكال الملتوية هي بكتيريا حلزونية الشكل، على سبيل المثال الحلزونية، والتي لها مظهر الخلايا الملتوية على شكل المفتاح. تشمل الحلزونات المسببة للأمراض العامل المسبب سودوكو (مرض عضة الفئران). وتشمل الكائنات الملتوية أيضًا العطيفة، والهيليكوباكتر، التي لها منحنيات مثل جناح طائر النورس الطائر؛ البكتيريا مثل اللولبيات قريبة أيضًا منها.

اللولبيات هي بكتيريا رفيعة وطويلة وملتفة (على شكل حلزوني) تختلف عن الحلزونية في حركتها بسبب التغيرات الانثناءية في الخلايا. تحتوي اللولبيات على جدار خلوي غشائي خارجي يحيط بأسطوانة بروتوبلازمية بغشاء هيولي. تحت الغشاء الخارجي لجدار الخلية (في المنطقة المحيطية) توجد ألياف محيطية (سوط) ، والتي ، كما لو كانت ملتوية حول الأسطوانة البروتوبلازمية للملتويات ، تمنحها شكلًا حلزونيًا (الضفائر الأولية للملتويات). وترتبط الألياف بنهايات الخلية وتتجه نحو بعضها البعض. الطرف الآخر من الألياف مجاني. يختلف عدد وترتيب الألياف بين الأنواع. تشارك الألياف في حركة اللولبيات، مما يمنح الخلايا حركة دورانية وانحناء وانتقالية. في هذه الحالة، تشكل اللولبيات حلقات، وتجعيدات، وانحناءات، والتي تسمى تجعيد الشعر الثانوي.

لا ترى اللولبيات الأصباغ جيدًا. يتم صبغها باستخدام طريقة Romanovsky-Giemsa أو التفضيض، ويتم فحصها في الحالة الحية باستخدام المجهر أحادي التباين أو المجهر ذي المجال المظلم.

Leptospira (جنس Leptospira) له تجعيدات ضحلة ومتكررة - على شكل حبل ملتوي. نهايات هذه اللولبيات منحنية مثل الخطافات مع سماكة في الأطراف. تشكيل تجعيد الشعر الثانوي، يأخذون شكل الحروف S أو C؛ لديك 2 المواضيع المحورية. الممثل الممرض L. يستجوب يسبب داء البريميات.

متوسط ​​حجم البكتيريا هو 0.5-5 ميكرون. على سبيل المثال، تبلغ أبعاد الإشريكية القولونية 0.3-1 × 1-6 ميكرون، والمكورات العنقودية الذهبية يبلغ قطرها 0.5-1 ميكرون، والعصية الرقيقة 0.75 × 2-3 ميكرون. أكبر بكتيريا معروفة هي Thiomargarita namibiensis، حيث يصل حجمها إلى 750 ميكرون (0.75 ملم). والثاني هو Epulopiscium Fishelsoni، الذي يبلغ قطره 80 ميكرون وطوله يصل إلى 700 ميكرون ويعيش في الجهاز الهضمي للسمكة الجراحية Acanthurus nigrofuscus. يصل حجم Achromatium oxaliferum إلى 33 × 100 ميكرون، Beggiatoa alba - 10 × 50 ميكرون. يمكن أن يصل طول اللولبيات إلى 250 ميكرومترًا وسمكها 0.7 ميكرومتر. وفي الوقت نفسه، تشمل البكتيريا أصغر الكائنات الحية ذات البنية الخلوية. يبلغ حجم الميكوبلازما الفطرية 0.1-0.25 ميكرون، وهو مشابه لحجم الفيروسات الكبيرة مثل فسيفساء التبغ أو جدري البقر أو الأنفلونزا. وفقًا للحسابات النظرية، تصبح الخلية الكروية التي يقل قطرها عن 0.15-0.20 ميكرون غير قادرة على التكاثر المستقل، لأنها لا تحتوي فعليًا على جميع البوليمرات والهياكل الحيوية اللازمة بكميات كافية.

ومع ذلك، فقد تم وصف البكتيريا النانوية بأنها أصغر من الحجم "المقبول" وتختلف تمامًا عن البكتيريا العادية. فهي، على عكس الفيروسات، قادرة على النمو والتكاثر بشكل مستقل (بطيء للغاية). لقد تم دراستهم قليلا حتى الآن، ويتم استجواب طبيعتهم المعيشية.

مع الزيادة الخطية في نصف قطر الخلية، يزداد سطحها بما يتناسب مع مربع نصف القطر، وحجمها بما يتناسب مع المكعب، وبالتالي فإن نسبة السطح إلى الحجم في الكائنات الصغيرة تكون أعلى منها في الكائنات الأكبر حجمًا، مما يعني بالنسبة للأول تبادلًا أكثر نشاطًا للمواد مع البيئة. يكون النشاط الأيضي، الذي يتم قياسه بمؤشرات مختلفة، لكل وحدة من الكتلة الحيوية أعلى في الأشكال الصغيرة منه في الأشكال الكبيرة. ولذلك فإن الأحجام الصغيرة حتى بالنسبة للكائنات الحية الدقيقة تعطي البكتيريا والعتائق مزايا في معدل النمو والتكاثر مقارنة بحقيقيات النوى الأكثر تعقيدًا وتحدد دورها البيئي المهم.

11. يظهر الرسم التخطيطي العام لبنية الخلية البكتيرية في الشكل 2. التنظيم الداخلي للخلية البكتيرية معقد. كل مجموعة نظامية من الكائنات الحية الدقيقة لها سماتها الهيكلية المحددة.

جدار الخلية. الخلية البكتيرية مغطاة بغشاء كثيف. تسمى هذه الطبقة السطحية، الموجودة خارج الغشاء السيتوبلازمي، بجدار الخلية (الشكل 2، 14). يؤدي الجدار وظائف وقائية وداعمة، كما يمنح الخلية شكلاً مميزًا دائمًا (على سبيل المثال، شكل قضيب أو مكورة) ويمثل الهيكل العظمي الخارجي للخلية. وهذه القشرة الكثيفة تجعل البكتيريا تشبه الخلايا النباتية، وهو ما يميزها عن الخلايا الحيوانية التي لها أصداف ناعمة. داخل الخلية البكتيرية، يكون الضغط الأسموزي أعلى عدة مرات، وأحيانًا عشرات المرات، منه في البيئة الخارجية. ولذلك، فإن الخلية سوف تتمزق بسرعة إذا لم تكن محمية ببنية صلبة كثيفة مثل جدار الخلية.

سمك جدار الخلية هو 0.01-0.04 ميكرون. يشكل من 10 إلى 50% من الكتلة الجافة للبكتيريا. تتغير كمية المادة التي يتكون منها جدار الخلية أثناء نمو البكتيريا وعادةً ما تزداد مع تقدم العمر.

المكون الهيكلي الرئيسي للجدران، وهو أساس بنيتها الصلبة في جميع البكتيريا التي تمت دراستها حتى الآن تقريبًا، هو مورين (جليكوببتيد، موكوبيبتيد). هذا مركب عضوي ذو بنية معقدة تتضمن السكريات الحاملة للنيتروجين - السكريات الأمينية و4-5 أحماض أمينية. علاوة على ذلك، فإن الأحماض الأمينية الموجودة في جدار الخلية لها شكل غير عادي (أيزومرات D-stereoisomers)، والتي نادرًا ما توجد في الطبيعة.

تشكل الأجزاء المكونة لجدار الخلية، ومكوناته، بنية معقدة وقوية.

باستخدام طريقة الصبغ التي اقترحها كريستيان جرام لأول مرة في عام 1884، يمكن تقسيم البكتيريا إلى مجموعتين: إيجابية الجرام وسالبة الجرام. الكائنات الحية إيجابية الجرام قادرة على ربط بعض أصباغ الأنيلين، مثل البنفسج البلوري، وبعد العلاج باليود ثم الكحول (أو الأسيتون) تحتفظ بمركب صبغة اليود. يتم تصنيف نفس البكتيريا التي يتم تدمير هذا المركب فيها تحت تأثير الكحول الإيثيلي (يتغير لون الخلايا) على أنها سلبية الجرام.

يختلف التركيب الكيميائي لجدران الخلايا للبكتيريا إيجابية الجرام وسالبة الجرام.

في البكتيريا إيجابية الجرام، يتضمن تكوين جدران الخلايا، بالإضافة إلى الببتيدات المخاطية، السكريات (السكريات المعقدة عالية الجزيئات)، وأحماض التيكويك (مركبات معقدة في التركيب والبنية، تتكون من السكريات والكحولات والأحماض الأمينية وحمض الفوسفوريك). ). ترتبط السكريات وأحماض التيكويك بإطار الجدار - المورين. نحن لا نعرف حتى الآن ما هي البنية التي تشكلها هذه المكونات من جدار الخلية للبكتيريا إيجابية الجرام. وباستخدام الصور الإلكترونية للمقاطع الرقيقة (الطبقات)، لم يتم اكتشاف أي بكتيريا إيجابية الجرام في الجدران. ربما تكون كل هذه المواد مترابطة بشكل وثيق للغاية.

جدران البكتيريا سالبة الجرام أكثر تعقيدًا في التركيب الكيميائي؛ فهي تحتوي على كمية كبيرة من الدهون (الدهون) المرتبطة بالبروتينات والسكريات في مجمعات معقدة - البروتينات الدهنية والسكريات الدهنية. يوجد بشكل عام كمية أقل من المورين في جدران خلايا البكتيريا سالبة الجرام مقارنة بالبكتيريا إيجابية الجرام. كما أن بنية جدار البكتيريا سالبة الجرام أكثر تعقيدًا. وباستخدام المجهر الإلكتروني وجد أن جدران هذه البكتيريا متعددة الطبقات (الشكل 6).

الطبقة الداخلية تتكون من مورين. وفوق ذلك توجد طبقة أوسع من جزيئات البروتين المعبأة بشكل فضفاض. وهذه الطبقة مغطاة بدورها بطبقة من عديد السكاريد الدهني. الطبقة العليا تتكون من البروتينات الدهنية.

جدار الخلية نافذ: تمر العناصر الغذائية من خلاله بحرية إلى الخلية، وتخرج المنتجات الأيضية إلى الخلية. بيئة. لا تمر الجزيئات الكبيرة ذات الوزن الجزيئي العالي عبر القشرة.

كبسولة. جدار الخلية للعديد من البكتيريا محاط من الأعلى بطبقة من المادة المخاطية - كبسولة (الشكل 7). يمكن أن يكون سمك الكبسولة أكبر بعدة مرات من قطر الخلية نفسها، وفي بعض الأحيان تكون رقيقة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها إلا من خلال المجهر الإلكتروني - كبسولة دقيقة.

الكبسولة ليست جزءًا أساسيًا من الخلية، فهي تتشكل اعتمادًا على الظروف التي تجد البكتيريا نفسها فيها. وهو بمثابة غطاء وقائي للخلية ويشارك في استقلاب الماء، مما يحمي الخلية من الجفاف.

التركيب الكيميائي للكبسولات هو في أغلب الأحيان السكريات. في بعض الأحيان تتكون من البروتينات السكرية (مجمعات معقدة من السكريات والبروتينات) والببتيدات (جنس العصوية)، في حالات نادرة - من الألياف (جنس أسيتوباكتر).

تسبب المواد المخاطية التي تفرزها بعض البكتيريا في الركيزة، على سبيل المثال، القوام المخاطي الخيطي للحليب الفاسد والبيرة.

السيتوبلازم. تسمى محتويات الخلية بأكملها، باستثناء النواة وجدار الخلية، السيتوبلازم. تحتوي المرحلة السائلة غير الهيكلية من السيتوبلازم (المصفوفة) على الريبوسومات والأنظمة الغشائية والميتوكوندريا والبلاستيدات وغيرها من الهياكل، بالإضافة إلى العناصر الغذائية الاحتياطية. يحتوي السيتوبلازم على بنية دقيقة ومعقدة للغاية (الطبقات والحبيبات). باستخدام المجهر الإلكتروني، تم الكشف عن العديد من التفاصيل المثيرة للاهتمام حول بنية الخلية.

تسمى الطبقة البروتينية الدهنية الخارجية للبروتوبلاست البكتيري، والتي لها خصائص فيزيائية وكيميائية خاصة، بالغشاء السيتوبلازمي (الشكل 2، 15).

يوجد داخل السيتوبلازم جميع الهياكل والعضيات الحيوية.

يلعب الغشاء السيتوبلازمي دورًا مهمًا للغاية - فهو ينظم دخول المواد إلى الخلية وإطلاق المنتجات الأيضية إلى الخارج.

من خلال الغشاء، يمكن للعناصر الغذائية أن تدخل الخلية نتيجة لعملية كيميائية حيوية نشطة تتضمن الإنزيمات. بالإضافة إلى ذلك، يتم تركيب بعض مكونات الخلية في الغشاء، وخاصة مكونات جدار الخلية والكبسولة. وأخيرًا، يحتوي الغشاء السيتوبلازمي على أهم الإنزيمات (المحفزات البيولوجية). إن الترتيب المنظم للإنزيمات على الأغشية يجعل من الممكن تنظيم نشاطها ومنع تدمير بعض الإنزيمات بواسطة الآخرين. ترتبط الريبوسومات بالغشاء - وهي جزيئات هيكلية يتم تصنيع البروتين عليها. يتكون الغشاء من البروتينات الدهنية. إنها قوية بدرجة كافية ويمكنها ضمان الوجود المؤقت للخلية بدون قشرة. يشكل الغشاء السيتوبلازمي ما يصل إلى 20% من الكتلة الجافة للخلية.

يوجد بين غشاء البلازما وجدار الخلية اتصال على شكل ديسموز - جسور. غالبًا ما يؤدي الغشاء السيتوبلازمي إلى حدوث غزوات - غزوات داخل الخلية. تشكل هذه الغزوات هياكل غشائية خاصة في السيتوبلازم تسمى الجسيمات المتوسطة. بعض أنواع الميزوزومات هي أجسام مفصولة عن السيتوبلازم بواسطة غشاء خاص بها. يتم تعبئة العديد من الحويصلات والأنابيب داخل هذه الأكياس الغشائية (الشكل 2). تؤدي هذه الهياكل مجموعة متنوعة من الوظائف في البكتيريا. بعض هذه الهياكل هي نظائرها للميتوكوندريا. ويقوم البعض الآخر بوظائف الشبكة الإندوبلازمية أو جهاز جولجي. عن طريق غزو الغشاء السيتوبلازمي، يتم تشكيل جهاز التمثيل الضوئي للبكتيريا أيضًا. بعد غزو السيتوبلازم، يستمر الغشاء في النمو ويشكل مداخن (الجدول 30)، والتي، قياسًا على حبيبات البلاستيدات الخضراء النباتية، تسمى مداخن الثايلاكويد. في هذه الأغشية، التي غالبًا ما تملأ معظم سيتوبلازم الخلية البكتيرية، يتم تحديد الأصباغ (البكتريوكلوروفيل والكاروتينات) والإنزيمات (السيتوكروم) التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي.

يحتوي سيتوبلازم البكتيريا على الريبوسومات، وجزيئات تخليق البروتين يبلغ قطرها 200 أمبير. هناك أكثر من ألف منهم في القفص. تتكون الريبوسومات من RNA والبروتين. في البكتيريا، توجد العديد من الريبوسومات بحرية في السيتوبلازم، وقد يرتبط بعضها بالأغشية.

الريبوسومات هي مراكز تخليق البروتين في الخلية. وفي الوقت نفسه، غالبًا ما تتصل ببعضها البعض، وتشكل مجاميع تسمى polyribosomes أو polysomes.

غالبًا ما يحتوي سيتوبلازم الخلايا البكتيرية على حبيبات مختلفة الأشكال والأحجام. ومع ذلك، لا يمكن اعتبار وجودها علامة دائمة على وجود كائن حي دقيق؛ فهو عادة ما يرتبط إلى حد كبير بالظروف الفيزيائية والكيميائية للبيئة. تتكون العديد من شوائب السيتوبلازم من مركبات تعمل كمصدر للطاقة والكربون. تتشكل هذه المواد الاحتياطية عندما يتم تزويد الجسم بما يكفي من العناصر الغذائية، وعلى العكس من ذلك، يتم استخدامها عندما يجد الجسم نفسه في ظروف أقل ملاءمة من حيث التغذية.

في العديد من البكتيريا، تتكون الحبيبات من النشا أو السكريات الأخرى - الجليكوجين والحبيبي. عندما تنمو بعض البكتيريا في وسط غني بالسكر، يكون لديها قطرات من الدهون داخل الخلية. نوع آخر واسع الانتشار من الشوائب الحبيبية هو فولوتين (حبيبات ميتاكروماتين). تتكون هذه الحبيبات من بولي ميتافوسفات (مادة احتياطية تحتوي على بقايا حمض الفوسفوريك). يعمل البولي ميتافوسفات كمصدر لمجموعات الفوسفات والطاقة للجسم. من المرجح أن تتراكم البكتيريا الفولوتين في ظل ظروف غذائية غير عادية، مثل الوسائط الخالية من الكبريت. توجد في سيتوبلازم بعض بكتيريا الكبريت قطرات من الكبريت.

بالإضافة إلى المكونات الهيكلية المختلفة، يتكون السيتوبلازم من جزء سائل - الجزء القابل للذوبان. يحتوي على بروتينات وإنزيمات مختلفة وt-RNA وبعض الأصباغ ومركبات ذات وزن جزيئي منخفض - السكريات والأحماض الأمينية.

نتيجة لوجود مركبات ذات وزن جزيئي منخفض في السيتوبلازم ينشأ اختلاف في الضغط الاسموزي لمحتويات الخلية والبيئة الخارجية، وقد يختلف هذا الضغط باختلاف الكائنات الحية الدقيقة. لوحظ أعلى ضغط أسموزي في البكتيريا إيجابية الجرام - 30 ضغطًا جويًا ؛ في البكتيريا سالبة الجرام - أقل بكثير - 4-8 أجهزة الصراف الآلي.

الجهاز النووي. يتمركز المادة النووية، الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (DNA)، في الجزء المركزي من الخلية.

لا تحتوي البكتيريا على نواة مثل الكائنات العليا (حقيقيات النوى)، ولكن لها نظيرها - "المعادل النووي" - النواة (انظر الشكل 2، 8)، وهو شكل أكثر بدائية من الناحية التطورية لتنظيم المادة النووية. يتم تصنيف الكائنات الحية الدقيقة التي ليس لها نواة حقيقية، ولكن لها نظير لها، على أنها بدائيات النوى. جميع البكتيريا بدائيات النوى. في خلايا معظم البكتيريا، يتركز الجزء الأكبر من الحمض النووي في مكان واحد أو عدة أماكن. في الخلايا حقيقية النواة، يقع الحمض النووي في بنية محددة - النواة. النواة محاطة بغشاء.

في البكتيريا، يكون الحمض النووي مكتظًا بشكل أقل إحكامًا، على عكس النوى الحقيقية؛ لا يحتوي النواة على غشاء أو نواة أو مجموعة من الكروموسومات. لا يرتبط الحمض النووي البكتيري بالبروتينات الرئيسية - الهستونات - ويقع في النواة على شكل حزمة من الألياف.

الأسواط. لدى بعض البكتيريا هياكل زائدة على السطح؛ وأكثرها انتشارًا هي الأسواط - وهي أعضاء حركة البكتيريا.

يتم تثبيت السوط تحت الغشاء السيتوبلازمي باستخدام زوجين من الأقراص. قد تحتوي البكتيريا على سوط واحد أو اثنين أو أكثر. موقعهم مختلف: في أحد طرفي الخلية، في طرفين، على السطح بأكمله، وما إلى ذلك (الشكل 9). يبلغ قطر الأسواط البكتيرية 0.01-0.03 ميكرون، ويمكن أن يكون طولها أكبر بعدة مرات من طول الخلية. تتكون الأسواط البكتيرية من بروتين - السوط - وهي عبارة عن خيوط حلزونية ملتوية.

23 إنزيمات أو إنزيمات (من اللات.خميرة، اليونانية ζύμη، ἔνζυμον - خميرة) - عادةً جزيئات البروتين أو جزيئات الحمض النووي الريبي (الريبوزيمات) أو مجمعاتها التي تعمل على تسريع (تحفز) التفاعلات الكيميائية في الأنظمة الحية. تسمى المواد المتفاعلة في التفاعل المحفز بالإنزيم ركائز، وتسمى المواد الناتجة منتجات. الإنزيمات خاصة بالركيزة (ATPase يحفز تحلل ATP فقط، وفوسفوريلاز كيناز يفسفوريليز فقط). يمكن تنظيم نشاط الإنزيم بواسطة المنشطات والمثبطات (تزيد المنشطات، وتقل المثبطات). يتم تصنيع إنزيمات البروتين على الريبوسومات، ويتم تصنيع الحمض النووي الريبي (RNA) في النواة.

وظائف الانزيمات

توجد الإنزيمات في جميع الخلايا الحية وتساعد في تحويل بعض المواد (الركائز) إلى مواد أخرى (المنتجات). تعمل الإنزيمات كمحفزات في جميع التفاعلات الكيميائية الحيوية التي تحدث في الكائنات الحية تقريبًا، فهي تحفز أكثر من 4000 تفاعل كيميائي حيوي مختلف. تلعب الإنزيمات دورًا حيويًا في جميع عمليات الحياة، حيث تقوم بتوجيه وتنظيم عملية التمثيل الغذائي في الجسم.

مثل جميع المحفزات، تعمل الإنزيمات على تسريع التفاعلات الأمامية والعكسية، مما يقلل من طاقة التنشيط للعملية. وفي هذه الحالة، لا ينتقل التوازن الكيميائي إلى الأمام أو إلى الخلف. السمة المميزة للإنزيمات مقارنة بالمحفزات غير البروتينية هي خصوصيتها العالية - يمكن أن يصل ثابت الارتباط لبعض الركائز بالبروتين إلى 10−10 مول/لتر أو أقل. كل جزيء إنزيم قادر على إجراء ما بين عدة آلاف إلى عدة ملايين من "العمليات" في الثانية. على سبيل المثال، جزيء واحد من إنزيم الرينين، الموجود في الغشاء المخاطي للمعدة في العجل، يخثر حوالي 106 جزيئات من كازينوجين الحليب في 10 دقائق عند درجة حرارة 37 درجة مئوية. علاوة على ذلك، فإن كفاءة الإنزيمات أعلى بكثير من كفاءة المحفزات غير البروتينية - فالإنزيمات تسرع التفاعلات بملايين ومليارات المرات، والمحفزات غير البروتينية - بمئات وآلاف المرات. انظر أيضًا الإنزيم المثالي التحفيزي

الخصائص الأساسية للإنزيمات

تتمتع الإنزيمات، كونها بروتينات، بعدد من الخصائص المميزة لهذه الفئة من المركبات العضوية والتي تختلف عن خصائص المحفزات غير العضوية.

القدرة الحرارية للإنزيمات. يعتمد معدل التفاعلات الكيميائية على درجة الحرارة، لذا فإن التفاعلات المحفزة بالإنزيم تكون أيضًا حساسة للتغيرات في درجة الحرارة. لقد ثبت أن معدل معظم التفاعلات الكيميائية الحيوية يزداد بمقدار مرتين مع زيادة درجة الحرارة بمقدار 10 درجات مئوية، وعلى العكس من ذلك، ينخفض ​​بمقدار مرتين مع انخفاض درجة الحرارة بمقدار 10 درجات مئوية. ويسمى هذا المؤشر معامل درجة الحرارة. ومع ذلك، نظرًا لطبيعة الإنزيم البروتينية، فإن التمسخ الحراري مع زيادة درجة الحرارة سوف يقلل من التركيز الفعال للإنزيم مع انخفاض مماثل في معدل التفاعل. وهكذا، عند درجة حرارة لا تزيد عن 45-50 درجة مئوية، يزداد معدل التفاعل وفقا لنظرية الحركية الكيميائية. عند درجات حرارة أعلى من 50 درجة مئوية، يبدأ التمسخ الحراري لبروتين الإنزيم في التأثير بشكل كبير على معدل التفاعل، مما يؤدي إلى التوقف الكامل للعملية الأنزيمية (الشكل 4.16).

وبالتالي، فإن القابلية للحرارة، أو الحساسية لزيادة درجة الحرارة، هي إحدى الخصائص المميزة للإنزيمات التي تميزها بشكل حاد عن المحفزات غير العضوية. وفي وجود الأخير، يزداد معدل التفاعل بشكل كبير مع زيادة درجة الحرارة (انظر المنحنى "أ" في الشكل 4.16). عند درجة حرارة 100 درجة مئوية، تفقد جميع الإنزيمات تقريبًا نشاطها (الاستثناء الوحيد، بالطبع، هو إنزيم واحد من الأنسجة العضلية - الميوكيناز، الذي يمكنه تحمل التسخين حتى 100 درجة مئوية). درجة الحرارة المثلى لعمل معظم الإنزيمات في الحيوانات ذوات الدم الحار هي 40 درجة مئوية؛ في ظل هذه الظروف، يكون معدل التفاعل هو الحد الأقصى بسبب زيادة الطاقة الحركية للجزيئات المتفاعلة. في درجات الحرارة المنخفضة (0 درجة مئوية أو أقل)، لا يتم تدمير الإنزيمات، كقاعدة عامة، على الرغم من انخفاض نشاطها إلى الصفر تقريبًا. وفي جميع الأحوال فإن وقت التعرض لدرجة الحرارة المناسبة هو المهم. حاليًا، بالنسبة للبيبسين والتربسين وعدد من الإنزيمات الأخرى، تم إثبات وجود علاقة مباشرة

أرز. 4.17. اعتماد معدل التفاعل المحفز بالإنزيم على الرقم الهيدروجيني (يشير السهم إلى الرقم الهيدروجيني الأمثل).

بين معدل تعطيل الإنزيم ودرجة تمسخ البروتين. تجدر الإشارة إلى أن القابلية الحرارية للإنزيمات تتأثر بالتأكيد بتركيز الركيزة ودرجة الحموضة في البيئة وعوامل أخرى. اعتماد نشاط الانزيم على الرقم الهيدروجيني للبيئة. عادة ما تكون الإنزيمات أكثر نشاطًا داخل منطقة ضيقة من تركيز أيون الهيدروجين، والتي تتوافق بشكل أساسي مع الأنسجة الحيوانية مع قيم الرقم الهيدروجيني الفسيولوجية البالغة 6.0-8.0 التي تم تطويرها أثناء عملية التطور. عند رسمه بيانيًا، يكون للمنحنى على شكل جرس نقطة محددة يظهر عندها الإنزيم أقصى نشاط؛ وتسمى هذه النقطة الرقم الهيدروجيني الأمثل للبيئة لعمل هذا الإنزيم (الشكل 4.17). عند تحديد اعتماد نشاط الإنزيم على تركيز أيونات الهيدروجين، يتم التفاعل عند قيم pH مختلفة للوسط، عادة عند درجة حرارة مثالية ووجود تركيزات عالية (مشبعة) من الركيزة. في الجدول يوضح الجدول 4.3 قيم الرقم الهيدروجيني الأمثل لعدد من الإنزيمات.

من البيانات في الجدول. 4.3 يمكن ملاحظة أن الرقم الهيدروجيني الأمثل لعمل الإنزيم يقع ضمن القيم الفسيولوجية. الاستثناء هو البيبسين، الذي يكون الرقم الهيدروجيني الأمثل له هو 2.0 (عند الرقم الهيدروجيني 6.0 فهو غير نشط ومستقر). وأوضح هذا أولا، التنظيم الهيكليجزيئات الإنزيم، وثانيًا، حقيقة أن البيبسين هو أحد مكونات عصير المعدة الذي يحتوي على حمض الهيدروكلوريك الحر، مما يخلق بيئة حمضية مثالية لعمل هذا الإنزيم. من ناحية أخرى، فإن الرقم الهيدروجيني الأمثل للأرجيناز يقع في المنطقة القلوية للغاية (حوالي 10.0)؛ لا توجد مثل هذه البيئة في خلايا الكبد، لذلك، في الجسم الحي، يبدو أن الأرجيناز لا يعمل في منطقة الرقم الهيدروجيني الأمثل.

وفقًا للمفاهيم الحديثة، فإن تأثير التغيرات في درجة الحموضة البيئية على جزيء الإنزيم هو التأثير على حالة ودرجة تأين المجموعات الحمضية والأساسية (على وجه الخصوص، مجموعة COOH من الأحماض الأمينية ثنائية الكربوكسيل، مجموعة SH من السيستين ، نيتروجين الإيميدازول من الهستيدين، مجموعة NH 2 ليسين، وما إلى ذلك). مع التحولات الحادة عن الرقم الهيدروجيني الأمثل للبيئة، يمكن أن تخضع الإنزيمات لتغيرات تكوينية، مما يؤدي إلى فقدان النشاط بسبب تمسخ الطبيعة أو تغيير في شحنة جزيء الإنزيم. عند قيم الأس الهيدروجيني المختلفة للوسط، يمكن أن يكون المركز النشط في شكل متأين جزئيًا أو غير متأين، مما يؤثر على البنية الثلاثية للبروتين، وبالتالي تكوين مجمع الركيزة الإنزيمي النشط. وبالإضافة إلى ذلك، فإن حالة التأين للركائز والعوامل المساعدة مهمة.

خصوصية الانزيم. تتمتع الإنزيمات بخصوصية عالية في العمل. غالبًا ما تميزها هذه الخاصية بشكل كبير عن المحفزات غير العضوية. وبالتالي، يمكن للبلاتين والبلاديوم المطحون جيدًا أن يحفز التخفيض (بمشاركة الهيدروجين الجزيئي) لعشرات الآلاف مركبات كيميائيةهياكل مختلفة. يتم تحديد الخصوصية العالية للإنزيم، كما لوحظ، من خلال التكامل المطابق والكهروستاتيكي بين جزيئات الركيزة للإنزيم والتنظيم الهيكلي الفريد للمركز النشط، مما يوفر "التعرف" والتقارب العالي والانتقائية لحدوث تفاعل واحد من بين آلاف التفاعلات الكيميائية الأخرى التي تحدث في وقت واحد في خلايا الكائنات الحية.

اعتمادًا على آلية العمل، تتميز الإنزيمات ذات الخصوصية النسبية (أو المجموعة) والمطلقة. وبالتالي، بالنسبة لعمل بعض الإنزيمات المحللة، فإن نوع الرابطة الكيميائية في جزيء الركيزة له أهمية قصوى. على سبيل المثال، يقوم البيبسين بتكسير البروتينات ذات الأصل الحيواني والنباتي بنفس القدر، على الرغم من حقيقة أن هذه البروتينات تختلف بشكل كبير عن بعضها البعض سواء في التركيب الكيميائي أو تكوين الأحماض الأمينية أو في الخواص الفيزيائية والكيميائية. ومع ذلك، البيبسين لا يكسر الكربوهيدرات أو الدهون. ويفسر ذلك حقيقة أن نقطة التطبيق وموقع عمل البيبسين هي رابطة الببتيد -CO-NH. بالنسبة لعمل الليباز، الذي يحفز التحلل المائي للدهون إلى جلسرين وأحماض دهنية، فإن الموقع المماثل هو رابطة الإستر. التربسين، الكيموتربسين، الببتيداز، والإنزيمات التي تحلل روابط α-glycosidic (ولكن ليس روابط β-glycosidic الموجودة في السليلوز) في السكريات، وما إلى ذلك لها خصوصية جماعية مماثلة، عادةً، تشارك هذه الإنزيمات في عملية الهضم، وتكون خصوصية مجموعتها على الأرجح أن كل شيء له معنى بيولوجي معين. تتمتع بعض الإنزيمات داخل الخلايا أيضًا بخصوصية نسبية، على سبيل المثال، الهيكسوكيناز، الذي يحفز الفسفرة لجميع السداسيات تقريبًا في وجود ATP، على الرغم من وجود إنزيمات محددة لكل سداسي في الخلايا في نفس الوقت تؤدي نفس الفسفرة (انظر الفصل 10).

الخصوصية المطلقة للعمل هي قدرة الإنزيم على تحفيز تحويل ركيزة واحدة فقط. أي تغييرات (تعديلات) في بنية الركيزة تجعلها غير قابلة للوصول إلى عمل الإنزيم. ومن أمثلة هذه الإنزيمات أرجيناز، الذي يكسر الأرجينين في الظروف الطبيعية (في الجسم)، واليورياز، الذي يحفز انهيار اليوريا، وما إلى ذلك.

هناك أدلة تجريبية على وجود ما يسمى بالخصوصية الكيميائية المجسمة، وذلك بسبب وجود أيزومرات بصرية L- وD أو هندسية (cis- وtrans-) أيزومرات المواد الكيميائية. وهكذا، فإن أكاسيداز الأحماض الأمينية L وD معروفة، على الرغم من وجود الأحماض الأمينية L فقط في البروتينات الطبيعية. يعمل كل نوع من الأكسيداز فقط على الأيزومر الفراغي الخاص به.

مثال واضح على الخصوصية الكيميائية المجسمة هو الأسبارتات ديكاربوكسيلاز البكتيري، الذي يحفز إزالة ثاني أكسيد الكربون فقط من حمض الأسبارتيك، وتحويله إلى ألانين. يتم عرض الخصوصية المجسمة بواسطة الإنزيمات التي تحفز التفاعلات الاصطناعية. وهكذا، من الأمونيا و α-كيتوجلوتارات، يتم تصنيع حمض L-isomerglutamic، وهو جزء من البروتينات الطبيعية، في جميع الكائنات الحية. إذا كان المركب موجودًا في شكل رابطة الدول المستقلة وأيزومرات ترانس مع ترتيبات مختلفة لمجموعات الذرات حول الرابطة المزدوجة، كقاعدة عامة، يمكن أن يكون واحد فقط من هذه الأيزومرات الهندسية بمثابة ركيزة لعمل الإنزيم. على سبيل المثال، يحفز فوماراز تحويل حمض الفوماريك فقط (الأيزومر المتحول)، لكنه لا يعمل على حمض الماليك (أيزومر رابطة الدول المستقلة):

وبالتالي، نظرًا لخصوصية عملها العالية، تضمن الإنزيمات حدوث تفاعلات كيميائية معينة فقط من مجموعة كبيرة ومتنوعة من التحولات المحتملة بسرعة عالية في الفضاء الميكروي للخلايا والكائن الحي بأكمله، وبالتالي تنظيم كثافة عملية التمثيل الغذائي.

دور الانزيمات في عملية التمثيل الغذائي.

يلعب علم الأحياء الدقيقة دورًا حيويًا في تاريخ البشرية. يعود أصل هذا العلم إلى القرنين السادس والخامس قبل الميلاد. ه. في تلك الأوقات البعيدة، بدأ الناس يدركون بالفعل أن الأمراض لا تظهر بهذه الطريقة. ويحدث هذا بسبب الكائنات الحية الدقيقة غير المرئية للعين. كيف نشأ العلم وتشكل؟

ما هو علم الأحياء الدقيقة؟

علم الأحياء الدقيقة هو العلم الذي يهتم ببحث ودراسة العمليات الحياتية لمختلف الكائنات الحية الدقيقة التي لا يمكن رؤيتها بدون معدات خاصة. يمكن أن يكون لديهم أنواع مختلفة من الأصل: نبات، حيوان. أحد العلوم الأساسية هو علم الأحياء الدقيقة. ويتم استخدام العديد من العلوم الأخرى في دراستها المتعمقة، وهي:

• كيمياء؛
• الفيزياء؛
• علم الخلية؛
• علم الأحياء، الخ.

هناك نوعان فقط من علم الأحياء الدقيقة: عام، فردي. يتعامل علم الأحياء الدقيقة العام مع دراسة البنية والعمليات الحياتية للكائنات الحية الدقيقة الصغيرة على مختلف المستويات. ويتعامل علم الأحياء الدقيقة الفردي (أو الخاص) مع دراسة الأنواع الفردية من الميكروبات.

في القرن التاسع عشر، ساهم التقدم في مجال الطب، وخاصة علم الأحياء الدقيقة، في تشكيل علم المناعة، والذي يعتبر اليوم نظامًا بيولوجيًا عامًا. في تطور علم الأحياء الدقيقة يمكن التمييز بين ثلاث مراحل رئيسية:

1. الكشف عن حقيقة وجود كائنات دقيقة صغيرة في الطبيعة لا يمكن اكتشافها بدون معدات خاصة.
2. تمايز الأنواع.
3. دراسة المناعة والأمراض (المعدية).

المهمة الرئيسية لعلم الأحياء الدقيقة هي الدراسة التفصيلية لخصائص الكائنات الحية الدقيقة. ولهذا الغرض، يتم استخدام معدات خاصة، على سبيل المثال، المجاهر. وبمساعدتهم، يمكنك رؤية الكائنات الصغيرة وتحديد شكلها وموقعها. في الطب، يتم إجراء تجربة عندما يتم زرع الكائنات الحية الدقيقة الصغيرة عمدا في حيوان سليم. وهذا يساعد على إعادة بناء ودراسة كل مرحلة من مراحل العدوى.

المستكشف الفرنسي لويس باستور

في 27 ديسمبر 1822، ولد العالم العظيم المستقبلي لويس باستور في شرق فرنسا. في سن مبكرة كان مهتمًا بمجال الفن. لكنه أصبح فيما بعد مهتما بالعلوم الطبيعية. درس في باريس في المدرسة الثانوية. بعد أن أنهى دراسته، كان مقدرًا له أن يصبح مدرسًا للعلوم.

ب 48 السنة التاسعة عشرةالقرن، قدم لويس نتائج بحثه العلمي. كان هو الذي قدم الدليل على أن حمض الطرطريك يحتوي على نوعين من البلورات التي تستقطب الضوء بطرق مختلفة تمامًا. كان هذا الحدث الهام بمثابة بداية نجاحه الرائع في العلوم.

لويس باستور هو مخترع علم الأحياء الدقيقة. قبل أن يبدأ عمله، افترض العلماء فقط أن الخميرة هي التي تشكل العملية الكيميائية. وقد تمكن لويس باستور، بعد إجراء سلسلة من الدراسات، من إثبات هذه الحقيقة. واكتشف أن هناك نوعين من هذه الكائنات الحية الدقيقة: بعضها يشكل الكحول، والبعض الآخر يدمره. في وقت لاحق، كان قادرا على معرفة أنه مع التسخين البطيء، يتم تدمير البكتيريا غير الضرورية، مما زاد بشكل كبير من جودة المنتجات التي تحتوي على الكحول.

كان العالم مهتمًا أيضًا بتكوين العفن على الطعام. وأثبت لاحقًا أن العفن ناتج عن جراثيم موجودة في البيئة. كلما قل عددها في الفضاء، كلما كان فساد الطعام أبطأ.

ساعد بحثه في إنقاذ صناعة الحرير في فرنسا. وكذلك حياة العديد من البشر، لأنه هو الذي اخترع لقاح داء الكلب.

العالم الألماني روبرت كوخ

يعتبر كوخ روبرت معاصرًا لـ Pastser. حدثت ولادته في ديسمبر 1843. في سن 23، تخرج من الجامعة الطبية وحصل على دبلوم، وبعد ذلك عمل في العديد من المؤسسات الطبية.

بدأت حياته المهنية الهامة بالعمل كعالم بكتيريا. درس الجمرة الخبيثة على الحيوانات المريضة. وكشف بحثه أن الأفراد المصابين لديهم الكثير من الكائنات الحية الدقيقة الأجنبية التي لا تمتلكها الحيوانات السليمة. وكانت هذه البكتيريا على شكل قضيب.

أصبح كوخ فيما بعد مهتمًا بمرض السل. أجريت الدراسات الأولى على جثة عامل مات بسبب الاستهلاك. لم تؤد الدراسة التفصيلية للأعضاء إلى تحديد البكتيريا المسببة للأمراض. ثم اقترح كوخ أن تكون العينات ملونة. وبالفعل لاحظ العالم وجود بعض العصي بين أنسجة الرئة. بعد ذلك، طور روبرت كوخ لقاحًا ضد مرض السل، لكنه لم يتمكن من علاج المرض، لكنه حدد بنسبة 100% ما إذا كان المريض مصابًا أم لا. ولا يزال هذا اللقاح قيد الاستخدام حتى اليوم.

ظهور علم الأحياء الدقيقة

واجه الإنسان آثار النشاط الحيوي للكائنات الحية الدقيقة في وقت أبكر بكثير من اكتشافها الرسمي. قام الناس بتخمير الحليب والعجين المخمر والنبيذ عمدًا. وحتى في أعمال العالم اليوناني القديم، تم العثور على سطور حول ما يقترحه حول العلاقة بين الأمراض والأبخرة المسببة للأمراض الخطيرة.

أكد أنتوني فان ليفينهوك هذه التخمينات بمساعدة عدسة مكبرة اخترعها. وبمساعدتها، تمكن أنتوني من فحص الأشياء المحيطة. واتضح أن كائنات صغيرة تعيش على هذه الأشياء غير مرئية بالعين المجردة. لكنه لم يتمكن قط من إثبات مشاركتهم في إصابة الناس بأمراض خطيرة.

تم توفير العلاج الوقائي في المنزل للوقاية من الأمراض من قبل الهندوس. في عام 1771، في موسكو، استخدم طبيب عسكري لأول مرة تطهير ممتلكات الأشخاص المصابين بالطاعون، وقام أيضًا بتطعيم أولئك الذين كانوا على اتصال بالمصابين.

القصة الأكثر روعة تدور حول اكتشاف التطعيم ضد الجدري. كما استخدمه الفرس والأتراك والصينيون. لقد حدث الأمر على هذا النحو: تم إدخال البكتيريا الضعيفة إلى الشخص، لأنه كان يعتقد أن المرض سيكون أسهل بهذه الطريقة. وأشار الطبيب الإنجليزي إدوارد جينر إلى أن معظم الأشخاص الذين لا يصابون بالجدري لم يصابوا بالعدوى من خلال الاتصال الوثيق مع المصابين. وقد لوحظت هذه الحقيقة في الحلابات اللاتي كن على اتصال بأبقار مصابة بالجدري. استمرت دراسة هذه الحقيقة حوالي 10 سنوات. ونتيجة لذلك، قام العالم بحقن دم البقرة المريضة في صبي سليم. وفي وقت لاحق، قام جينر بتطعيم الشاب بجراثيم شخص مريض. هكذا تم اكتشاف اللقاح الذي بفضله تحرر الناس من هذا المرض الرهيب.

البحث من قبل العلماء المحليين

إن أشهر الاكتشافات في مجال علم الأحياء الدقيقة، والتي قام بها باحثون علميون من جميع أنحاء العالم، توضح أنه يمكن التغلب على أي مرض تقريبًا. استثمار ضخم في التكوين العلم الحديثساهم بها الباحثون المحليون. تعرف بيتر الأول في عام 1698 على ليفينهوك، الذي بدوره أطلعه على كيفية عمل المجهر.

إل إس. نشر تسينكوفسكي كتابه بحث علمي، حيث تم تصنيف الكائنات الحية الدقيقة على أنها كائنات ذات أصل نباتي. كما استخدم أساليب باستور في مكافحة الجمرة الخبيثة.

أنا. صاغ متشنيكوف نظرية المناعة. لقد قدم حججًا قوية مفادها أن العديد من خلايا الجسم لديها كل الفرص لقمع البكتيريا الفيروسية بمفردها. أصبحت دراساته الأساس لدراسة الالتهاب. درس ميتشنيكوف جسم الإنسان وسعى إلى فهم سبب تقدمه في السن. أراد الأستاذ إيجاد طريقة من شأنها زيادة متوسط ​​العمر المتوقع. كان يعتقد أن العناصر السامة التي تنشأ أثناء نشاط الكائنات الحية الدقيقة المتعفنة تسمم جسم الإنسان. وفقا لمتشنيكوف، يجب أن يكون الجسم مليئا بالكائنات الحية الدقيقة الموجودة في الحليب المخمر، والتي تثبط الكائنات الحية الدقيقة الضارة. ويعتقد البروفيسور أنه بهذه الطريقة يمكن زيادة متوسط ​​العمر المتوقع بشكل كبير.

درس متشنيكوف عددًا كبيرًا من الأمراض الخطيرة: السل والتيفوئيد والكوليرا وغيرها الكثير.

علم الأحياء الدقيقة التقنية

يدرس علم الأحياء الدقيقة التقني البكتيريا المستخدمة في إنتاج الفيتامينات وبعض المواد. تعتبر المشكلة الرئيسية في هذا المجال هي نمو التقنيات العلمية والتقنية في التصنيع (خاصة في قطاع الأغذية).

إن إتقان علم الأحياء الدقيقة الصناعي يوجه المتخصص إلى الحاجة إلى الامتثال الدقيق لجميع المعايير الصحية المقبولة عمومًا في الإنتاج. ومن خلال دراسة هذا العلم، يمكنك منع تلف العديد من المنتجات. يتم دراسة الموضوع بشكل أكبر من قبل خبراء المستقبل في صناعة المواد الغذائية.

تقنيات مبتكرة

علم الأحياء الدقيقة هو أساس التقنيات المبتكرة. لم يتم بعد دراسة الكائنات الحية الدقيقة وعالمها بشكل كامل. يعتقد معظم العلماء أنه بمساعدة الكائنات الحية الدقيقة، من الممكن تطوير تقنيات لن يكون لها نظائرها. إنها التكنولوجيا الحيوية التي ستصبح الأساس لأحدث الاكتشافات التكنولوجية.

عند استكشاف رواسب النفط والفحم، يتم استخدام البكتيريا. ليس سرا أن احتياطيات الوقود بدأت تنفد بالفعل. ولذلك، يوصي العلماء بالفعل باستخدام الطرق الميكروبيولوجية لاستخراج الكحول من مصادر متجددة.

سوف تساعد التقنيات الميكروبيولوجية في التغلب على مشاكل البيئة والطاقة. ومع ذلك، فإن المعالجة الميكروبيولوجية للمخلفات العضوية تجعل من الممكن تنظيف البيئة، وكذلك الحصول على غاز حيوي ليس أقل شأنا من الغاز الطبيعي. ولا يتطلب هذا النوع من طرق استخراج الوقود نفقات كبيرة. يوجد اليوم في الطبيعة كمية كبيرة من المواد المستخدمة للمعالجة.

يعتقد العديد من العلماء المعاصرين أن علم الأحياء في المستقبل هو الذي سيجعل من الممكن التغلب على العديد من صعوبات الطاقة والبيئة التي لديها كل فرصة للظهور في أقصر وقت ممكن.

لقد مر علم الأحياء الدقيقة بمسار تطور طويل يقدر بآلاف السنين. موجودة مسبقا الألفية الخامسة إلى الرابعةقبل الميلاد. لقد استمتع الإنسان بثمار نشاط الكائنات الحية الدقيقة دون أن يعلم بوجودها. صناعة النبيذ وخبز الخبز وصناعة الجبن ودباغة الجلود ليست أكثر من عمليات تتم بمشاركة الكائنات الحية الدقيقة. ثم، في العصور القديمة، افترض العلماء والمفكرون أن العديد من الأمراض ناجمة عن بعض الأسباب الدخيلة غير المرئية للطبيعة الحية.

وبالتالي، نشأ علم الأحياء الدقيقة قبل وقت طويل من عصرنا. لقد مر في تطوره بعدة مراحل، لم تكن مرتبطة بتسلسل زمني بقدر ما تحدده الإنجازات والاكتشافات الرئيسية.

يمكن تقسيم تاريخ تطور علم الأحياء الدقيقة إلى خمس مراحل: الإرشادية والمورفولوجية والفسيولوجية والمناعية والوراثية الجزيئية.

ترتبط الفترة الإرشادية (الألفية الرابعة والثالثة قبل الميلاد - القرن السادس عشر الميلادي) بالأساليب المنطقية والمنهجية للعثور على الحقيقة، أي. الاستدلال من أي التجارب والأدلة. قام المفكرون في ذلك الوقت (أبقراط، الكاتب الروماني فارو، وما إلى ذلك) بوضع افتراضات حول طبيعة الأمراض المعدية، والميازما، والحيوانات الصغيرة غير المرئية. وقد صيغت هذه الأفكار في فرضية متماسكة بعد عدة قرون في كتابات الطبيب الإيطالي د. فراكاستورو (1478 - 1553) الذي عبر عن فكرة العدوى الحية (contagium vivum) التي تسبب المرض. علاوة على ذلك، فإن كل مرض سببه عدوى خاصة به. ولحماية أنفسهم من الأمراض، أوصوا بعزل المريض والحجر الصحي وارتداء الأقنعة ومعالجة الأشياء بالخل.

وهكذا كان د. فراكاستورو أحد مؤسسي علم الأوبئة، أي علم أسباب وظروف وآليات تكوين الأمراض وطرق الوقاية منها.

ومع ذلك، أصبح إثبات وجود مسببات الأمراض غير المرئية ممكنا بعد اختراع المجهر. تعود الأولوية في اكتشاف الكائنات الحية الدقيقة إلى عالم الطبيعة الهولندي للهواة أنطونيو ليوينهوك (1 ب 32 - 1723). كان تاجر الكتان A. Levenguk مغرمًا بطحن الزجاج وقد أوصل هذا الفن إلى الكمال، حيث قام ببناء مجهر جعل من الممكن تكبير الأشياء المعنية بمقدار 300 مرة.

من خلال دراسة أشياء مختلفة تحت المجهر (مياه المطر، الحقن، لوحة الأسنان، الدم، البراز، الحيوانات المنوية)، لاحظ أ. ليفينهوك أصغر الحيوانات، والتي أطلق عليها اسم "الحيوانات". أبلغ A. Leeuwenhoek بانتظام ملاحظاته إلى الجمعية الملكية في لندن، وفي عام 1695 لخصها في كتاب "أسرار الطبيعة التي اكتشفها أنتوني ليوينهوك".

وهكذا، مع اختراع المجهر من قبل A. Leeuwenhoek، تبدأ المرحلة التالية في تطور علم الأحياء الدقيقة، والتي تسمى المورفولوجية.

جذب اكتشاف A. Leeuwenhoek اهتمامًا كبيرًا من المتخصصين، وكان لديه العديد من الطلاب والأتباع. ومع ذلك، ظلت الأسئلة حول ظهور الكائنات الحية الدقيقة وظروف معيشتها والغرض منها ومشاركتها في حدوث الأمراض التي تصيب الإنسان غير واضحة. وقد حصلت هذه الأسئلة فيما بعد على إجابات واضحة في دراسات العديد من العلماء.

وعلى الرغم من أن ظهور الأمراض كان مرتبطًا بالكائنات الحية الدقيقة المكتشفة الآن، إلا أن هناك حاجة إلى أدلة مباشرة. وقد حصل عليها عالم الأوبئة الروسي د. سامويلوفيتش (1744 - 1805). ولإثبات أن الطاعون سببه عامل ممرض خاص، أصاب نفسه بإفرازات دبل شخص يعاني من الطاعون وأصيب بالطاعون. لحسن الحظ، نجا د. سامويلوفيتش. بعد ذلك، تم إجراء تجارب بطولية على العدوى الذاتية لإثبات عدوى كائن حي دقيق معين من قبل الأطباء الروس ج.ن.مينخ وأو.أو.موتشوتكوفسكي،إ.ي.ميتشنيكوف وآخرين.

تم حل مسألة طريقة ظهور وتكاثر الكائنات الحية الدقيقة في نزاع مع نظرية التوليد التلقائي السائدة آنذاك. على الرغم من أن العالم الإيطالي ل. سبالانزاني في منتصف القرن الثامن عشر. لاحظ تقسيم البكتيريا تحت المجهر، ولم يتم دحض الرأي القائل بأنها تتولد ذاتيًا (تنشأ من التعفن والأوساخ وما إلى ذلك).

وقد قام بذلك العالم الفرنسي المتميز لويس باستور (1822 - 1895) الذي أظهر في تجربة بارعة كانت بارعة في بساطتها عدم وجود التولد التلقائي. وضع L. Pasteur مرقًا معقمًا في دورق يتواصل مع الهواء الجوي من خلال أنبوب منحني على شكل حرف S. في مثل هذه القارورة المفتوحة بشكل أساسي، ظل المرق شفافا عند الوقوف لفترة طويلة، لأن انحناء الأنبوب لم يسمح للكائنات الحية الدقيقة باختراق الغبار من الهواء إلى القارورة.

التطور السريع لعلم الأحياء الدقيقة في القرن التاسع عشر. أدى إلى اكتشاف العوامل المسببة للعديد من الأمراض المعدية (الجمرة الخبيثة والطاعون والكزاز والدفتيريا والدوسنتاريا والكوليرا والسل وغيرها).

أخيرا، في عام 1892، اكتشف عالم النبات الروسي D. I. Ivanovsky (1864. 1920) الفيروسات - ممثلو مملكة فيرا. مرت هذه الكائنات الحية عبر المرشحات التي تحتفظ بالبكتيريا، ولذلك سميت بالفيروسات القابلة للترشيح. أولاً، تم اكتشاف الفيروس المسبب لمرض التبغ المعروف باسم “فسيفساء التبغ”، ثم فيروس مرض الحمى القلاعية والحمى الصفراء والعديد من الفيروسات الأخرى. ومع ذلك، أصبح من الممكن رؤية الجسيمات الفيروسية فقط بعد اختراع المجهر الإلكتروني، حيث أن الفيروسات غير مرئية في المجاهر الضوئية. تضم مملكة الفيروسات (فيرا) حتى الآن ما يصل إلى 1000 نوع من الفيروسات المسببة للأمراض. ولم يتم اكتشاف عدد من الفيروسات الجديدة إلا مؤخرًا، بما في ذلك الفيروس المسبب لمرض الإيدز.

ولا شك أن فترة اكتشاف الفيروسات والبكتيريا الجديدة ستستمر. كان اكتشاف الكائنات الحية الدقيقة الجديدة مصحوبًا بدراسة ليس فقط بنيتها، ولكن أيضًا نشاط حياتها. لذلك، يُطلق على القرن التاسع عشر، وخاصة النصف الثاني منه، عادةً الفترة الفسيولوجية في تطور علم الأحياء الدقيقة. وترتبط هذه المرحلة باسم ل. باستور، الذي أصبح مؤسس علم الأحياء الدقيقة الطبية، وكذلك علم المناعة والتكنولوجيا الحيوية.

قام L. Pasteur، وهو مجرب متعدد الاستخدامات ورائع وعضو في الأكاديمية الفرنسية للطب، بعدد من الاكتشافات المتميزة. وفي فترة قصيرة من عام 1857 إلى عام 1885، أثبت أن التخمر (حمض اللاكتيك، الكحولي، حمض الأسيتيك) ليس عملية كيميائية، بل تحدث بسبب الكائنات الحية الدقيقة. دحض نظرية التوليد التلقائي؛ اكتشف ظاهرة اللاهوائية، أي. إمكانية عيش الكائنات الحية الدقيقة في غياب الأكسجين. وضع أسس التطهير والتعقيم والمطهرات؛ اكتشف طريقة للحماية من الأمراض المعدية من خلال التطعيم.

جلبت العديد من اكتشافات L. Pasteur فوائد عملية هائلة للإنسانية. عن طريق التسخين (البسترة)، تم التغلب على أمراض البيرة والنبيذ ومنتجات حمض اللاكتيك التي تسببها الكائنات الحية الدقيقة؛ تم تقديم المطهرات لمنع المضاعفات القيحية للجروح. استنادا إلى مبادئ L. Pasteur، تم تطوير العديد من اللقاحات لمكافحة الأمراض المعدية.

ومع ذلك، فإن أهمية أعمال L. Pasteur تتجاوز مجرد هذه الإنجازات العملية. جلب L. Pasteur علم الأحياء الدقيقة والمناعة إلى مواقع جديدة بشكل أساسي، وأظهر دور الكائنات الحية الدقيقة في حياة الناس، والاقتصاد، والصناعة، وعلم الأمراض المعدية، ووضع المبادئ التي يتطور بها علم الأحياء الدقيقة والمناعة في عصرنا.

بالإضافة إلى ذلك، كان L. Pasteur مدرسًا متميزًا ومنظمًا للعلوم. معهد باستور بباريس تأسس عام 1888 العلاجات الشعبية، ولا تزال واحدة من المؤسسات العلمية الرائدة في العالم. وليس من قبيل الصدفة أن يتم اكتشاف فيروس نقص المناعة البشرية (HIV) من قبل عالم هذا المعهد L. Montagnier (في نفس الوقت الذي اكتشف فيه الأمريكي R. Gallo).

وترتبط الفترة الفسيولوجية في تطور علم الأحياء الدقيقة أيضًا باسم العالم الألماني روبرت كوخ، الذي طور طرقًا للحصول على مزارع نقية من البكتيريا، وصبغ البكتيريا أثناء الفحص المجهري، والتصوير المجهري. ومن المعروف أيضًا أن ثالوث كوخ الذي صاغه ر. كوخ، والذي لا يزال يستخدم لتحديد العامل المسبب للمرض.

تم اكتشاف عمل L. باستور في مجال التطعيم عصر جديدفي تطوير علم الأحياء الدقيقة، يسمى بحق "المناعة".

مبدأ التوهين (الإضعاف) للكائنات الحية الدقيقة من خلال الممرات عبر حيوان حساس أو عن طريق الاحتفاظ بالكائنات الحية الدقيقة في ظروف غير مواتية (درجة الحرارة والتجفيف) سمح لـ L. Pasteur بالحصول على لقاحات ضد داء الكلب والجمرة الخبيثة وكوليرا الدجاج. ولا يزال هذا المبدأ مستخدمًا في تحضير اللقاحات. وبالتالي، فإن L. Pasteur هو مؤسس علم المناعة العلمي، على الرغم من أنه كان معروفا قبله طريقة الوقاية من الجدري عن طريق إصابة الأشخاص بجدري البقر، التي طورها الطبيب الإنجليزي E. Jenner. ومع ذلك، لم يتم توسيع هذه الطريقة لتشمل الوقاية من أمراض أخرى.

بعد عمل L. Pasteur، ظهرت العديد من الدراسات التي حاولت شرح أسباب وآليات تكوين المناعة بعد التطعيم. لعبت أعمال I. I. Mechnikov و P. Ehrlich دورا بارزا في هذا.

طرح الكيميائي الألماني P. Ehrlich نظرية المناعة الخلطية (من الفكاهة اللاتينية - السائل). ورأى أن المناعة تنشأ نتيجة تكوين أجسام مضادة في الدم تعمل على تحييد السم. تم تأكيد ذلك من خلال اكتشاف مضادات السموم - الأجسام المضادة التي تحيد السموم في الحيوانات التي تم حقنها بسم الخناق أو الكزاز (E. Bering، S. Kitazato). ومع ذلك، أظهرت دراسات I. I. Mechnikov (1845 - 1916) أن الخلايا الخاصة، الكبيرة والميكروفاجية، تلعب دورًا رئيسيًا في تكوين المناعة. تمتص هذه الخلايا وتهضم الجزيئات الغريبة، بما في ذلك البكتيريا. I. I. أثبتت دراسات ميتشنيكوف حول البلعمة بشكل مقنع أنه بالإضافة إلى المناعة الخلطية، هناك مناعة خلوية. I. I. Mechnikov، أقرب مساعد وأتباع L. Pasteur، يعتبر بجدارة أحد مؤسسي علم المناعة. وقد وضع عمله الأساس لدراسة الخلايا ذات الكفاءة المناعية الأساس المورفولوجيالجهاز المناعي ووحدته و الجوهر البيولوجي. تتميز الفترة المناعية باكتشاف التفاعلات الرئيسية للجهاز المناعي تجاه المواد الغريبة وراثيا (المستضدات): تكوين الأجسام المضادة والبلعمة/فرط الحساسية المتأخر (DTH)، فرط الحساسية الفوري (IHT)، التحمل، الذاكرة المناعية. HRT وHNT هما تفاعلان أساسيان للحساسية (من الكلمة اليونانية allos - أخرى وergon - عمل)، أي الأمراض التي تتميز بأعراض سريرية معينة بسبب رد فعل غير نمطي ومنحرف لمستضد. يمكن أن تحدث ردود فعل تحسسية، على سبيل المثال، تجاه مستحضرات المصل، والمضادات الحيوية، والبروتينات الحيوانية والنباتية، وغبار المنزل، والزغب، والصوف، وما إلى ذلك.

في عام 1915، لاحظ الطبيب الروسي إم رايسكي لأول مرة ظاهرة الذاكرة المناعية، أي. الإنتاج النشط السريع للأجسام المضادة للإعطاء المتكرر لنفس المستضد.

بعد ذلك، ربط F. Vernet هذا بتكوين خلايا الذاكرة في الجسم - الخلايا اللمفاوية التائية - بعد اللقاء الأولي مع المستضد. في عام 1953 اكتشف العالم الإنجليزي ب. ميداوار والعالم التشيكي م. هاسيك ظاهرة التسامح والتسامح ومقاومة المستضد أي. حالة لا يستجيب فيها الجهاز المناعي لمستضد. يتطور تحمل المستضدات الذاتية خلال الفترة الجنينية ويمكن إنشاؤه بشكل مصطنع عن طريق إدخال المستضد خلال الفترة الجنينية أو مباشرة بعد ولادة طفل أو حيوان. يتم استخدام ظاهرة التحمل المناعي في الجراحة لحل مشكلة زراعة الأعضاء والأنسجة.

وتجدر الإشارة أيضًا إلى أهمية اكتشاف مستضدات الأعضاء والأنسجة الطبيعية للإنسان والحيوان خلال هذه الفترة والاختلافات المستضدية الفردية في الإنسان والحيوان. من المؤشرات الشائعة لهذه الاختلافات المستضدية فصائل الدم الفردية لدى البشر. اكتشف الباحث المحلي L. A. Zilber (1957) مستضدات الأورام الخبيثة، والتي كانت بداية دراسة المناعة المضادة للأورام.

خلال الفترة المناعية لتطور علم الأحياء المجهرية، تم إنشاء عدد من نظريات المناعة: النظرية الخلطية لـ P. Ehrlich، ونظرية البلعمة لـ I. I. Mechnikov، ونظرية التفاعلات الذاتية لـ N. Erne، ونظرية الغدة النخامية-الوطائية-الكظرية. ومع ذلك، فإن نظرية الانتقاء النسيلي التي أنشأها عالم المناعة الأسترالي ف. بيرنت (1899 - 1986) تظل مقبولة لتفسير العديد من الظواهر وآليات المناعة. قام العالم الأمريكي س. تانيجاوا بتطوير الجوانب الوراثية لهذه النظرية.

تلقى علم الأحياء الدقيقة والمناعة تطورًا سريعًا بشكل خاص في الخمسينيات والستينيات من قرننا. وقد ساهمت في ذلك الأسباب التالية:

· أهم الاكتشافات في مجال البيولوجيا الجزيئية وعلم الوراثة والكيمياء العضوية الحيوية.

· ظهور علوم جديدة مثل الهندسة الوراثية، والتكنولوجيا الحيوية، وعلوم الكمبيوتر.

· ابتكار أساليب ومعدات علمية جديدة تتيح لنا التعمق في أسرار الطبيعة الحية.

وهكذا، منذ الخمسينيات، بدأت الفترة الوراثية الجزيئية في تطوير علم الأحياء الدقيقة والمناعة، والتي تتميز بعدد من الإنجازات والاكتشافات العلمية ذات الأهمية الأساسية. وتشمل هذه:

· فك رموز التركيب الجزيئي والتنظيم البيولوجي الجزيئي للعديد من الفيروسات والبكتيريا. واكتشاف أبسط أشكال الحياة، البريون "البروتيني المعدي"؛

· فك التركيب الكيميائي والتركيب الكيميائي لبعض المستضدات. على سبيل المثال، التركيب الكيميائي للليزوزيم، الببتيدات فيروس الإيدز (R.V. Petrov، V.T. Ivanov، إلخ)؛

· اكتشاف مستضدات جديدة، على سبيل المثال مستضدات الورم (L.A. Zilber وآخرون)، ومستضدات التوافق النسيجي (نظام HLA)؛

· فك رموز بنية الأجسام المضادة الغلوبولين المناعي.

· تطوير طريقة زراعة الخلايا الحيوانية والنباتية وزراعتها على نطاق صناعي للحصول على المستضدات الفيروسية.

· إنتاج البكتيريا المؤتلفة والفيروسات المؤتلفة. توليف الجينات الفردية للفيروسات والبكتيريا. الحصول على سلالات من البكتيريا والفيروسات المؤتلفة التي تجمع بين خصائص أفراد الوالدين أو تكتسب خصائص جديدة؛

· تكوين الأورام الهجينة عن طريق دمج الخلايا الليمفاوية البائية المناعية ومنتجي الأجسام المضادة والخلايا السرطانية لإنتاج أجسام مضادة وحيدة النسيلة

· اكتشاف المعدلات المناعية، والسيتوكينات المناعية (الإنترلوكينات، والإنترفيرون، والببتيدات النقوية، وما إلى ذلك)، والمنظمات الطبيعية الذاتية لجهاز المناعة واستخدامها للوقاية من الأمراض المختلفة وعلاجها؛

· الحصول على اللقاحات (لقاح التهاب الكبد الوبائي ب، والملاريا، ومستضدات فيروس نقص المناعة البشرية وغيرها من المستضدات)، والببتيدات النشطة بيولوجيا (الإنترفيرون، والإنترلوكين، وعوامل النمو، وما إلى ذلك) باستخدام أساليب التكنولوجيا الحيوية وتقنيات الهندسة الوراثية.

· تطوير لقاحات اصطناعية تعتمد على المستضدات الطبيعية أو الاصطناعية وشظاياها، فضلا عن الناقل الاصطناعي. مساعد (مساعد). منبه مناعي

· دراسة أمراض نقص المناعة الخلقية والمكتسبة ودورها في علم الأمراض المناعية وتطوير العلاج المصحح للمناعة. اكتشاف الفيروسات التي تسبب نقص المناعة.

· تطوير طرق جديدة بشكل أساسي لتشخيص الأمراض المعدية وغير المعدية (المقايسة المناعية الإنزيمية، المقايسة المناعية الإشعاعية، التطعيم المناعي، تهجين الحمض النووي). إنشاء أنظمة اختبار تعتمد على هذه الطرق للدلالة وتحديد الكائنات الحية الدقيقة وتشخيص الأمراض المعدية وغير المعدية (الأورام، القلب والأوعية الدموية، المناعة الذاتية، الغدد الصماء وغيرها)، وكذلك الكشف عن الاضطرابات في حالات معينة (الحمل، نقل الدم). وزرع الأعضاء وغيرها).

نظريات المناعة. تطوير نظريات المناعة. النظرية البلعمية للمناعة. I. I. Mechnikov

إن تحديد دور الكائنات الحية الدقيقة المسببة للأمراض في تطور الأمراض المعدية وإمكانية خلق مناعة مصطنعة قد دفع إلى دراسة العوامل التي تحمي الجسم من العوامل المعدية.

واقترح باستور نظرية القوة المنهكة؛ ووفقا لهذه النظرية، تمثل "المناعة" حالة لا يدعم فيها جسم الإنسان (كوسيط غذائي) تطور الميكروبات.

ومع ذلك، أدرك المؤلف بسرعة أن نظريته لا تستطيع تفسير عدد من الملاحظات. على وجه الخصوص، أظهر باستور أنه إذا قمت بإصابة دجاجة بالجمرة الخبيثة وأبقيت ساقيها في الماء البارد، فسوف تصاب بالمرض (في الظروف العادية، يكون الدجاج محصنًا ضد الجمرة الخبيثة). تسبب تطور هذه الظاهرة في انخفاض درجة حرارة الجسم بمقدار 1-2 درجة مئوية، أي أنه لا يمكن الحديث عن أي استنزاف للوسط الغذائي في الجسم.

النظرية البلعمية للمناعة. I. I. Mechnikov

وفي عام 1883، ظهرت نظرية المناعة، المبنية على التعاليم التطورية لتشارلز داروين، وعلى أساس دراسة الهضم لدى الحيوانات في مراحل مختلفة من التطور البيولوجي. اكتشف مؤلف النظرية الجديدة، I. I. Mechnikov، تشابه الهضم داخل الخلايا للمواد في الأميبات، وخلايا الأديم الباطن من التجاويف المعوية وبعض الخلايا ذات الأصل الوسيطي (وحيدات الدم، الخلايا الضامة الأنسجة). قدم متشنيكوف مصطلح "الخلايا البالعة" من اليونانية. العاثيات، الأكل، + الكيتوس، الخلية، واقترح لاحقًا تقسيمها إلى بلاعم صغيرة وبلاعم. تم تسهيل هذا التقسيم أيضًا من خلال إنجازات P. Ehrlich، الذي ميز عدة أنواع من الكريات البيض من خلال التلوين. في الأعمال الكلاسيكية حول علم الأمراض المقارن للالتهاب، أثبت I. I. Mechnikov دور الخلايا البلعمية في القضاء على مسببات الأمراض. وفي عام 1901، نُشر عمله الأخير الضخم في باريس بعنوان "المناعة في الأمراض المعدية".

تم تقديم مساهمة كبيرة في نشر نظرية البلعمة من خلال عمل E. Roux وطلاب I. I. Mechnikov (A. M. Bezredka، I. G. Savchenko، L. A. Tarasevich، F. Ya. Chistovich، V. I. Isaev).

آي آي متشنيكوف (1845―1916)

عالم روسي بارز. وفي عام 1882، وفي مؤتمر علماء الطبيعة والأطباء الروس، ألقى ميتشنيكوف خطابه الشهير «حول دفاعات الجسم»، والذي قدم فيه مبررًا علميًا عميقًا لمناعة الجسم ضد الأمراض المعدية. وتسمى هذه النظرية نظرية البلعمة للمناعة. استند تكوين هذه النظرية إلى ملاحظاته عن الهضم داخل الخلايا في مختلف الحيوانات البحرية (قنديل البحر، والإسفنج، والرخويات، وما إلى ذلك). اكتشف ميتشنيكوف في جسم هذه الحيوانات خلايا خاصة "متجولة" تلتقي وتلتقط وتلتهم جميع الأجسام الغريبة التي تدخل الجسم، بما في ذلك الميكروبات المختلفة. وقد أطلق على الخلايا "المتجولة" اسم الخلايا البالعة، أي الخلايا الآكلة.

وأكد متشنيكوف أن الخلايا البالعة تحمي الجسم، ونتيجة لنشاطها، يتم تطوير المناعة ضد الأمراض المعدية. لقد فتحت العقيدة الخالدة لمناعة الجسم ونظريتها البيولوجية للمناعة مرحلة جديدة في تطور الطب. لهذا الاكتشاف في عام 1908، حصل I. I. Mechnikov على جائزة نوبل.

أطلق تشارلز نيكول مجازيًا على متشنيكوف لقب "شاعر علم الأحياء الدقيقة"، والذي يُنسب إليه الفضل في تطوير عقيدة التضاد الميكروبي، والتي أصبحت الأساس النظري لإنتاج المضادات الحيوية، والأدوية المستخدمة لعلاج عدد من الأمراض المعدية. يمتلك متشنيكوف أيضًا بحثًا أصليًا حول مرض الزهري التجريبي والكوليرا.

درس متشنيكوف أسباب الشيخوخة. واعتقاداً منه بأن "الشيخوخة مرض يجب علاجه"، أشار إلى أنه يتطور تحت تأثير التسمم المزمن بالجسم الناجم عن فضلات ممثلي البكتيريا المعوية. وقد أدرج الإندول والفينول والسكاتول ضمن هذه المنتجات. لإزاحة البكتيريا المتعفنة، اقترح ميتشنيكوف نظامًا غذائيًا يتكون أساسًا من الخضار والفواكه والحليب الحامض، الذي يحتوي على بكتيريا حمض اللاكتيك، التي تعتبر مضادات للبكتيريا المتعفنة.

يتمتع اسم I. I. Mechnikov بالاعتراف الوطني. أنشأت الحكومة السوفيتية الميدالية الذهبية وجائزة ميتشنيكوف، التي تُمنح لأفضل عمل في مجال علم الأحياء

من المستحيل عدم ملاحظة أعمال M. M. Terekhovsky (1740-1796). منذ عام 1770، عمل تيريخوفسكي في الخارج لمدة خمس سنوات تقريبًا، في جامعة ستراسبورغ، التي اشتهرت بكلية الطب فيها. هنا دافع تيريخوفسكي عن أطروحة الدكتوراه - عمله العلمي الرئيسي. كانت الأطروحة بعنوان "مملكة الظلام لأهداب لينيوس". لقد حدد مهمة استكشاف طبيعة وطرق ظهور الكائنات المجهرية في الحقن المختلفة. وبناء على عدد كبير من التجارب، توصل العالم إلى استنتاج مفاده أن "الكائنات الحيوانية" هي كائنات حية. يموتون من درجات الحرارة المرتفعة والسموم والتيار الكهربائي. وكان الاستنتاج الأكثر أهمية هو استحالة التوليد التلقائي لـ "الجزيئات الحيوانية"، وهو ما يتناقض مع آراء العديد من العلماء في ذلك الوقت. كتب تيريخوفسكي أن موقف هارفي المعروف (1578-1651) - "كل كائن حي يأتي من بيضة" - يكتسب قوة البديهية.

عند عودته إلى روسيا، عمل تيريخوفسكي في المجال الطبي المؤسسات التعليمية. في عام 1782، تم تثبيته برتبة أستاذ في مستشفى سانت بطرسبرغ العام للأراضي ومدير الحديقة النباتية (الآن المعهد النباتي التابع لأكاديمية العلوم في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية).

في عام 1835، بناءً على الحقائق المتراكمة بحلول هذا الوقت، نشر K. Ehrenberg كتابًا يحمل عنوانًا مهمًا للغاية: "Ciliates as كائنات مثالية". قام بتقسيم الكائنات الدنيا إلى 22 فئة. كان الكتاب مصحوبًا بأطلس للشركات العملاقة، وقد تم وصف العديد منها بالتفصيل وتم تسميتها وفقًا للتسميات الثنائية. وشملت الفئات الثلاث البكتيريا.



وزارة التعليم في الاتحاد الروسي

جامعة ولاية تولا

قسم التخصصات الصحية والنظافة والوقائية

تلفزيون تشيستنوفا، سموليانينوفا أو إل.

علم الأحياء الدقيقة الطبية وعلم الفيروسات

والمناعة

(الدليل التعليمي والعملي لطلاب الجامعات الطبية).

تولا – 2008

يو دي سي 576.8

المراجعين : …………

علم الأحياء الدقيقة الطبية وعلم الفيروسات والمناعة: دليل تعليمي وعملي / إد. تلفزيون M422 تشيستنوفوي، أو.إل. سموليانينوفا، –…..، 2008. –….ص.

تمت كتابة الدليل التعليمي والعملي من قبل موظفي قسم التخصصات الصحية والنظافة الوقائية بجامعة ولاية تولا وفقًا للبرامج المعتمدة رسميًا لتدريس علم الأحياء الدقيقة (علم الجراثيم، وعلم الفيروسات، وعلم الفطريات، وعلم الحيوانات الأولية) وعلم المناعة لطلاب الجامعات الطبية في جميع الكليات.

يصف الدليل التعليمي والعملي المختبر البكتريولوجي، ويحدد طرق البحث المجهري، وأساسيات إعداد الوسائط المغذية، ويحتوي على معلومات حول التشكل والنظاميات وعلم وظائف الأعضاء للبكتيريا والفطريات والأوالي والفيروسات. ويرد أيضًا خصائص الكائنات الحية الدقيقة المسببة للأمراض والفيروسات وطرق أبحاثها المختبرية.

علم الأحياء الدقيقة العام

مقدمة…………………………………………………………………………………………………………

تاريخ موجز لتطور علم الأحياء الدقيقة ……………………………………………

الموضوع 1. مورفولوجيا وتصنيف الكائنات الحية الدقيقة ...........................................

1.1. المعامل الميكروبيولوجية ومعداتها واحتياطات السلامة الأساسية وقواعد العمل فيها ...........................................

1.2. هيكل وتصنيف الكائنات الحية الدقيقة ……………………………………………………

1.3. هيكل وتصنيف البكتيريا (بدائيات النوى) …………………………………………………….

1.4. هيكل وتصنيف الفطر ……………………………………………..

1.5. هيكل وتصنيف الأوليات ……………………………………………….

1.6. هيكل وتصنيف الفيروسات ………………………………………………………

اختبار حول الموضوع …………………………………………………………..

الموضوع 2. المجهر ………………………………………………………….

2.1. المجاهر، تركيبها، أنواع المجهر، تقنيات الفحص المجهري للكائنات الحية الدقيقة، قواعد التعامل مع المجهر ……………………………………………………….

2.2. طرق تحضير وصبغ المستحضرات المجهرية ...............

اختبار حول الموضوع ……………………………………………………………………………………

الموضوع 3. فسيولوجيا الكائنات الحية الدقيقة ………………………………………………….

3.1. نمو وتكاثر البكتيريا. مراحل التكاثر …………………………………………….

3.2 الوسائط المغذية، مبادئ تصنيفها، متطلبات الوسائط المغذية، طرق زراعة الكائنات الحية الدقيقة ………………………………..

3.3. تغذية البكتيريا ………………………………………………………….

3.4. استقلاب الخلية البكتيرية ……………………………………………….

3.5. أنواع التبادل البلاستيكي …………………………………………………………………………………………………………………

3.6. مبادئ وطرق عزل الثقافات النقية. الانزيمات البكتيرية وتحديد هويتها. التعريف داخل النوع (الوسم الوبائي) ………………………..

3.7. ملامح فسيولوجيا الفطريات والأوالي والفيروسات وزراعتها ...............

3.8. العاثيات البكتيرية وبنيتها وتصنيفها وتطبيقها ............................................

اختبار حول الموضوع ……………………………………………………………

الموضوع 4. تأثير الظروف البيئية على الكائنات الحية الدقيقة …………………………………..

4.1. تأثير العوامل الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية على الكائنات الحية الدقيقة ...............

4.2. مفهوم التعقيم والتطهير والتعقيم والمطهرات. طرق ومعدات التعقيم. مراقبة جودة التطهير ………………………………………..

الموضوع 5. البكتيريا الطبيعية لجسم الإنسان ............................................................................

5.1. النورموفلورا وأهميتها بالنسبة للكائنات الحية الدقيقة. مفهوم النباتات العابرة، حالات الخلل الحيوي، تقييمها، طرق تصحيحها………………………………………………….

الموضوع 6. وراثة الميكروبات. ………………………………………………………………………………………………………………….

6.1. هيكل الجينوم البكتيري. التباين المظهري والوراثي. الطفرات. التعديلات …………………………………………………………….

إعادة التركيب الجيني للكائنات الحية الدقيقة. أساسيات الهندسة الوراثية، تطبيق عملي ………………………………………………………………………………………………………….

اختبار حول الموضوع …………………………………………………………..

الموضوع 7. مضادات الميكروبات …………………………………………………………

7.1. المضادات الحيوية الطبيعية والاصطناعية. تصنيف المضادات الحيوية حسب التركيب الكيميائي والآلية والطيف ونوع العمل. طرق الحصول على ...............

7.2. مقاومة البكتيريا للأدوية وطرق التغلب عليها. طرق تحديد الحساسية للمضادات الحيوية ………………………………………………………..

الموضوع 8. عقيدة العدوى ……………………………………………………………….

8.1. مفهوم العدوى. أشكال العدوى وفترات الأمراض المعدية. المرضية والفوعة. العوامل المسببة للأمراض. السموم البكتيرية، طبيعتها، خواصها، إنتاجها ………………………………………………………………………………………………………………………………………

8.2. مفهوم المراقبة الوبائية للعملية المعدية. مفهوم الخزان ومصدر العدوى وطرق وعوامل الانتقال …………………………………………………………………………………………………………

اختبار حول الموضوع …………………………………………………………..

المناعة العامة ……………………………………………………………………………………………….

الموضوع 9. علم المناعة …………………………………………………………

9.1. مفهوم المناعة. أنواع المناعة. عوامل غير محددةحماية…………….

9.2. الأجهزة المركزية والمحيطية لجهاز المناعة. خلايا الجهاز المناعي. أشكال الاستجابة المناعية ………………………………………………………

9.3. المتممة تركيبها، وظائفها، مسارات التنشيط. دور في المناعة ...............

9.4. المستضدات وخصائصها وأنواعها. مستضدات الكائنات الحية الدقيقة …………………………..

9.5. الأجسام المضادة وتكوين الأجسام المضادة. هيكل الغلوبولين المناعي. فئات الغلوبولين المناعي وخصائصها

96. التفاعلات المصلية وتطبيقاتها ..........................................................

9.7. حالات نقص المناعة. ردود الفعل التحسسية. الذاكرة المناعية. التسامح المناعي. عمليات المناعة الذاتية ………………………………………………

9.8. الوقاية المناعية، العلاج المناعي …………………………………………..

علم الأحياء الدقيقة الخاص …………………………………………………………….

الموضوع 10. مسببات الالتهابات المعوية …………………………………………

10.1. السالمونيلا ……………………………………………………………….

10.2. الشيجيلا ………………………………………………………………

10.3. الإشريكية ……………………………………………………………………………………………………………………………………………

10.4. ضمة الكوليرا……………………………………………………………………………….

10.5. يرسينيا ………………………………………………………………………………………………….

الموضوع 11. العدوى السامة المنقولة بالغذاء. التسمم الغذائي ……………………………………………

11.1. الخصائص العامةومسببات أمراض PTI ………………………………………….

11.2. التسمم الوشيقي…………………………………………………………………………………………..

الموضوع 12. مسببات الأمراض الالتهابية القيحية ...........................................

12.1. المكورات المسببة للأمراض (المكورات العقدية، المكورات العنقودية) ………………………………………………….

12.2. البكتيريا سالبة الجرام (المستدمية النزلية، الزائفة الزنجارية، الكلبسيلة، المتقلبة)…

12.3. الالتهابات الكلوستريدية اللاهوائية وغير الكلوستريدية................

الموضوع 13. مسببات الأمراض المعدية المنقولة بالهواء البكتيرية ............................

13.1. البكتيريا الوتدية ………………………………………………………………

13.2. بورديتيلا ………………………………………………………………………………………………………………………………………

13.3. المكورات السحائية ………………………………………………………………….

13.4. المتفطرة …………………………………………………………..

13.5. الليجيونيلا ………………………………………………………………….

الموضوع 14. مسببات الأمراض المنقولة جنسياً ...........................

14.1. الكلاميديا ​​………………………………………………………………….

14.2. العامل المسبب لمرض الزهري ………………………………………………………….

14.3. المكورات البنية …………………………………………………………………………………………………………….

الموضوع 15. مسببات أمراض الريكتسيا ...........................................................

الموضوع 16. العوامل المسببة للعدوى البكتيرية حيوانية المنشأ ............................................

16.1. فرانسيسيلا …………………………………………………………………

16.2. البروسيلا …………………………………………………………………

16.3 العامل المسبب للجمرة الخبيثة ……………………………………………………….

16.4. العامل المسبب للطاعون ……………………………………………………………………………………………

16.5. الليبتوسبيرا ………………………………………………………………..

الموضوع 17. الكائنات الأولية المسببة للأمراض ……………………………………………………………….

17.1. الملاريا المتصورة ……………………………………………………………………………………………………………………….

17.2. التوكسوبلازما ………………………………………………………………….

17.3. الليشمانيا …………………………………………………………………..

17.4. العامل المسبب لداء الأميبات ………………………………………………………………………………………………………………………….

17.5. الجيارديا ………………………………………………………………………………………………………………………………

الموضوع 18. الأمراض التي تسببها الفطريات المسببة للأمراض ………………………………………….

علم الفيروسات الخاص ……………………………………………………………………..

الموضوع 19. مسببات الالتهابات الفيروسية التنفسية الحادة ……………………………………………………………

19.1. فيروسات الأنفلونزا ………………………………………………………….

19.2. نظير الانفلونزا. فيروسات الكمبيوتر …………………………………………………………………

19.3. الفيروسات الغدية ……………………………………………………………………………………………………………………………………

19.4. الفيروسات الأنفية …………………………………………………………….

19.5. الفيروسات الرجعية ……………………………………………………………….

الموضوع 20. مسببات العدوى الفيروسية المحمولة جواً ...........................................

20.1. فيروسات الحصبة والنكاف …………………………………………………………..

20.2. فيروس الهربس …………………………………………………………

20.3. فيروس الحصبة الألمانية ……………………………………………………………

الموضوع 21. الفيروسات الجدري ……………………………………………………………….

21.1. العامل المسبب لمرض الجدري ………………………………………………………………………………………………….

الموضوع 22. الالتهابات الفيروسية المعوية ……………………………………………….

22.1. فيروس شلل الأطفال ……………………………………………………………………………………………………………………………

22.2. فيروسات إيكو. فيروسات كوكساكي ……………………………………………………………

الموضوع 23. الفيروسات القهقرية ...........................................................

23.1. العامل المسبب للإصابة بفيروس نقص المناعة البشرية ………………………………………………………………………………….

الموضوع 24. العدوى الفيروسية …………………………………………………………………………………….

24.1.الفيروسات الربدية ……………………………………………………………………….

24.2. الفيروسات المصفرة …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

24.3. فيروسات هانتا ……………………………………………………………….

الموضوع 25. مسببات التهاب الكبد الفيروسي ……………………………………………………………

25.1. فيروس التهاب الكبد أ ………………………………………………………

25.2. فيروس التهاب الكبد B…………………………………………………………………………………..

25.3. فيروس التهاب الكبد الوبائي سي …………………………………………………….

الجزء الأول. علم الأحياء الدقيقة العام

مقدمة.

علم الأحياء الدقيقة هو العلم الذي يدرس الكائنات المجهرية التي تسمى الكائنات الحية الدقيقة، وخصائصها البيولوجية، ونظامها، وبيئتها، وعلاقاتها مع الكائنات الحية الأخرى.

تشمل الكائنات الحية الدقيقة البكتيريا والفطريات الشعاعية والفطريات، بما في ذلك الفطريات الخيطية والخميرة والطفيليات والأشكال غير الخلوية - الفيروسات والعاثيات.

تلعب الكائنات الحية الدقيقة دورًا مهمًا للغاية في الطبيعة - فهي تقوم بتداول المواد العضوية وغير العضوية (N، P، S، إلخ)، وتمعدن بقايا النباتات والحيوانات. لكنها يمكن أن تسبب ضررًا كبيرًا - حيث تلحق الضرر بالمواد الخام والمنتجات الغذائية والمواد العضوية. وهذا قد يؤدي إلى تكوين مواد سامة.

العديد من أنواع الكائنات الحية الدقيقة هي عوامل مسببة للأمراض في البشر والحيوانات والنباتات.

في الوقت نفسه، تُستخدم الكائنات الحية الدقيقة حاليًا على نطاق واسع في الاقتصاد الوطني: بمساعدة أنواع مختلفة من البكتيريا والفطريات، يتم الحصول على الأحماض العضوية (الخليك والستريك وما إلى ذلك) والكحوليات والإنزيمات والمضادات الحيوية والفيتامينات وخميرة الأعلاف. . الخبز، وصناعة النبيذ، والتخمير، وإنتاج منتجات الألبان، وتخمير الفواكه والخضروات، فضلا عن فروع أخرى من صناعة المواد الغذائية تعمل على أساس العمليات الميكروبيولوجية.

حاليًا، ينقسم علم الأحياء الدقيقة إلى الأقسام التالية:

علم الأحياء الدقيقة الطبية – يدرس الكائنات الحية الدقيقة المسببة للأمراض التي تسبب الأمراض البشرية ويطور طرقًا لتشخيص هذه الأمراض والوقاية منها وعلاجها. دراسة طرق وآليات انتشارها وطرق مكافحتها. بجوار مسار علم الأحياء الدقيقة الطبية توجد دورة منفصلة - علم الفيروسات.

يدرس علم الأحياء الدقيقة البيطري الكائنات الحية الدقيقة المسببة للأمراض التي تسبب الأمراض في الحيوانات.

تدرس التكنولوجيا الحيوية خصائص وظروف تطور الكائنات الحية الدقيقة المستخدمة للحصول على المركبات والأدوية المستخدمة في الاقتصاد الوطني والطب. يقوم بتطوير وتحسين الأساليب العلمية للتخليق الحيوي للإنزيمات والفيتامينات والأحماض الأمينية والمضادات الحيوية وغيرها من المواد النشطة بيولوجيا. كما تواجه التكنولوجيا الحيوية مهمة وضع تدابير لحماية المواد الخام والأغذية والمواد العضوية من التلف بواسطة الكائنات الحية الدقيقة، ودراسة العمليات التي تحدث أثناء تخزينها ومعالجتها.

يدرس علم الأحياء الدقيقة في التربة دور الكائنات الحية الدقيقة في تكوين وخصوبة التربة وفي تغذية النبات.

يدرس علم الأحياء الدقيقة المائية الكائنات الحية الدقيقة في المسطحات المائية، ودورها في السلسلة الغذائية، وفي دورة المواد، وفي تلوث ومعالجة مياه الشرب والصرف الصحي.

علم وراثة الكائنات الحية الدقيقة، باعتباره أحد أحدث التخصصات، يدرس الأساس الجزيئي للوراثة وتنوع الكائنات الحية الدقيقة، وأنماط عمليات الطفرات، ويطور أساليب ومبادئ للتحكم في نشاط حياة الكائنات الحية الدقيقة والحصول على سلالات جديدة لاستخدامها في الصناعة، زراعةوالطب.

تاريخ موجز لتطور علم الأحياء الدقيقة.

يعود الفضل في اكتشاف الكائنات الحية الدقيقة إلى عالم الطبيعة الهولندي أ. ليفينهوك (1632-1723)، الذي ابتكر أول مجهر بقوة تكبير 300 مرة. في عام 1695 أصدر كتاب "أسرار الطبيعة" برسومات للمكورات والعصيات والحلزونات. وقد أثار هذا اهتماما كبيرا بين علماء الطبيعة. كانت الحالة العلمية في ذلك الوقت تسمح فقط بوصف الأنواع الجديدة (الفترة المورفولوجية).

ترتبط بداية الفترة الفسيولوجية بأنشطة العالم الفرنسي الكبير لويس باستور (1822-1895). يرتبط اسم باستور بأكبر الاكتشافات في مجال علم الأحياء الدقيقة: فقد بحث في طبيعة التخمر، وأثبت إمكانية الحياة بدون الأكسجين (اللاهوائيات)، ورفض نظرية التولد التلقائي، وحقق في أسباب فساد الخمور و جعة. واقترح طرقا فعالة لمكافحة مسببات الأمراض لفساد الأغذية (البسترة)، وطور مبدأ التطعيم وطرق الحصول على اللقاحات.

وقد أدخل ر. كوخ، وهو أحد معاصري باستير، الزراعة على الوسائط المغذية الصلبة، وحصر الكائنات الحية الدقيقة، وعزل الثقافات النقية، وتعقيم المواد.

ترتبط الفترة المناعية في تطور علم الأحياء الدقيقة باسم عالم الأحياء الروسي آي. ومتشنيكوف الذي اكتشف عقيدة مناعة الجسم ضد الأمراض المعدية (المناعة)، كان مؤسس نظرية البلعمة للمناعة، واكتشف التضاد في الميكروبات. بالتزامن مع آي. درس ميتشنيكوف آليات المناعة ضد الأمراض المعدية على يد الباحث الألماني الكبير ب. إرليخ، الذي ابتكر نظرية المناعة الخلطية.

جماليا ن.ف. - مؤسس علم المناعة والفيروسات، مكتشف البكتيريا.

دي. اكتشف إيفانوفسكي الفيروسات لأول مرة وأصبح مؤسس علم الفيروسات. أثناء عمله في حديقة نيكيتسكي النباتية في دراسة مرض فسيفساء التبغ، الذي تسبب في أضرار جسيمة لمزارع التبغ، في عام 1892. ووجد أن هذا المرض المنتشر في شبه جزيرة القرم سببه فيروس.

ن.ج. قام غابريشيفسكي بتنظيم أول معهد بكتريولوجي في موسكو. يمتلك أعمالاً حول دراسة الحمى القرمزية والدفتيريا والطاعون وغيرها من الأمراض. قام بتنظيم إنتاج مصل مضاد للدفتيريا في موسكو واستخدمه بنجاح لعلاج الأطفال.

بي.اف. زدرودوفسكي هو عالم مناعة وعالم ميكروبيولوجي، معروف بعمله الأساسي في فسيولوجيا المناعة، وكذلك في مجال علم الريكتسيات وداء البروسيلات.

V.M. Zhdanov هو عالم فيروسات كبير، أحد منظمي القضاء العالمي على الجدري على هذا الكوكب، الذي وقف أصول علم الفيروسات الجزيئي والهندسة الوراثية.

م.ب. تشوماكوف هو عالم في مجال التكنولوجيا الحيوية المناعية وعالم الفيروسات، ومنظم معهد شلل الأطفال والتهاب الدماغ الفيروسي، ومؤلف لقاح شلل الأطفال الفموي.

ض ت. إرموليفا - مؤسس العلاج بالمضادات الحيوية المحلية

وزارة التعليم والعلوم بجمهورية كازاخستان
جامعة شرق كازاخستان الحكومية سميت باسمها سامانزولوفا

قسم الأحياء

خلاصة

الانضباط: "علم الأحياء وتطور الكائنات الحية الدقيقة والفيروسات"

حول الموضوع: "تاريخ تطور علم الأحياء الدقيقة"

تم إنجازه من قبل: طلاب المجموعة UBG-09 (أ)
غروشكوفسكايا د.، فيفيلوفا ن.
تم الفحص بواسطة: كالينوفا ك.ش.

أوست-كامينوجورسك، 2011

يخطط:
مقدمة ……………………………………………………………….3

1. اكتشاف الكائنات الحية الدقيقة ………………………………………………… …4
2. الفترة الوصفية (المورفولوجية) في تطور علم الأحياء الدقيقة (نهاية القرن السابع عشر – منتصف القرن التاسع عشر) ...........................5
2.1.تنمية الأفكار حول طبيعة عمليتي التخمر والتحلل……5
2.2. تطوير أفكار حول الطبيعة الميكروبية للأمراض المعدية ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
3.الفترة الفسيولوجية (الباسترية) (النصف الثاني من القرن التاسع عشر)................................................................................................................................................ 8
3.1. النشاط العلمي للويس باستور ………………………………………………………………………… 8
3.2. تطور علم الأحياء الدقيقة في النصف الثاني من القرن التاسع عشر ...........................10
4. تطور علم الأحياء الدقيقة في القرن العشرين ........................................... 15

خاتمة.................... ............................. .................................. ................ ... .......... 18

الأدب.......................... ....................... .......... .......................... .............. ..... .......... 19

مقدمة

علم الأحياء الدقيقة هو العلم الذي يدرس البنية والنظاميات وعلم وظائف الأعضاء والكيمياء الحيوية وعلم الوراثة والبيئة للكائنات الحية الصغيرة الحجم وغير المرئية بالعين المجردة. وتسمى هذه الكائنات الكائنات الحية الدقيقة أو الميكروبات.
لفترة طويلة، عاش الإنسان محاطًا بمخلوقات غير مرئية، واستخدم منتجات نشاطه الحيوي (على سبيل المثال، عند خبز الخبز من العجين الحامض، وإعداد النبيذ والخل)، وعانى عندما تسببت هذه المخلوقات في المرض أو إفساد الإمدادات الغذائية، لكنها لم تفعل ذلك. لا تشك في وجودهم. لم أشك لأنني لم أرى، ولم أرى لأن حجم هذه المخلوقات الدقيقة يقع أقل بكثير من حد الرؤية الذي تستطيع العين البشرية رؤيته. ومن المعروف أن الشخص ذو الرؤية الطبيعية على مسافة مثالية (25-30 سم) يمكنه تمييز جسم قياسه 0.07-0.08 ملم على شكل نقطة. لا يمكن لأي شخص أن يلاحظ الأشياء الصغيرة. يتم تحديد ذلك من خلال السمات الهيكلية لجهاز الرؤية لديه.
لقد جرت محاولات للتغلب على الحاجز الطبيعي الناتج وتوسيع قدرات العين البشرية منذ زمن طويل. وهكذا، خلال الحفريات الأثرية في بابل القديمة، تم العثور على عدسات ثنائية التحدب - أبسط الأدوات البصرية. كانت العدسات مصنوعة من الكريستال الصخري المصقول. يمكننا أن نعتبر أنه مع اختراعهم، اتخذ الإنسان الخطوة الأولى على الطريق إلى العالم الصغير.
يعود التحسين الإضافي للتكنولوجيا البصرية إلى القرنين السادس عشر والسابع عشر. ويرتبط بتطور علم الفلك. في هذا الوقت، صممت طواحين الزجاج الهولندية التلسكوبات الأولى. اتضح أنه إذا تم وضع العدسات بشكل مختلف عن تلك الموجودة في التلسكوب، فيمكنك تكبير الأشياء الصغيرة جدًا. تم إنشاء مجهر من هذا النوع في عام 1610 على يد ج.جاليليو. فتح اختراع المجهر فرصًا جديدة لدراسة الطبيعة الحية.
أحد المجاهر الأولى، والذي يتكون من عدستين محدبتين تعطي زيادة قدرها 30 مرة تقريبًا، تم تصميمه واستخدامه لدراسة بنية النباتات من قبل الفيزيائي والمخترع الإنجليزي ر. هوك. وبفحص أجزاء من الفلين، اكتشف البنية الخلوية المنتظمة للأنسجة الخشبية. وقد أطلق على هذه الخلايا فيما بعد اسم "الخلايا" وتم تصويرها في كتاب "التصوير المجهري". كان ر. هوك هو من أدخل مصطلح "الخلية" للإشارة إلى تلك الوحدات الهيكلية التي يتكون منها كائن حي معقد. يرتبط المزيد من الاختراق في أسرار العالم الصغير ارتباطًا وثيقًا بتحسين الأجهزة البصرية.

1. اكتشاف الكائنات الحية الدقيقة

تم اكتشاف الكائنات الحية الدقيقة في نهاية القرن السابع عشر، لكن أنشطتها وحتى تطبيقاتها العملية كانت معروفة قبل ذلك بكثير. على سبيل المثال، تم تحضير واستخدام منتجات التخمر الكحولي وحامض اللبنيك وحامض الخليك في العصور القديمة. تم تفسير فائدة هذه المنتجات من خلال وجود "روح حية" فيها. إلا أن فكرة وجود مخلوقات غير مرئية بدأت بالظهور عند تحديد أسباب الأمراض المعدية. وهكذا، اقترح أبقراط (القرن السادس قبل الميلاد)، وبعد ذلك فارو (القرن الثاني)، أن الأمراض المعدية تسببها مخلوقات غير مرئية. ولكن فقط في القرن السادس عشر، توصل العالم الإيطالي جيرالامو فراكاستورو إلى استنتاج مفاده أن انتقال الأمراض من شخص إلى آخر يتم بمساعدة أصغر الكائنات الحية، والتي أطلق عليها اسم contagium vivum. ومع ذلك، لم يكن هناك دليل على مثل هذه الافتراضات.
إذا افترضنا أن علم الأحياء الدقيقة نشأ في اللحظة التي رأى فيها الإنسان الكائنات الحية الدقيقة الأولى، فيمكننا الإشارة بدقة إلى "عيد ميلاد" علم الأحياء الدقيقة واسم المكتشف. هذا الرجل هو الهولندي أنتوني فان ليفينهوك (1632-1723)، صانع من دلفت. كان مهتمًا ببنية ألياف الكتان، فقام بصقل عدة عدسات خشنة لنفسه. وفي وقت لاحق، اهتم ليفينهوك بهذا العمل الدقيق والمضني وحقق إتقانًا كبيرًا في صناعة العدسات التي أطلق عليها اسم “الفحص المجهري”. في الشكل الخارجي، كانت هذه نظارات أحادية ثنائية التحدب مؤطرة بالفضة أو النحاس، ولكن في خصائصها البصرية، لم يكن لعدسات Leeuwenhoek، التي توفر تكبيرًا يتراوح بين 200 و270 مرة، مثيلًا. ولتقديرها، يكفي أن نتذكر أن الحد النظري لتكبير العدسة ثنائية التحدب هو 250 - 300 مرة.
نظرًا لعدم وجود تعليم طبيعي، ولكن امتلاك فضول طبيعي، نظر ليوينهوك باهتمام إلى كل ما جاء في متناول اليد: مياه البركة، ولوحة الأسنان، وتسريب الفلفل، واللعاب، والدم، وأكثر من ذلك بكثير. منذ عام 1673، بدأ ليفينهوك بإرسال نتائج ملاحظاته إلى الجمعية الملكية في لندن، والتي تم انتخابه لاحقًا عضوًا فيها. في المجمل، كتب ليفينهوك أكثر من 170 رسالة إلى الجمعية الملكية في لندن، وأورثها فيما بعد 26 من كتابه "المجهري" الشهير. إليكم مقتطف من إحدى الرسائل: "في 24 أبريل 1676، نظرت إلى الماء تحت المجهر ورأيت فيه بمفاجأة كبيرة عددًا كبيرًا من الكائنات الحية الصغيرة. وكان بعضها أطول بمقدار 3-4 مرات من عرضها، على الرغم من أنها لم تكن أكثر سمكا من الشعر الذي يغطي جسم القملة. والبعض الآخر كان له شكل بيضاوي منتظم. وكان هناك أيضًا نوع ثالث من الكائنات الحية – وهي الأكثر عددًا – وهي مخلوقات صغيرة ذات ذيول. وبمقارنة الوصف الوارد في هذا المقطع والقدرات البصرية للعدسات الموجودة تحت تصرف ليوينهوك، يمكننا أن نستنتج أن ليوينهوك كان أول من رأى البكتيريا في عام 1676.
اكتشف ليفينهوك الكائنات الحية الدقيقة في كل مكان وتوصل إلى استنتاج مفاده أن العالم من حوله مكتظ بالسكان المجهريين. اعتبر ليفينهوك جميع الكائنات الحية الدقيقة التي رآها، بما في ذلك البكتيريا، حيوانات صغيرة، أطلق عليها اسم “الكائنات الحيوانية”، وكان مقتنعًا بأنها بنيت بنفس طريقة تكوين الكائنات الكبيرة، أي أن لديها أعضاء هضمية، وأرجل، وذيول، وما إلى ذلك. . .د.
كانت اكتشافات ليفينهوك غير متوقعة جدًا، بل ورائعة لدرجة أنها تسببت في دهشة الجميع لما يقرب من 50 عامًا تالية. أثناء وجوده في هولندا عام 1698، زار بيتر ليوينهوك وتحدث معه. من هذه الرحلة، أحضر بيتر الأول مجهرًا إلى روسيا، وفي وقت لاحق، في عام 1716، تم تصنيع المجاهر المحلية الأولى في ورش العمل في بلاطه.

2. الفترة الوصفية (المورفولوجية) في تطور علم الأحياء الدقيقة (نهاية القرن السابع عشر – منتصف القرن التاسع عشر)

2.1. تطوير الأفكار حول طبيعة عمليات التخمر والتحلل

العديد من العمليات التي تقوم بها الكائنات الحية الدقيقة معروفة للإنسان منذ زمن سحيق. بادئ ذي بدء، هذا هو التعفن والتخمير. في كتابات المؤلفين اليونانيين والرومان القدماء، يمكنك العثور على وصفات لصنع النبيذ والحليب الحامض والخبز، مما يشير إلى الاستخدام الواسع النطاق للتخمير في الحياة اليومية. وفي العصور الوسطى، لم يتجاهل الخيميائيون هذه العمليات وقاموا بدراستها إلى جانب التحولات الكيميائية البحتة الأخرى. خلال هذه الفترة جرت محاولات لمعرفة طبيعة عمليات التخمير.
تم استخدام مصطلح "التخمر" ("التخمر") للإشارة إلى العمليات التي تنطوي على إطلاق الغاز لأول مرة من قبل الكيميائي الهولندي ج.ب. فان هيلمونت (1577-1644). اكتشف جي فان هيلمونت أوجه التشابه بين الغاز الذي يتشكل أثناء تخمير عصير العنب (ثاني أكسيد الكربون)، والغاز المنبعث عند حرق الفحم، والغاز الذي يظهر "عند سكب الخل على الحجر الجيري"، أي: عندما يتفاعل القلوي مع حمض. وبناء على ذلك، توصل جي فان هيلمونت إلى استنتاج مفاده أن جميع التحولات الكيميائية الموصوفة أعلاه لها نفس الطبيعة. وفيما بعد بدأ تمييز التخمر عن مجموعة العمليات الكيميائية المصحوبة بإطلاق الغازات. للدلالة على القوة الدافعة المادية للتخمر، ومبدأه النشط، تم استخدام مصطلح "الإنزيم". تمت صياغة وجهة نظر التخمر والتعفن كعمليات كيميائية بحتة في عام 1697 من قبل الطبيب والكيميائي الألماني ج. ستالم (1660-1734). وفقا لأفكار G. Stahl، فإن التخمير والتعفن عبارة عن تحولات كيميائية تحدث تحت تأثير جزيئات "الإنزيم"، والتي تنقل حركتها النشطة الداخلية المتأصلة إلى جزيئات الركيزة القابلة للتخمير، أي. بمثابة نوع من المحفز للتفاعل. تمت مشاركة آراء G. Stahl حول طبيعة عمليات التحلل والتخمير بالكامل والدفاع عنها من قبل أحد أعظم الكيميائيين في عصره، J. Liebig. ومع ذلك، فإن وجهة النظر هذه لم تكن مقبولة من قبل جميع الباحثين.
إحدى التخمينات الأولى حول العلاقة بين "الكريات" (الخميرة) التي وصفها ليفينهوك وظاهرة التخمر والتعفن تعود إلى عالم الطبيعة الفرنسي جي إل إل. بوفون (1707-1788). اقترب الكيميائي الفرنسي أ. لافوازييه (1743-1794)، الذي درس كميًا التحولات الكيميائية للسكر أثناء التخمير الكحولي، من فهم دور الخميرة في عملية التخمير. في عام 1793 كتب: «القليل من خميرة البيرة يكفي لإعطاء الدفعة الأولى للتخمر: ثم يستمر من تلقاء نفسه. سأقدم تقريرًا في مكان آخر عن عمل الإنزيم بشكل عام." ومع ذلك، فقد فشل في القيام بذلك: أصبح أ. لافوازييه ضحية لإرهاب الثورة البرجوازية الفرنسية.
منذ الثلاثينيات من القرن التاسع عشر، بدأت فترة من الملاحظات المجهرية المكثفة. في عام 1827، وصف الكيميائي الفرنسي ج. ديماسير (1783-1862) بنية خميرة Mycoderma cerevisiae، التي تشكل فيلمًا على سطح البيرة، وبعد اقتناعه بأن هذه هي أصغر الحيوانات، صنفها على أنها أهداب. ومع ذلك، في عمل J. Demasier، لا يوجد ما يشير إلى وجود صلة محتملة بين عملية التخمير والفيلم الذي يتشكل على سطح السائل المخمر. بعد عشر سنوات، قام عالم النبات الفرنسي C. Cagnard de Latour (1777-1859) بإجراء فحص مجهري شامل للرواسب المتكونة أثناء التخمير الكحولي وتوصل إلى استنتاج مفاده أنها تتكون من كائنات حية، نشاطها الحيوي هو سبب التخمير. في نفس الوقت تقريبًا، لفت عالم الطبيعة الألماني ف. كوتزينج (1807-1893)، أثناء دراسته لتكوين الخل من الكحول، الانتباه إلى كتلة مخاطية تشبه الفيلم على سطح سائل يحتوي على كحول. من خلال دراسة الكتلة المخاطية، وجد F. Kützing أنها تتكون من كائنات حية مجهرية وترتبط بشكل مباشر بتراكم الخل في البيئة. توصل عالم طبيعة ألماني آخر ت. شوان (1810-1882) إلى استنتاجات مماثلة.
وهكذا، توصل C. Cagniard de Latour، و F. Kützing، و T. Schwann، بشكل مستقل عن بعضهم البعض وفي نفس الوقت تقريبًا، إلى استنتاج حول العلاقة بين عمليات التخمير والنشاط الحيوي للكائنات الحية المجهرية. تم صياغة الاستنتاج الرئيسي من هذه الدراسات بوضوح بواسطة F. Kützing: "يجب علينا الآن أن نفكر في كل عملية تخمير بشكل مختلف عما نظرت إليه الكيمياء حتى الآن. تعتمد عملية التخمر الكحولي برمتها على وجود الخميرة، بينما يعتمد تخمر حمض الأسيتيك على وجود أم حمض الأسيتيك.
ومع ذلك، فإن الأفكار حول الطبيعة البيولوجية لـ”إنزيم” التخمر التي عبر عنها الباحثون الثلاثة لم يتم قبولها. علاوة على ذلك، تعرضوا لانتقادات شديدة من أتباع نظرية الطبيعة الفيزيائية والكيميائية للتخمر، الذين اتهموا خصومهم العلميين بـ«العبث في الاستنتاجات» وغياب أي دليل يدعم هذه «الفرضية الغريبة». ظلت نظرية الطبيعة الفيزيائية والكيميائية لعمليات التخمير هي المهيمنة.

2.2. تطوير أفكار حول الطبيعة الميكروبية للأمراض المعدية

حتى الطبيب اليوناني القديم أبقراط (حوالي 460-377 قبل الميلاد) اقترح أن الأمراض المعدية تسببها كائنات حية غير مرئية. كتب ابن سينا ​​(حوالي 980-1037) في "قانون الطب" عن مسببات الأمراض "غير المرئية" للطاعون والجدري وأمراض أخرى. يمكن العثور على أفكار مماثلة في أعمال الطبيب والفلكي والشاعر الإيطالي ج. فراكاسترو (1478-1553).
كان عالم الأوبئة الروسي د.س مقتنعًا تمامًا بأن الأمراض المعدية تسببها كائنات مجهرية حية. سامويلوفيتش (1744-1805)، الذي حاول اكتشاف العامل المسبب للطاعون تحت المجهر. لقد فشل بسبب عدم وجود المجاهر والتكنولوجيا المجهرية. ومع ذلك، فإن تدابير التطهير وعزل المرضى التي طورها D. S. Samoilovich وفقا لفكرته تبين أنها فعالة للغاية في مكافحة الأوبئة وأصبحت معروفة على نطاق واسع في جميع أنحاء العالم.
ومن الجدير بالذكر أن معاصر د. سامويلوفيتش م. تيريخوفسكي (1740-1796)، أول عالم بروتيستولوجي مجرب روسي، أسس الطبيعة الحية للطفيليات وفي عام 1775، ولأول مرة في العالم، طبق طريقة بحث تجريبية على الكائنات الحية الدقيقة تحديد تأثير درجة الحرارة والتفريغ الكهربائي والتسامي والأفيون والأحماض والقلويات على صلاحيتها. من خلال دراسة حركة الكائنات الحية الدقيقة ونموها وتكاثرها في ظل ظروف خاضعة لرقابة صارمة، كان تيريخوفسكي أول من أشار إلى أن الانقسام يسبقه نمو وزيادة في الحجم. كما أثبت استحالة التوليد التلقائي للأوالي في مختلف السوائل المغلية (الحقن). وقد أوجز ملاحظاته في عمله "حول الفوضى المتدفقة للينيوس".
في عام 1827، اكتشف عالم الطبيعة الإيطالي أ. باسي (1773-1856)، أثناء دراسته لمرض دودة القز، انتقال المرض عندما تنتقل فطريات مجهرية من شخص مريض إلى شخص سليم. وهكذا، كان أ. باسي أول من أثبت تجريبيا الطبيعة الميكروبية لهذا المرض. فكرة الطبيعة الميكروبية للأمراض المعدية لم تحظى بالاعتراف لفترة طويلة. وكانت النظرية السائدة هي أن أسباب الأمراض تعتبر اضطرابات مختلفة في تدفق العمليات الكيميائية في الجسم.
في عام 1846، حدد عالم التشريح الألماني ف. هينلي (1809-1885) في كتابه "دليل علم الأمراض العقلاني" بوضوح المبادئ الأساسية للتعرف على الأمراض المعدية. في وقت لاحق، تم إثبات أفكار F. Henle، التي تمت صياغتها في شكل عام (F. Henle نفسه غير قادر على رؤية عامل مسبب واحد للأمراض المعدية البشرية)، تجريبيا من قبل R. Koch ودخلت العلم تحت اسم "Henle-Koch" ثالوث".

3. الفترة الفسيولوجية (الباسترية) (النصف الثاني من القرن التاسع عشر)

3.1. النشاط العلمي للويس باستور

تعود بداية الفترة الفسيولوجية إلى الستينيات من القرن التاسع عشر وترتبط بأنشطة العالم الفرنسي المتميز، الكيميائي حسب المهنة، لويس باستور (1822-1895). لا يدين علم الأحياء الدقيقة لباستير بتطوره السريع فحسب، بل أيضًا بتكوينه كعلم. يرتبط اسم باستور بأكبر الاكتشافات التي جلبت له شهرة عالمية: التخمير (1857)، التولد التلقائي (1860)، أمراض النبيذ والبيرة (1865)، أمراض دودة القز (1868)، العدوى واللقاحات (1881)، داء الكلب (1885).
بدأ باستور مسيرته العلمية بالعمل في مجال علم البلورات. واكتشف أنه عند إعادة بلورة أملاح حمض الراسيمي غير النشط بصرياً، يتكون نوعان من البلورات. يقوم المحلول المحضر من بلورات من نوع واحد بتدوير مستوى الضوء المستقطب إلى اليمين، ومن بلورات من نوع آخر - إلى اليسار. اكتشف باستور أيضًا أن القالب المزروع في محلول حمض الطرطريك الراسيمي يستهلك واحدًا فقط من الأشكال الأيزوميرية (الدكستروتاتوري). سمحت هذه الملاحظة لباستير بالتوصل إلى نتيجة حول التأثيرات المحددة للكائنات الحية الدقيقة على الركائز وكانت بمثابة أساس نظري للدراسة اللاحقة لفسيولوجيا الكائنات الحية الدقيقة. جذبت ملاحظات باستور للعفن السفلي انتباهه إلى الكائنات الحية الدقيقة بشكل عام.
في عام 1854، حصل باستير على منصب أستاذ متفرغ في جامعة ليل. وهنا بدأ بحثه الميكروبيولوجي، الذي وضع الأساس لعلم الأحياء الدقيقة كنظام علمي مستقل.
كان السبب وراء البدء في دراسة عمليات التخمير هو مناشدة شركة باستور من إحدى الشركات المصنعة في مدينة ليل لطلب المساعدة في معرفة أسباب الفشل المنهجي في تخمير عصير البنجر لإنتاج الكحول. أثبتت نتائج البحث المنشورة في نهاية عام 1857 بلا شك أن عملية التخمير الكحولي هي نتيجة النشاط الحيوي لمجموعة معينة من الكائنات الحية الدقيقة - الخميرة وتحدث في ظروف لا يتوفر فيها الهواء.
وفي الوقت نفسه تقريبًا مع دراسة التخمر الكحولي، بدأ باستير في دراسة التخمر اللبني وأظهر أيضًا أن هذا النوع من التخمر يحدث بسبب الكائنات الحية الدقيقة، والتي أطلق عليها اسم "خميرة حمض اللاكتيك". قدم باستور نتائج بحثه في أعماله المنشورة "مذكرات عن التخمر اللبني".
في الواقع، فإن نتائج بحث باستور ليست مجرد بيانات علمية جديدة، بل هي دحض جريء للنظرية السائدة آنذاك حول الطبيعة الفيزيائية والكيميائية للتخمر، والتي دعمتها ودافعت عنها أعظم السلطات العلمية في ذلك الوقت: I. Berzelius, E. ميتشرليش، ج. ليبج. يعد تخمير حمض اللاكتيك أبسط عملية "كيميائية" لتحلل جزيء السكر إلى ثلاثيات، وكان الدليل على أن هذا التحلل مرتبط بالنشاط الحيوي للكائنات المجهرية حجة قوية تدعم نظرية الطبيعة البيولوجية للتخمرات.
وكانت الحجة الثانية الداعمة للطبيعة البيولوجية للتخمر هي الدليل التجريبي الذي قدمه باستور على إمكانية إجراء التخمر الكحولي في وسط خال من البروتين. وبحسب النظرية الكيميائية للتخمر، فإن الأخير هو نتيجة النشاط التحفيزي لـ«إنزيم»، وهو مادة ذات طبيعة بروتينية.
قادت دراسة تخمر حمض الزبدة باستور إلى استنتاج مفاده أن حياة بعض الكائنات الحية الدقيقة لا يمكن أن تستمر في غياب الأكسجين الحر فحسب، بل إن الأخير ضار بها. نُشرت نتائج هذه الملاحظات عام 1861 في تقرير بعنوان "الحشرات الهدبية الحيوانية التي تعيش بدون أكسجين حر وتسبب التخمر". ربما كان اكتشاف التأثير السلبي للأكسجين الحر على عملية تخمير حمض البيوتريك هو النقطة الأخيرة التي دحضت تمامًا نظرية الطبيعة الكيميائية للتخمرات، حيث أن الأكسجين هو الذي تم تعيينه لدور المركب الذي أعطى الدافع الأول للحركة الداخلية لجزيئات البروتين "الإنزيم". من خلال سلسلة من الدراسات في مجال التخمر، أثبت باستور بشكل مقنع عدم اتساق النظرية الكيميائية للتخمر، مما أجبر معارضيه على الاعتراف بأخطائهم. لعمله على اللاهوائيات في عام 1861، حصل باستور على جائزة من الأكاديمية الفرنسية للعلوم وميدالية من الجمعية الملكية في لندن. نتيجة عشرين عامًا من البحث في مجال التخمير لخصها باستور في “البحث عن البيرة وأمراضها وأسبابها وطرق جعلها مستقرة مع تطبيق نظرية جديدة للتخمير” (1876).
في عام 1865، لجأت الحكومة الفرنسية إلى باستير لطلب مساعدة مزارعي دودة القز الذين كانوا يعانون من خسائر فادحة بسبب أمراض دودة القز. خصص باستور حوالي خمس سنوات لدراسة هذه القضية وتوصل إلى استنتاج مفاده أن أمراض دودة القز تسببها بعض الكائنات الحية الدقيقة. درس باستور بالتفصيل مسار المرض - دودة القز البيبرينية ووضع توصيات عملية لمكافحة المرض: اقترح البحث تحت المجهر عن العوامل المسببة للمرض في أجسام الفراشات والشرانق، وفصل الأفراد المرضى وتدميرهم، وما إلى ذلك .
بعد أن حدد الطبيعة الميكروبية للأمراض المعدية التي تصيب دودة القز، توصل باستور إلى فكرة أن الأمراض الحيوانية والبشرية تنتج أيضًا عن تأثير الكائنات الحية الدقيقة. كان أول عمل له في هذا الاتجاه هو إثبات أن حمى النفاس، التي انتشرت على نطاق واسع خلال الفترة الموصوفة، كانت ناجمة عن مسببات مرضية مجهرية معينة. حدد باستور العامل المسبب للحمى، وأظهر أن سببها هو إهمال القواعد المطهرة من جانب العاملين في المجال الطبي، وطور طرق الحماية ضد تغلغل العامل الممرض في الجسم.
أدى عمل باستور الإضافي في مجال دراسة الأمراض المعدية إلى اكتشافه للعوامل المسببة لكوليرا الدجاج، والتهاب العظم والنقي، والخراجات القيحية، وأحد مسببات الغرغرينا الغازية. وبهذه الطريقة، أظهر باستور وأثبت أن كل مرض يسببه كائن حي دقيق معين.
في عام 1879، أثناء دراسة كوليرا الدجاج، طور باستور طريقة للحصول على مزارع من الميكروبات التي تفقد قدرتها على أن تكون العامل المسبب للمرض، أي تفقد ضراوتها، واستخدم هذا الاكتشاف لحماية الجسم من العدوى اللاحقة. هذا الأخير شكل الأساس لإنشاء نظرية الحصانة.
جمع باستور بين دراسته للأمراض المعدية وتطوير تدابير لمكافحتها بفعالية. واستنادا إلى تقنية الحصول على مزارع ضعيفة من الكائنات الحية الدقيقة الفتاكة، تسمى "اللقاحات"، وجد باستور طرقا لمكافحة الجمرة الخبيثة وداء الكلب. أصبحت لقاحات باستور منتشرة على نطاق واسع في جميع أنحاء العالم. تُسمى المؤسسات التي يتم فيها إجراء التطعيمات ضد داء الكلب بمحطات باستور تكريماً لباستور.
حظيت أعمال باستور بتقدير معاصريه وحصلت على اعتراف دولي. وفي عام 1888، تم بناء معهد للبحث العلمي في باريس لباستور، باستخدام الأموال التي تم جمعها من خلال الاكتتاب الدولي، والذي يحمل اسمه حاليًا. وكان باستور أول مدير لهذا المعهد. أظهرت اكتشافات L. Pasteur مدى تنوع العالم الصغير وغير العادي والنشط الذي لا يمكن رؤيته بالعين المجردة وما هو مجال النشاط الضخم الذي تمثله دراسته.

3.2. تطور علم الأحياء الدقيقة في النصف الثاني من القرن التاسع عشر

في تقييمه للنجاحات التي حققها علم الأحياء الدقيقة في النصف الثاني من القرن التاسع عشر، كتب الباحث الفرنسي ب. تينيري في عمله "رسم تاريخي لتطور العلوم الطبيعية في أوروبا": "في مواجهة الاكتشافات البكتريولوجية، فإن تاريخ الآخرين تبدو العلوم الطبيعية في العقود الأخيرة من القرن التاسع عشر أكثر شحوبًا إلى حد ما.
ترتبط نجاحات علم الأحياء الدقيقة خلال هذه الفترة ارتباطًا مباشرًا بالأفكار الجديدة والأساليب المنهجية التي أدخلها L. Pasteur في الأبحاث الميكروبيولوجية. من بين أول من قدر أهمية اكتشافات باستير كان الجراح الإنجليزي ج. ليستر، فقد أدرك أن سبب نسبة كبيرة من الوفيات بعد العمليات هو، أولاً، إصابة الجروح بالبكتيريا بسبب الجهل، وثانياً، عدم الامتثال مع القواعد الأساسية للمطهرات .
كان أحد مؤسسي علم الأحياء الدقيقة الطبية، إلى جانب باستير، عالم الأحياء الدقيقة الألماني ر. كوخ (1843-1910)، الذي درس مسببات الأمراض المعدية. بدأ كوخ بحثه بينما كان لا يزال طبيبًا ريفيًا بدراسة الجمرة الخبيثة وفي عام 1877 نشر عملاً مخصصًا للعامل المسبب لهذا المرض - عصيات الجمرة الخبيثة. بعد ذلك، تم لفت انتباه كوخ إلى مرض خطير آخر وواسع الانتشار في ذلك الوقت - وهو مرض السل. وفي عام 1882، أعلن كوخ عن اكتشاف العامل المسبب لمرض السل، والذي أطلق عليه اسم "عصية كوخ" تكريماً له. (في عام 1905، حصل كوخ على جائزة نوبل لأبحاثه حول مرض السل). كما اكتشف كوخ العامل المسبب للكوليرا في عام 1883.
أولى كوخ اهتمامًا كبيرًا لتطوير أساليب البحث الميكروبيولوجي. قام بتصميم جهاز إضاءة، واقترح طريقة للتصوير المجهري للبكتيريا، وطور تقنيات لصبغ البكتيريا بأصباغ الأنيلين، واقترح طريقة لزراعة الكائنات الحية الدقيقة على الوسائط المغذية الصلبة باستخدام الجيلاتين. فتح الحصول على البكتيريا في شكل مزارع نقية طرقًا جديدة لدراسة أكثر تعمقًا لخصائصها وكان بمثابة حافز لمزيد من التطوير السريع لعلم الأحياء المجهرية. تم عزل الثقافات النقية من العوامل المسببة للكوليرا والسل والدفتيريا والطاعون والرعام والالتهاب الرئوي الفصي.
أثبت كوخ بشكل تجريبي الأحكام التي طرحها ف. هينلي بشأن الاعتراف بالأمراض المعدية، والتي دخلت العلم تحت اسم "ثالوث هنلي-كوخ" (ومع ذلك، اتضح لاحقًا أنه لا ينطبق على جميع العوامل المعدية).
مؤسس علم الأحياء الدقيقة الروسي هو L. Tsenkovsky (1822-1887). كانت أهداف بحثه هي الأوليات المجهرية والطحالب والفطريات. اكتشف ووصف عددًا كبيرًا من الأوليات، ودرس مورفولوجيتها ودورات تطورها. وهذا سمح له باستنتاج أنه لا توجد حدود واضحة بين عالم النباتات والحيوانات. كما قام بتنظيم إحدى محطات باستور الأولى في روسيا واقترح لقاحًا ضد الجمرة الخبيثة ("لقاح تسينكوفسكي الحي").
يرتبط اسم I. Mechnikov (1845-1916) بتطور اتجاه جديد في علم الأحياء الدقيقة - علم المناعة. ولأول مرة في العلم، طور متشنيكوف وأكد تجريبيًا النظرية البيولوجية للمناعة، والتي دخلت التاريخ باسم نظرية متشنيكوف البلعمية. وتقوم هذه النظرية على فكرة أجهزة الحماية الخلوية للجسم. أثبت متشنيكوف في تجاربه على الحيوانات (دفنيا، يرقات نجم البحر) أن الكريات البيض والخلايا الأخرى ذات الأصل المتوسط ​​لديها القدرة على التقاط وهضم الجزيئات الأجنبية (بما في ذلك الميكروبات) التي تدخل الجسم. هذه الظاهرة، التي تسمى البلعمة، شكلت أساس نظرية البلعمة للمناعة وقد حظيت باعتراف عالمي. من خلال تطوير الأسئلة المطروحة بشكل أكبر، صاغ متشنيكوف نظرية عامة للالتهاب كرد فعل وقائي للجسم وخلق اتجاهًا جديدًا في علم المناعة - عقيدة خصوصية المستضد. وفي الوقت الحالي، أصبحت ذات أهمية متزايدة فيما يتعلق بتطور مشكلة زرع الأعضاء والأنسجة ودراسة علم المناعة السرطاني.
تشمل أهم أعمال متشنيكوف في مجال علم الأحياء الدقيقة الطبية دراسات حول التسبب في مرض الكوليرا وبيولوجيا الضمات الشبيهة بالكوليرا، والزهري، والسل، والحمى الراجعة. متشنيكوف هو مؤسس عقيدة التضاد الميكروبي، والتي كانت بمثابة الأساس لتطوير علم العلاج بالمضادات الحيوية. وقد استخدم ميتشنيكوف فكرة التضاد الميكروبي في تطوير مشكلة طول العمر. دراسة ظاهرة شيخوخة الجسم، جاء متشنيكوف إلى الاستنتاج. وأن أهم أسبابه هو التسمم المزمن للجسم بالمنتجات المتعفنة التي تنتجها البكتيريا المتعفنة في الأمعاء الغليظة.
من الأمور ذات الأهمية العملية أعمال متشنيكوف المبكرة حول استخدام فطر Isaria destructor لمكافحة آفة الحقل - خنفساء الحبوب. إنهم يقدمون سببًا لاعتبار متشنيكوف مؤسس الطريقة البيولوجية لمكافحة آفات النباتات الزراعية، وهي طريقة تجد تطبيقًا وشعبية متزايدة هذه الأيام.
وهكذا، أنا. كان ميتشنيكوف، عالم الأحياء الروسي المتميز الذي جمع بين صفات المجرب والمعلم والمروج للمعرفة العلمية، رجلاً يتمتع بروح عظيمة وعمل عظيم، وكانت أعلى جائزة له هي منحه جائزة نوبل في عام 1909 لأبحاثه حول البلعمة.
أحد أكبر العلماء في مجال علم الأحياء الدقيقة هو صديق وزميل ميتشنيكوف ن.ف. الجمالية (1859-1949). كرس جماليا حياته كلها لدراسة الأمراض المعدية وتطوير تدابير لمكافحة مسببات الأمراض. قدمت جماليا مساهمة كبيرة في دراسة مرض السل والكوليرا وداء الكلب؛ وفي عام 1886، قام مع آي. ميتشنيكوف بتنظيم أول محطة باستور في أوديسا وأدخل التطعيم ضد داء الكلب موضع التنفيذ. اكتشف ضمة الطيور - العامل المسبب لمرض يشبه الكوليرا في الطيور - وأطلق عليها اسم Mechnikov vibrio تكريما لإيليا إيليتش. ثم تم الحصول على لقاح ضد الكوليرا البشرية.
إلخ.................