Naučnici mikrobiolozi i njihova dostignuća. Apstraktna istorija razvoja mikrobiologije. Pojava nauke mikrobiologije

Osnivač ruske mikrobiologije je L. Tsenkovsky (1822-1887). Predmet njegovih istraživanja bili su mikroskopske protozoe, alge i gljive. On je otkrio i opisao veliki broj protozoa, proučavali njihovu morfologiju i razvojne cikluse. To mu je omogućilo da zaključi da ne postoji oštra granica između svijeta biljaka i životinja. Takođe je organizovao jednu od prvih Pasteurovih stanica u Rusiji i predložio vakcinu protiv antraksa („živa vakcina Tsenkovsky“).

Ime I. Mečnikova (1845-1916) povezano je sa razvojem novog pravca u mikrobiologiji - imunologije. Po prvi put u nauci, Mečnikov je razvio i eksperimentalno potvrdio biološka teorija imunitet, koji je ušao u istoriju kao Mečnikovljeva fagocitna teorija. Ova teorija se temelji na ideji o ćelijskim zaštitnim uređajima tijela. Mečnikov je u eksperimentima na životinjama (dafnije, larve morske zvijezde) dokazao da leukociti i druge stanice mezodermalnog porijekla imaju sposobnost hvatanja i varenja stranih čestica (uključujući mikrobe) koje ulaze u tijelo. Ovaj fenomen, nazvan fagocitoza, formirao je osnovu fagocitne teorije imuniteta i dobio je univerzalno priznanje. Razvijajući dalje postavljena pitanja, Mečnikov je formulisao opštu teoriju upale kao zaštitne reakcije organizma i stvorio novi pravac u imunologiji - doktrinu specifičnosti antigena. Trenutno postaje sve važniji u vezi sa razvojem problema transplantacije organa i tkiva i proučavanjem imunologije raka.

Najvažniji radovi Mečnikova u oblasti medicinske mikrobiologije uključuju proučavanje patogeneze kolere i biologije vibrija sličnih koleri, sifilisa, tuberkuloze i povratne groznice. Mečnikov je osnivač doktrine mikrobnog antagonizma, koja je poslužila kao osnova za razvoj nauke o antibiotskoj terapiji. Ideju mikrobnog antagonizma Mečnikov je koristio u razvoju problema dugovječnosti. Proučavajući fenomen starenja tijela, Mečnikov je došao do zaključka. To je najvažniji razlog za to hronično trovanje tijela produktima raspadanja koje u debelom crijevu stvaraju truležne bakterije.

Od praktičnog interesa su rani radovi Mečnikova o upotrebi gljive Isaria destructor u borbi protiv poljske štetočine - žitne bube. Oni daju razlog da se Mečnikova smatra osnivačem biološke metode suzbijanja štetočina poljoprivrednih biljaka, metode koja ovih dana nalazi sve veću primjenu i popularnost. Dakle, I.I. Mečnikov, istaknuti ruski biolog koji je spojio kvalitete eksperimentatora, učitelja i promotera naučnih saznanja, bio je čovjek velikog duha i rada, čija je najveća nagrada bila dodjela Nobelove nagrade 1909. za istraživanje fagocitoze. Razvoj mikrobiologije u našoj zemlji usko je povezan i sa imenom najvećeg naučnika, prijatelja i kolege I. Mečnikova, N.F. Gamaleja (1859-1949). Gamaleya je cijeli svoj život posvetio proučavanju zaraznih bolesti i razvoju mjera za borbu protiv njihovih patogena. Gamaleja je dao veliki doprinos proučavanju tuberkuloze, kolere i besnila 1886. godine, zajedno sa I. Mečnikovim, organizovao je prvu Pasterovu stanicu u Odesi i uveo vakcinaciju protiv besnila. Otkrio je ptičji vibrion - uzročnik bolesti nalik koleri kod ptica - i nazvao ga Mečnikov vibrion u čast Ilje Iljiča. Tada je dobijena vakcina protiv ljudske kolere.

Gamaleya je veliku pažnju posvetio i epidemiologiji zaraznih bolesti. Bio je glavni specijalista u oblasti imunologije. Nakon što je razvio originalnu metodu za proizvodnju cjepiva protiv velikih boginja, prvi je predložio ideju izolacije najpotpunijih antigena iz bakterija i njihovog korištenja za pripremu takozvanih kemijskih cjepiva. Gamaleya je prvi uočio i opisao fenomen spontane lize bakterija pod uticajem tada nepoznatog agensa - bakteriofaga. Stoga se Gamaleya smatra ne samo jednim od osnivača medicinske mikrobiologije, već i imunologije i virologije.

S.N.Vinogradsky, V.L. Omelyansky, B.L. Isachenko, D.I. Ivanovsky, G.A. Nadsona, koji su bili osnivači određenih pravaca u općoj mikrobiologiji. Stvaranje, na primjer, doktrine o ekologiji mikroorganizama u tlu neraskidivo je povezano s imenom ruskog istraživača S. Vinogradskog (1856-1953). Winogradsky je također dao veliki doprinos poznavanju fiziološke raznolikosti mikrobnog svijeta. Izveo je klasične radove o fiziologiji sumpornih bakterija i bakterija gvožđa, što je rezultiralo otkrićem kemosinteze u bakterijama – najvećim otkrićem 19. stoljeća.

S. Winogradsky je dokazao da postoje bakterije koje samostalno sintetiziraju organsku tvar, koristeći energiju oksidacije mineralnih spojeva (sumporovodik, amonijak) i ugljičnog dioksida itd. Odnosno, otkrivena je nova vrsta ishrane mikroorganizama - autotrofizam.

Stalni zahtjev Winogradskog bio je proučavanje mikroorganizama u njihovom prirodnom staništu ili uvjetima što je moguće bliže prirodnim. Slijedeći ovaj princip, razvio je jednostavne i originalne metode za proučavanje mikroorganizama u tlu. Metoda izbornih (selektivnih) okruženja dobila je opšte priznanje i široku upotrebu, što omogućava razlikovanje od prirodno okruženje broj novih mikroorganizama i određuju njihovu ulogu u kruženju supstanci.

S. Vinogradsky objavio preko 300 naučni radovi posvećena ekologiji i fiziologiji mikroorganizama u tlu. S pravom se smatra ocem mikrobiologije tla. Jedan od istaknutih osnivača ruske mikrobiologije trebao bi uključiti i učenika S. Vinogradskog V.L. Omaljanski (1867-1928). Bio je ne samo izuzetan naučnik, već i talentovan učitelj i popularizator dostignuća mikrobiologije. V. Omeljanski je, kao i Pasteur, imao duboko znanje u oblasti hemije, što je predstavljalo osnovu za njegovo i ekološko proučavanje mikroorganizama. Raspon naučnih interesovanja V. Omeljanskog je veoma širok, ali glavni pravac njegovog istraživanja je vezan za proučavanje ciklusa supstanci u prirodi, u čemu je značajnu ulogu pridao mikroorganizmima. Proučavanje procesa razgradnje organska materija, bio je prvi koji je izolirao bakterije koje razgrađuju celulozu, opisao njihovu fiziologiju i hemiju samog procesa.

Omelyansky je duboko i sveobuhvatno proučavao mikroorganizme uključene u ciklus dušika, posebno slobodno žive fiksatore i nitrifikatore dušika. Jedno od najnovijih radova Omeljanskog, "Uloga mikroorganizama u trošenju stijena", pripada novom području istraživanja. Ovaj rad je bio osnova geološke mikrobiologije.

Velika zasluga Omeljanskog je stvaranje prvog ruskog udžbenika "Osnovi mikrobiologije", koji je objavljen 1909. godine i doživio je 9 izdanja. U njemu je Omelyansky sažeo rezultate mikrobioloških istraživanja i dao opće dijagrame ciklusa u prirodi pojedinih elemenata, uključujući dušik, ugljik, sumpor i željezo. Decenijama je ovaj udžbenik bio priručnik za specijaliste.

Ekološki pravac u mikrobiologiji uspješno je razvio B.L. Isachenko (1871-1948). Radovi iz oblasti mikrobiologije vode postali su nadaleko poznati. On je prvi proučavao rasprostranjenost mikroorganizama u Arktičkom okeanu i ukazao na njihovu važnu ulogu u geološkim procesima i kruženju tvari u vodnim tijelima.

D.I. je dao veliki doprinos razvoju domaće i svjetske mikrobiologije. Ivanovsky (1864-1920), koji je 1892. otkrio biljne viruse i time postavio temelje za novu nauku - virologiju. Naglašavajući važnost istraživanja Ivanovskog, engleski virolog N. Pirie je napisao: „Ogroman značaj otkrića Ivanovskog za teorijsku prirodnu nauku leži u činjenici da je otkrio novi oblik postojanja proteinskih tijela.“ Ideje Ivanovskog odigrale su odlučujuću ulogu u kasnijim briljantnim uspjesima virologije, kao rezultat kojih su otkriveni uzročnici većine virusnih bolesti ljudi, životinja, biljaka i mikroorganizama. Prema zaključku američkog virologa Stanleya, ime Ivanovskog u virologiji treba posmatrati u istom svjetlu kao imena Pasteura i Kocha u mikrobiologiji.

10. Sferni oblici(koke) - globularne bakterije veličina 0,5 - 1,0 mikrona; Prema međusobnom rasporedu ćelija razlikuju se mikrokoke, diplokoke, streptokoke, tetrakoke, sarcine i stafilokoke.

Mikrokok (lat. mali) - odvojeno smještene ćelije ili u obliku „paketa“.

Diplokoki (lat. dvostruki) - raspoređeni su u parove, budući da se ćelije nakon diobe ne odvajaju.

Streptokoki (od grčkog streptos - lanac) su ćelije okruglog ili duguljastog oblika koje formiraju lanac zbog diobe stanica u istoj ravni i održavanja veze između njih na mjestu diobe.

Sarcine (od latinskog sarcina - snop, bala) - raspoređene su u obliku paketa od 8 ili više koka, jer nastaju diobom ćelija u tri međusobno okomite ravni.

Stafilokoki (od grčkog staphyle - grozd) su koke koje se nalaze u obliku grozda kao rezultat podjele u različitim ravnima.

Bakterije u obliku štapa razlikuju se po veličini, obliku krajeva ćelija i relativnu pozicijućelije. Dužina ćelija varira od 1,0 do 8,0, debljina od 0,5 do 2,0 mikrona. Štapići mogu biti pravilnog (Escherichia coli) ili nepravilnog (corynebacteria) oblika, uključujući i one razgranate, kao što su aktinomicete. Blago zakrivljeni štapići nazivaju se vibrionima (Vibrio cholerae). Većina bakterija u obliku štapića raspoređena je nasumično jer se stanice nakon dijeljenja razmiču.

Elementarna tijela ulaze u epitelnu ćeliju endocitozom uz stvaranje intracelularne vakuole. Unutar ćelije se povećavaju i transformišu u dijeljena retikularna tijela, formirajući klastere u vakuolama (inkluzije). Elementarna tijela nastaju od retikularnih tijela koja napuštaju stanice egzocitozom ili ćelijskom lizom.

Mikoplazme su male bakterije (0,15 - 1,0 µm), okružene citoplazmom plazma membrana i nedostatak ćelijskog zida. Zbog nepostojanja ćelijskog zida, mikoplazme su osmotski osjetljive. Imaju različite oblike: kokoidne, filamentne, u obliku bočice. Ovi oblici su vidljivi pod fazno-kontrastnom mikroskopijom čistih kultura mikoplazme. Patogene mikoplazme uzrokuju kronične infekcije - mikoplazmozu.

Aktinomicete su granaste, nitaste ili štapićaste gram-pozitivne bakterije. Ime su dobili (od grčkog actis - zraka, mykes - gljiva) zbog formiranja u zahvaćenim tkivima drusena - granula čvrsto isprepletenih niti u obliku zraka koje se protežu od središta i završavaju zadebljanjima u obliku tikvice. Aktinomicete se mogu podijeliti fragmentacijom micelija na stanice slične štapićastim i kokoidnim bakterijama. Na zračnim hifama aktinomiceta mogu se formirati spore koje služe za razmnožavanje. Spore aktinomiceta obično nisu otporne na toplinu.

Zajedničku filogenetičku granu sa aktinomicetama čine takozvani nokardiformni (nokardioformni) aktinomiceti - kolektivna grupa štapićastih bakterija nepravilnog oblika. Njihovi pojedinačni predstavnici formiraju razgranate forme. To uključuje bakterije iz rodova Corynebacterium, bdycobacterium, Hocardia itd.

Nocardi-like aktinomicete odlikuju se prisustvom u ćelijskom zidu šećera arabinoze, galaktoze, kao i mikolne kiseline i velike količine masnih kiselina. Mikolne kiseline i lipidi stanične stijenke određuju kiselinsku rezistenciju bakterija, posebno mikobakterija tuberkuloze i lepre (kada su obojene prema Ziehl-Neelsenu, crvene su, a bakterije i elementi tkiva koji nisu otporni na kiselinu, sputum su plavi).

Zavijene forme su spiralne bakterije, na primjer spirila, koje imaju izgled uvijenih stanica u obliku vadičepa. Patogena spirila uključuje uzročnika sodoku (bolest ugriza pacova). U zamršene spadaju i Campylobacter, Helicobacter, koji imaju krivulje poput krila letećeg galeba; bakterije poput spirohete su im također bliske.

Spirohete su tanke, dugačke, uvijene (u obliku spirale) bakterije koje se razlikuju od spirila po svojoj pokretljivosti zbog fleksularnih promjena u stanicama. Spirohete imaju vanjski membranski ćelijski zid koji okružuje protoplazmatski cilindar s citoplazmatskom membranom. Ispod vanjske membrane stanične stijenke (u periplazmi) nalaze se periplazmatska vlakna (flagella), koja, kao da se uvijaju oko protoplazmatskog cilindra spirohete, daju joj spiralni oblik (primarni uvojci spirohete). Vlakna su pričvršćena za krajeve ćelije i usmjerena jedna prema drugoj. Drugi kraj fibrila je slobodan. Broj i raspored vlakana varira među vrstama. Vlakna su uključena u kretanje spiroheta, dajući ćelijama rotaciju, fleksiju i translacijsko kretanje. U ovom slučaju, spirohete formiraju petlje, kovrče i zavoje, koje se nazivaju sekundarnim kovrčama.

Spirohete ne percipiraju dobro boje. Boje se metodom Romanovsky-Giemsa ili posrebrenjem, a u živom stanju se ispituju jednokontrastnom ili mikroskopijom tamnog polja.

Leptospira (rod Leptospira) imaju plitke i česte kovrče - u obliku upletenog užeta. Krajevi ovih spiroheta su zakrivljeni poput udica sa zadebljanjima na krajevima. Formirajući sekundarne kovrče, poprimaju oblik slova S ili C; imaju 2 aksijalna navoja. Patogeni predstavnik L. ispituje izazivače leptospiroze.

Prosječna veličina bakterije je 0,5-5 mikrona. Escherichia coli, na primjer, ima dimenzije 0,3-1 x 1-6 mikrona, Staphylococcus aureus ima prečnik 0,5-1 mikrona, Bacillus subtilis 0,75 x 2-3 mikrona. Najveća poznata bakterija je Thiomargarita namibiensis, koja dostiže veličinu od 750 mikrona (0,75 mm). Drugi je Epulopiscium fishelsoni, koji ima promjer od 80 mikrona i dužinu do 700 mikrona i živi u probavnom traktu kirurške ribe Acanthurus nigrofuscus. Achromatium oxaliferum dostiže veličine od 33 do 100 mikrona, Beggiatoa alba - 10 do 50 mikrona. Spirohete mogu narasti do 250 µm u dužinu s debljinom od 0,7 µm. U isto vrijeme, bakterije uključuju najmanje organizme sa ćelijskom strukturom. Mycoplasma mycoides je veličine 0,1-0,25 mikrona, što je slično veličini velikih virusa kao što su mozaik duhana, kravlje boginje ili gripa. Prema teorijskim proračunima, sferna ćelija promjera manjeg od 0,15-0,20 mikrona postaje nesposobna za samostalnu reprodukciju, jer fizički ne sadrži sve potrebne biopolimere i strukture u dovoljnim količinama.

Međutim, opisane su nanobakterije koje su manje od “prihvatljive” veličine i vrlo se razlikuju od običnih bakterija. Oni su, za razliku od virusa, sposobni za samostalan rast i reprodukciju (izuzetno sporo). Oni su do sada malo proučavani, dovodi se u pitanje njihova živa priroda.

Linearnim povećanjem radijusa ćelije, njena površina raste proporcionalno kvadratu poluprečnika, a zapremina proporcionalno kocki, stoga je kod malih organizama odnos površine i zapremine veći nego kod većih, što za prve znači aktivniju razmjenu tvari sa okolinom. Metabolička aktivnost, mjerena različitim pokazateljima, po jedinici biomase veća je u malim oblicima nego u velikim. Stoga male veličine čak i za mikroorganizme daju bakterijama i arhejama prednosti u brzini rasta i razmnožavanja u odnosu na složenije eukariote i određuju njihovu važnu ekološku ulogu.

11. Opšti dijagram strukture bakterijske ćelije prikazan je na slici 2. Unutrašnja organizacija bakterijske ćelije je složena. Svaka sistematska grupa mikroorganizama ima svoje specifične strukturne karakteristike.

Ćelijski zid. Bakterijska ćelija je prekrivena gustom membranom. Ovaj površinski sloj, koji se nalazi izvan citoplazmatske membrane, naziva se ćelijski zid (sl. 2, 14). Zid obavlja zaštitnu i potpornu funkciju, a također daje ćeliji trajni, karakterističan oblik (na primjer, oblik štapa ili kokusa) i predstavlja vanjski skelet ćelije. Ova gusta školjka čini bakterije sličnim biljnim stanicama, što ih razlikuje od životinjskih stanica koje imaju meku ljusku. Unutar bakterijske ćelije osmotski tlak je nekoliko puta, a ponekad i desetine puta veći nego u vanjskom okruženju. Stoga bi ćelija brzo pukla da nije zaštićena tako gustom, krutom strukturom kao što je ćelijski zid.

Debljina ćelijskog zida je 0,01-0,04 mikrona. Čini od 10 do 50% suhe mase bakterija. Količina materijala koji čini ćelijski zid mijenja se tokom rasta bakterija i obično se povećava s godinama.

Glavna strukturna komponenta zidova, osnova njihove krute strukture u gotovo svim do sada proučavanim bakterijama, je murein (glikopeptid, mukopeptid). Ovo je organsko jedinjenje složene strukture, koje uključuje šećere koji nose dušik - amino šećere i 4-5 aminokiselina. Štaviše, aminokiseline stanične stijenke imaju neobičan oblik (D-stereoizomeri), koji se rijetko nalazi u prirodi.

Sastavni dijelovi ćelijskog zida, njegove komponente, čine složenu, snažnu strukturu.

Koristeći metodu bojenja koju je prvi put predložio Christian Gram 1884. godine, bakterije se mogu podijeliti u dvije grupe: gram-pozitivne i gram-negativne. Gram-pozitivni organizmi su u stanju da vežu neke anilinske boje, kao što je kristalno ljubičasta, i nakon tretmana jodom, a zatim alkoholom (ili acetonom) zadržavaju kompleks jod-boja. Iste bakterije kod kojih se ovaj kompleks uništi pod uticajem etil alkohola (ćelije obezboje) klasifikovane su kao gram-negativne.

Hemijski sastav ćelijskih zidova gram-pozitivnih i gram-negativnih bakterija je različit.

Kod gram-pozitivnih bakterija sastav ćelijskih zidova uključuje, pored mukopeptida, i polisaharide (kompleksne, visokomolekularne šećere), teihoične kiseline (kompleksna jedinjenja po sastavu i strukturi koja se sastoje od šećera, alkohola, aminokiselina i fosforne kiseline ). Polisaharidi i teihoične kiseline su povezane sa zidnim okvirom - mureinom. Još ne znamo kakvu strukturu formiraju ove komponente ćelijskog zida gram-pozitivnih bakterija. Koristeći elektronske fotografije tankih preseka (slojeviti), u zidovima nisu otkrivene gram-pozitivne bakterije. Vjerovatno su sve ove tvari vrlo čvrsto međusobno povezane.

Zidovi gram-negativnih bakterija su složenijeg hemijskog sastava, sadrže značajnu količinu lipida (masti) povezanih sa proteinima i šećerima u kompleksne komplekse - lipoproteine ​​i lipopolisaharide. Općenito je manje mureina u ćelijskim zidovima gram-negativnih bakterija nego u gram-pozitivnih bakterija. Struktura zida gram-negativnih bakterija je također složenija. Pomoću elektronskog mikroskopa ustanovljeno je da su zidovi ovih bakterija višeslojni (slika 6).

Unutrašnji sloj se sastoji od mureina. Iznad ovoga je širi sloj labavo zbijenih proteinskih molekula. Ovaj sloj je zauzvrat prekriven slojem lipopolisaharida. Najgornji sloj se sastoji od lipoproteina.

Ćelijska stijenka je propusna: hranjive tvari slobodno prolaze kroz nju u ćeliju, a produkti metabolizma izlaze u ćeliju. okruženje. Veliki molekuli velike molekularne težine ne prolaze kroz ljusku.

Kapsula. Ćelijski zid mnogih bakterija na vrhu je okružen slojem sluzavog materijala – kapsulom (slika 7). Debljina kapsule može biti višestruko veća od promjera same ćelije, a ponekad je toliko tanka da se može vidjeti samo kroz elektronski mikroskop - mikrokapsulu.

Kapsula nije bitan dio ćelije, ona se formira u zavisnosti od uslova u kojima se bakterije nalaze. Služi kao zaštitni omotač ćelije i učestvuje u metabolizmu vode, štiteći ćeliju od isušivanja.

Hemijski sastav kapsula su najčešće polisaharidi. Ponekad se sastoje od glikoproteina (kompleksnih kompleksa šećera i proteina) i polipeptida (rod Bacillus), u rijetkim slučajevima - od vlakana (rod Acetobacter).

Sluzave tvari koje neke bakterije izlučuju u supstrat uzrokuju, na primjer, sluzavo-žičastu konzistenciju pokvarenog mlijeka i piva.

Citoplazma. Čitav sadržaj ćelije, sa izuzetkom jezgra i ćelijskog zida, naziva se citoplazma. Tečna, bezstrukturna faza citoplazme (matriksa) sadrži ribozome, membranske sisteme, mitohondrije, plastide i druge strukture, kao i rezervne nutrijente. Citoplazma ima izuzetno složenu, finu strukturu (slojevita, zrnasta). Pomoću elektronskog mikroskopa otkriveno je mnogo zanimljivih detalja strukture ćelije.

Vanjski lipoprotoidni sloj bakterijskog protoplasta, koji ima posebna fizička i kemijska svojstva, naziva se citoplazmatska membrana (sl. 2, 15).

Unutar citoplazme nalaze se sve vitalne strukture i organele.

Citoplazmatska membrana igra vrlo važnu ulogu - regulira ulazak tvari u ćeliju i oslobađanje metaboličkih produkata van.

Kroz membranu, hranjive tvari mogu ući u ćeliju kao rezultat aktivnog biohemijskog procesa koji uključuje enzime. Osim toga, u membrani se odvija sinteza nekih ćelijskih komponenti, uglavnom komponenti ćelijskog zida i kapsule. Konačno, citoplazmatska membrana sadrži najvažnije enzime (biološke katalizatore). Naređeni raspored enzima na membranama omogućava regulaciju njihove aktivnosti i sprečavanje uništavanja jednih enzima od strane drugih. S membranom su povezani ribozomi - strukturne čestice na kojima se sintetiše protein. Membrana se sastoji od lipoproteina. Dovoljno je jak i može osigurati privremeno postojanje ćelije bez ljuske. Citoplazmatska membrana čini do 20% suhe mase ćelije.

Između plazma membrane i ćelijskog zida postoji veza u obliku dezmoza - mostova. Citoplazmatska membrana često izaziva invaginacije - invaginacije u ćeliju. Ove invaginacije formiraju posebne membranske strukture u citoplazmi koje se nazivaju mezozomi. Neke vrste mezozoma su tijela odvojena od citoplazme vlastitom membranom. Brojne vezikule i tubule su spakovane unutar ovih membranskih vrećica (slika 2). Ove strukture obavljaju različite funkcije u bakterijama. Neke od ovih struktura su analozi mitohondrija. Drugi obavljaju funkcije endoplazmatskog retikuluma ili Golgijevog aparata. Invaginacijom citoplazmatske membrane formira se i fotosintetski aparat bakterija. Nakon invaginacije citoplazme, membrana nastavlja da raste i formira snopove (tablica 30), koji se, po analogiji sa biljnim granulama hloroplasta, nazivaju tilakoidni stekovi. U ovim membranama, koje često ispunjavaju veći dio citoplazme bakterijske stanice, lokalizirani su pigmenti (bakterioklorofil, karotenoidi) i enzimi (citokromi) koji provode proces fotosinteze.

Citoplazma bakterija sadrži ribozome, čestice koje sintetišu proteine ​​prečnika 200A. Ima ih više od hiljadu u kavezu. Ribosomi se sastoje od RNK i proteina. Kod bakterija, mnogi ribozomi su slobodno locirani u citoplazmi, neki od njih mogu biti povezani s membranama.

Ribosomi su centri sinteze proteina u ćeliji. Istovremeno se često povezuju jedni s drugima, formirajući agregate koji se nazivaju poliribozomi ili polizomi.

Citoplazma bakterijskih stanica često sadrži granule različitih oblika i veličina. Međutim, njihovo prisustvo se ne može smatrati nekom vrstom trajnog znaka mikroorganizma, obično je u velikoj meri povezano sa fizičkim i hemijskim uslovima životne sredine. Mnoge citoplazmatske inkluzije sastavljene su od spojeva koji služe kao izvor energije i ugljika. Ove rezervne supstance nastaju kada se organizam snabde dovoljno hranljivim materijama, i, obrnuto, koriste se kada se telo nađe u uslovima koji su nepovoljniji u pogledu ishrane.

U mnogim bakterijama, granule se sastoje od škroba ili drugih polisaharida - glikogena i granuloze. Neke bakterije, kada se uzgajaju u mediju bogatom šećerom, imaju kapljice masti unutar ćelije. Druga rasprostranjena vrsta granularnih inkluzija je volutin (granule metahromatina). Ove granule se sastoje od polimetafosfata (rezervna supstanca koja sadrži ostatke fosforne kiseline). Polimetafosfat služi kao izvor fosfatnih grupa i energije za tijelo. Veća je vjerovatnoća da će bakterije akumulirati volutin pod neuobičajenim nutritivnim uvjetima, kao što su mediji bez sumpora. U citoplazmi nekih sumpornih bakterija nalaze se kapljice sumpora.

Pored različitih strukturnih komponenti, citoplazma se sastoji od tekućeg dijela - rastvorljive frakcije. Sadrži proteine, razne enzime, t-RNA, neke pigmente i jedinjenja male molekularne težine - šećere, aminokiseline.

Kao rezultat prisustva jedinjenja male molekularne mase u citoplazmi, nastaje razlika u osmotskom pritisku ćelijskog sadržaja i spoljašnje sredine, a taj pritisak može biti različit za različite mikroorganizme. Najveći osmotski tlak je uočen kod gram-pozitivnih bakterija - 30 atm, kod gram-negativnih bakterija je mnogo niži - 4-8 atm.

Nuklearni aparat. Nuklearna tvar, deoksiribonukleinska kiselina (DNK), lokalizirana je u središnjem dijelu stanice.

Bakterije nemaju takvo jezgro kao viši organizmi (eukarioti), ali imaju svoj analog – „nuklearni ekvivalent“ – nukleoid (vidi sliku 2, 8), koji je evolucijski primitivniji oblik organizacije nuklearne materije. Mikroorganizmi koji nemaju pravo jezgro, ali imaju njegov analog, klasifikuju se kao prokarioti. Sve bakterije su prokarioti. U stanicama većine bakterija najveći dio DNK koncentriran je na jednom ili više mjesta. U eukariotskim ćelijama DNK se nalazi u specifičnoj strukturi - jezgru. Jezgro je okruženo membranom.

U bakterijama, DNK je manje zbijena, za razliku od pravih jezgara; Nukleoid nema membranu, nukleolus ili skup hromozoma. Bakterijska DNK nije povezana sa glavnim proteinima - histonima - i nalazi se u nukleoidu u obliku snopa fibrila.

Flagella. Neke bakterije imaju strukturu dodataka na površini; Najrasprostranjeniji od njih su flagele - organi kretanja bakterija.

Flagelum je usidren ispod citoplazmatske membrane pomoću dva para diskova. Bakterije mogu imati jednu, dvije ili više flagela. Njihov položaj je različit: na jednom kraju ćelije, na dva, po cijeloj površini itd. (Sl. 9). Bakterijske flagele imaju promjer od 0,01-0,03 mikrona, njihova dužina može biti mnogo puta veća od dužine ćelije. Bakterijske flagele se sastoje od proteina - flagelina - i to su uvrnuti spiralni filamenti.

23 Enzimi ili enzimi (od lat.fermentum, grčki ζύμη, ἔνζυμον - kvasac) - obično proteinski molekuli ili RNA molekuli (ribozimi) ili njihovi kompleksi koji ubrzavaju (katalizuju) hemijske reakcije u živim sistemima. Reaktanti u reakciji kataliziranoj enzimima nazivaju se supstrati, a nastale tvari nazivaju se produkti. Enzimi su specifični za supstrat (ATPaza katalizira razgradnju samo ATP-a, a fosforilaza kinaza fosforilira samo fosforilazu). Aktivnost enzima se može regulirati aktivatorima i inhibitorima (aktivatori se povećavaju, inhibitori se sintetiziraju na ribosomima, a RNK se sintetizira u jezgri).

Funkcije enzima

Enzimi su prisutni u svim živim stanicama i pomažu u pretvaranju nekih tvari (supstrata) u druge (proizvode). Enzimi djeluju kao katalizatori u gotovo svim biohemijskim reakcijama koje se odvijaju u živim organizmima – katalizuju više od 4000 različitih biohemijskih reakcija. Enzimi igraju vitalnu ulogu u svim životnim procesima, usmjeravaju i regulišu metabolizam tijela.

Kao i svi katalizatori, enzimi ubrzavaju kako naprijed tako i obrnuto, smanjujući energiju aktivacije procesa. U ovom slučaju, hemijska ravnoteža se ne pomera ni napred ni nazad. Posebnost enzima u odnosu na neproteinske katalizatore je njihova visoka specifičnost - konstanta vezivanja nekih supstrata za protein može doseći 10-10 mol/l ili manje. Svaki molekul enzima je sposoban da izvrši od nekoliko hiljada do nekoliko miliona "operacija" u sekundi. Na primjer, jedan molekul enzima renina, koji se nalazi u želučanoj sluznici teleta, zgruša oko 10 6 molekula kazeinogena mlijeka za 10 minuta na temperaturi od 37 °C. Štaviše, efikasnost enzima je mnogo veća od efikasnosti neproteinskih katalizatora - enzimi ubrzavaju reakcije milionima i milijardama puta, neproteinskih katalizatora - stotinama i hiljadama puta. Vidi također Katalitički savršen enzim

OSNOVNA SVOJSTVA ENZIMA

Enzimi, kao proteini, imaju niz svojstava karakterističnih za ovu klasu organskih jedinjenja koja se razlikuju od svojstava neorganskih katalizatora.

Termička labilnost enzima. Brzina hemijskih reakcija zavisi od temperature, tako da su reakcije katalizovane enzimima takođe osetljive na promene temperature. Utvrđeno je da se brzina većine biokemijskih reakcija povećava 2 puta s povećanjem temperature za 10°C i, obrnuto, smanjuje se 2 puta sa smanjenjem temperature za 10°C. Ovaj indikator se naziva temperaturni koeficijent. Međutim, zbog proteinske prirode enzima, termička denaturacija sa povećanjem temperature će smanjiti efektivnu koncentraciju enzima uz odgovarajuće smanjenje brzine reakcije. Dakle, na temperaturi koja ne prelazi 45-50°C, brzina reakcije se povećava prema teoriji kemijske kinetike. Na temperaturama iznad 50°C, termička denaturacija enzimskog proteina počinje da ima veliki uticaj na brzinu reakcije, što dovodi do potpunog prestanka enzimskog procesa (slika 4.16).

Stoga je termolabilnost, odnosno osjetljivost na povišenu temperaturu, jedno od karakterističnih svojstava enzima koje ih oštro razlikuje od anorganskih katalizatora. U prisustvu potonjeg, brzina reakcije raste eksponencijalno sa porastom temperature (vidi krivu "a" na slici 4.16). Na temperaturi od 100°C gotovo svi enzimi gube svoju aktivnost (jedini izuzetak je, očito, jedan enzim mišićnog tkiva - miokinaza, koja može izdržati zagrijavanje do 100°C). Optimalna temperatura za djelovanje većine enzima kod toplokrvnih životinja je 40°C; pod ovim uslovima, brzina reakcije je maksimalna zbog povećanja kinetičke energije reagujućih molekula. Na niskim temperaturama (0°C i niže) enzimi se po pravilu ne uništavaju, iako njihova aktivnost pada gotovo na nulu. U svim slučajevima važno je vrijeme izlaganja odgovarajućoj temperaturi. Trenutno je za pepsin, tripsin i niz drugih enzima dokazano postojanje direktne veze

Rice. 4.17. Zavisnost brzine enzimski katalizirane reakcije o pH (strelica pokazuje pH optimum).

između brzine inaktivacije enzima i stepena denaturacije proteina. Treba napomenuti da na termolabilnost enzima definitivno utiču koncentracija supstrata, pH okoline i drugi faktori. Ovisnost aktivnosti enzima o pH okoline. Enzimi su obično najaktivniji unutar uske zone koncentracije vodikovih iona, što za životinjska tkiva uglavnom odgovara fiziološkim pH vrijednostima od 6,0-8,0 razvijenim u procesu evolucije. Kada se grafički nacrta, kriva u obliku zvona ima određenu tačku u kojoj enzim pokazuje maksimalnu aktivnost; ova tačka se naziva optimalnim pH sredine za delovanje ovog enzima (slika 4.17). Prilikom određivanja ovisnosti aktivnosti enzima o koncentraciji vodikovih iona, reakcija se provodi pri različitim pH vrijednostima medija, obično pri optimalnoj temperaturi i prisutnosti dovoljno visokih (zasićenih) koncentracija supstrata. U tabeli Tabela 4.3 prikazuje optimalne pH vrijednosti za određeni broj enzima.

Iz podataka u tabeli. 4.3 može se vidjeti da pH optimum djelovanja enzima leži unutar fizioloških vrijednosti. Izuzetak je pepsin, čiji je pH optimum 2,0 (pri pH 6,0 nije aktivan i stabilan). Ovo se objašnjava, prvo, strukturnu organizaciju molekule enzima i, kao drugo, činjenica da je pepsin sastavni dio želudačnog soka koji sadrži slobodnu hlorovodoničnu kiselinu, koja stvara optimalnu kiselu sredinu za djelovanje ovog enzima. S druge strane, pH optimum arginaze leži u visoko alkalnoj zoni (oko 10,0); Ne postoji takvo okruženje u ćelijama jetre, stoga, in vivo, arginaza očigledno ne funkcioniše u svojoj optimalnoj pH zoni.

Prema savremenim shvatanjima, efekat promene pH sredine na molekulu enzima je da utiče na stanje i stepen jonizacije kiselih i baznih grupa (posebno COOH grupe dikarboksilnih aminokiselina, SH grupe cisteina , imidazolni dušik histidina, NH 2 grupa lizina, itd.). Sa oštrim pomacima od optimalnog pH okoline, enzimi mogu proći kroz konformacijske promjene, što dovodi do gubitka aktivnosti zbog denaturacije ili promjene naboja molekula enzima. Pri različitim pH vrijednostima medija, aktivni centar može biti u djelomično ioniziranom ili neioniziranom obliku, što utiče na tercijarnu strukturu proteina i shodno tome na formiranje aktivnog kompleksa enzim-supstrat. Osim toga, važno je jonizacijsko stanje supstrata i kofaktora.

Specifičnost enzima. Enzimi imaju visoku specifičnost djelovanja. Ovo svojstvo ih često značajno razlikuje od anorganskih katalizatora. Dakle, fino mljevena platina i paladij mogu katalizirati redukciju (uz učešće molekularnog vodonika) desetina hiljada hemijska jedinjenja različite strukture. Visoka specifičnost enzima određena je, kao što je navedeno, konformacijskom i elektrostatičkom komplementarnošću između molekula supstrata enzima i jedinstvenom strukturnom organizacijom aktivnog centra, koja obezbjeđuje „prepoznavanje“, visok afinitet i selektivnost za nastanak jedna reakcija od hiljada drugih hemijskih reakcija koje se odvijaju istovremeno u živim bićima.

Ovisno o mehanizmu djelovanja razlikuju se enzimi s relativnom (ili grupnom) i apsolutnom specifičnošću. Stoga je za djelovanje nekih hidrolitičkih enzima od najveće važnosti vrsta kemijske veze u molekulu supstrata. Na primjer, pepsin u istoj mjeri razgrađuje proteine ​​životinjskog i biljnog porijekla, uprkos činjenici da se ti proteini međusobno značajno razlikuju kako po hemijskoj strukturi i sastavu aminokiselina, tako i po fizičko-hemijskim svojstvima. Međutim, pepsin ne razgrađuje ni ugljikohidrate ni masti. To se objašnjava činjenicom da je mjesto primjene, mjesto djelovanja pepsina veza peptida -CO-NH. Za djelovanje lipaze, koja katalizira hidrolizu masti u glicerol i masne kiseline, slično mjesto je esterska veza. Tripsin, himotripsin, peptidaze, enzimi koji hidroliziraju α-glikozidne veze (ali ne i β-glikozidne veze prisutne u celulozi) u polisaharidima, itd. imaju sličnu grupnu specifičnost. Tipično, ovi enzimi su uključeni u proces probave, a njihova je grupna specifičnost vjerovatnije sve ima određeno biološko značenje. Neki intracelularni enzimi također su obdareni relativnom specifičnošću, na primjer, heksokinaza, koja katalizira fosforilaciju gotovo svih heksoza u prisustvu ATP-a, iako u isto vrijeme u stanicama postoje enzimi specifični za svaku heksozu koji vrše istu fosforilaciju (vidi Poglavlje 10).

Apsolutna specifičnost djelovanja je sposobnost enzima da katalizira transformaciju samo jednog supstrata. Bilo kakve promjene (modifikacije) u strukturi supstrata čine ga nedostupnim za djelovanje enzima. Primjeri takvih enzima su arginaza, koja razgrađuje arginin u prirodnim uvjetima (u tijelu), ureaza, koja katalizuje razgradnju uree, itd.

Postoje eksperimentalni dokazi o postojanju takozvane stereohemijske specifičnosti, zbog postojanja optički izomernih L- i D-forma ili geometrijskih (cis- i trans-) izomera hemijske supstance. Tako su poznate oksidaze L- i D-aminokiselina, iako se u prirodnim proteinima nalaze samo L-aminokiseline. Svaka vrsta oksidaza djeluje samo na svoj specifični stereoizomer.

Jasan primjer stereohemijske specifičnosti je bakterijska aspartat dekarboksilaza, koja katalizira uklanjanje CO 2 samo iz L-asparaginske kiseline, pretvarajući je u L-alanin. Stereospecifičnost pokazuju enzimi koji katalizuju i sintetičke reakcije. Tako se iz amonijaka i α-ketoglutarata u svim živim organizmima sintetiše L-izomerglutaminska kiselina, koja je dio prirodnih proteina. Ako spoj postoji u obliku cis i trans izomera s različitim rasporedom grupa atoma oko dvostruke veze, tada, po pravilu, samo jedan od ovih geometrijskih izomera može poslužiti kao supstrat za djelovanje enzima. Na primjer, fumaraza katalizira konverziju samo fumarne kiseline (trans izomer), ali ne djeluje na maleinsku kiselinu (cis izomer):

Tako, zbog svoje visoke specifičnosti djelovanja, enzimi osiguravaju da se u mikroprostoru stanica i cijelog organizma velikom brzinom odvijaju samo određene kemijske reakcije iz ogromnog niza mogućih transformacija, čime se regulira intenzitet metabolizma.

Uloga enzima u metabolizmu.

Mikrobiologija igra vitalnu ulogu u ljudskoj istoriji. Poreklo ove nauke datira iz 6. - 5. veka pre nove ere. e. U tim dalekim vremenima ljudi su već počeli shvaćati da se bolesti ne pojavljuju tek tako. A to se događa zbog mikroskopskih, oku nevidljivih mikroorganizama. Kako je nauka nastala i kako se oblikovala?

Šta je mikrobiologija?

Mikrobiologija je nauka koja se bavi istraživanjem i proučavanjem životnih procesa različitih mikroorganizama koji se ne mogu vidjeti bez posebne opreme. Mogu imati različite vrste porijekla: biljno, životinjsko. Jedna od fundamentalnih nauka je mikrobiologija. Za njegovo dubinsko proučavanje koriste se mnoge druge nauke, i to:

• hemija;
• fizika;
• citologija;
• biologija itd.

Postoje samo dvije vrste mikrobiologije: opća, individualna. Opća mikrobiologija se bavi proučavanjem strukture i životnih procesa malih mikroorganizama na različitim nivoima. A individualna mikrobiologija (ili privatna) bavi se proučavanjem pojedinačnih vrsta mikroba.

U 19. veku napredak u oblasti medicine, posebno mikrobiologije, doprineo je formiranju imunologije, koja se danas smatra opštom biološkom disciplinom. U razvoju mikrobiologije mogu se razlikovati tri glavne faze:

1. Otkrivanje činjenice da u prirodi zaista postoje mali mikroorganizmi koji se ne mogu otkriti bez posebne opreme.
2. Diferencijacija vrsta.
3. Studija imuniteta i bolesti (zaraznih).

Glavni zadatak mikrobiologije je detaljno proučavanje svojstava mikroorganizama. U tu svrhu koristi se posebna oprema, na primjer, mikroskopi. Uz njihovu pomoć možete vidjeti male organizme i odrediti njihov oblik i lokaciju. U medicini se praktikuje eksperiment kada se mali mikroorganizmi namjerno implantiraju u zdravu životinju. Ovo pomaže u rekonstrukciji i proučavanju svake faze infekcije.

Francuski istraživač Louis Pasteur

Dana 27. decembra 1822. godine u istočnoj Francuskoj rođen je budući veliki naučnik Louis Pasteur. U ranoj mladosti bio je zainteresovan za oblast umetnosti. Ali kasnije se zainteresovao za prirodne nauke. godine studirao je u Parizu Srednja škola. Nakon završetka studija, bio je predodređen da postane nastavnik prirodnih nauka.

B 48 godina XIX veka, Luis je predstavio rezultate sopstvenih naučnih istraživanja. On je bio taj koji je pružio dokaze da vinska kiselina sadrži 2 vrste kristala koji polariziraju svjetlost na potpuno različite načine. Ovaj značajan događaj označio je početak njegovog briljantnog uspjeha u nauci.

Louis Pasteur je tvorac mikrobiologije. Prije nego što je započeo njegov rad, naučnici su samo pretpostavljali da je kvasac formirao hemijski proces. I Louis Pasteur je nakon niza studija uspio dokazati ovu činjenicu. Otkrio je da postoje 2 vrste takvih mikroorganizama: jedni stvaraju alkohol, dok ga drugi uništavaju. Kasnije je uspio otkriti da se sporim zagrijavanjem uništavaju nepotrebne bakterije, što je značajno povećalo kvalitetu proizvoda koji sadrže alkohol.

Naučnika je takođe zanimalo stvaranje plijesni na hrani. Kasnije je dokazao da plijesnivost izazivaju spore u okolini. Što ih je manje u prostoru, hrana se sporije kvari.

Njegovo istraživanje pomoglo je u spašavanju industrije svile u Francuskoj. I mnogo ljudskih života, jer je upravo on izmislio vakcinu protiv besnila.

njemački naučnik Robert Koch

Koch Robert se smatra Passerovim savremenikom. Njegovo rođenje dogodilo se u decembru 1843. Sa 23 godine diplomirao je na Medicinskom fakultetu i dobio diplomu, nakon čega je radio u nekoliko zdravstvenih ustanova.

Njegova značajna karijera započela je radom bakteriologa. Proučavao je antraks na bolesnim životinjama. Njegovo istraživanje je pokazalo da zaražene osobe imaju mnogo stranih mikroorganizama koje zdrave životinje nemaju. Ove bakterije su bile u obliku štapa.

Koch se kasnije zainteresovao za tuberkulozu. Prve studije su sprovedene na lešu radnika koji je umro od konzumiranja. Detaljna studija organa nije dovela do identifikacije patogenih bakterija. Koch je tada predložio da uzorci budu obojeni. I zaista, naučnik je primetio neke štapiće između plućnih tkiva. Poslije je Robert Koch razvio vakcinu protiv tuberkuloze, ali ona nije mogla izliječiti bolest, ali je 100% utvrdila da li je pacijent zaražen ili ne. Ova vakcina se i danas koristi.

Pojava nauke mikrobiologije

Čovjek se susreo s efektima vitalne aktivnosti mikroorganizama mnogo ranije od njihovog zvaničnog otkrića. Ljudi su namerno fermentisali mleko, fermentisano testo i vino. Čak iu radovima starogrčkog naučnika pronađeni su redovi o tome šta on sugeriše o odnosu bolesti i opasnih patogenih isparenja.

Anthony van Leeuwenhoek potvrdio je ova nagađanja uz pomoć lupe koju je izumio. Uz njegovu pomoć, Anthony je mogao pregledati okolne objekte. Ispostavilo se da mali organizmi žive na ovim objektima koji su nevidljivi golim okom. Ali nikada nije uspio dokazati njihovo učešće u zarazi ljudi opasnim bolestima.

Preventivno tretiranje doma u cilju prevencije bolesti osigurali su hindusi. Godine 1771. u Moskvi je vojni ljekar prvi put koristio dezinfekciju stvari ljudi zaraženih kugom, a također je vakcinisao one koji su imali kontakt sa zaraženima.

Najfascinantnija priča je o otkriću vakcinacije protiv velikih boginja. Koristili su ga i Perzijanci, Turci i Kinezi. Dogodilo se ovako: oslabljene bakterije su uvedene u osobu, jer se vjerovalo da će tako bolest biti lakša. Engleski doktor Edvard Džener primetio je da se većina ljudi koji nemaju boginje nije zarazila bliskim kontaktom sa zaraženim ljudima. Ova činjenica je uočena kod mlekarica koje su bile u kontaktu sa kravama zaraženim velikim boginjama. Proučavanje ove činjenice trajalo je oko 10 godina. Kao rezultat toga, naučnik je zdravom dječaku ubrizgao krv bolesne krave. Kasnije je Jenner inokulirao mladića klicama bolesne osobe. Tako je otkrivena vakcina, zahvaljujući kojoj su ljudi oslobođeni ove strašne bolesti.

Istraživanja domaćih naučnika

Najpoznatija otkrića u oblasti mikrobiologije, do kojih su došli naučni istraživači iz cijelog svijeta, jasno pokazuju da se gotovo svaka bolest može pobijediti. Ogromno ulaganje u formaciju moderna nauka doprinijeli su domaći istraživači. Petar I se 1698. godine upoznao sa Leeuwenhoekom, koji mu je zauzvrat pokazao rad mikroskopa.

L.S. Tsenkovsky je objavio svoju Naučno istraživanje, u kojoj su mikroorganizmi klasifikovani kao organizmi biljnog porijekla. Koristio je i Pasteurove metode u borbi protiv antraksa.

I.I. Mečnikov je formirao teoriju imuniteta. Iznio je snažne argumente da brojne ćelije tijela imaju sve šanse da same potisnu virusne bakterije. Njegove studije su postale osnova za proučavanje upale. Mečnikov je proučavao ljudsko tijelo i nastojao da shvati zašto ono stari. Profesor je želio pronaći metodu koja bi produžila životni vijek. Vjerovao je da toksični elementi koji nastaju tijekom djelovanja truležnih mikroorganizama truju ljudsko tijelo. Prema Mečnikovu, tijelo treba da bude naseljeno mikroorganizmima fermentiranog mlijeka koji potiskuju štetne mikroorganizme. Profesor je smatrao da bi se na taj način životni vijek mogao značajno produžiti.

Mečnikov je proučavao veliki broj teških bolesti: tuberkulozu, tifus, koleru i mnoge druge.

Tehnička mikrobiologija

Tehnička mikrobiologija proučava bakterije koje se koriste u proizvodnji vitamina i određenih tvari. Glavnim problemom u ovoj oblasti smatra se razvoj naučno-tehničkih tehnika u proizvodnji (posebno u prehrambenom sektoru).

Savladavanje industrijske mikrobiologije usmjerava stručnjaka na potrebu za mukotrpnim poštivanjem apsolutno svih općeprihvaćenih sanitarnih standarda u proizvodnji. Proučavanjem ove nauke možete spriječiti kvarenje mnogih proizvoda. Ovu temu više proučavaju budući stručnjaci u prehrambenoj industriji.

Inovativne tehnologije

Mikrobiologija je osnova inovativnih tehnologija. Mikroorganizmi i njihov svijet još nisu u potpunosti proučeni. Većina naučnika je uvjerena da je uz pomoć mikroorganizama moguće razviti tehnologije koje neće imati analoga. Biotehnologija će postati osnova za najnovija tehnološka otkrića.

Prilikom istraživanja nalazišta nafte i uglja koriste se bakterije. Nije tajna da su rezerve goriva već na izmaku. Stoga naučnici već preporučuju korištenje mikrobioloških metoda za ekstrakciju alkohola iz obnovljivih izvora.

Mikrobiološke tehnologije pomoći će u prevazilaženju ekoloških i energetskih problema. Nevjerovatno, međutim, mikrobiološka obrada organskih ostataka omogućava čišćenje okoliša, kao i dobivanje bioplina koji nije inferioran prirodnom plinu. Ovakav način ekstrakcije goriva ne zahtijeva velike troškove. Danas u prirodi postoji velika količina korištenog materijala za obradu.

Brojni moderni naučnici vjeruju da će u budućnosti upravo biologija omogućiti da se u najkraćem roku savladaju mnoge energetske i ekološke teškoće koje imaju sve šanse da se pojave.

Mikrobiologija je prošla dug put razvoja, procijenjen na više milenijuma. Već u V-IV milenijum BC. čovjek je uživao u plodovima djelovanja mikroorganizama ne znajući za njihovo postojanje. Vinarstvo, pečenje kruha, proizvodnja sira, štavljenje kože nisu ništa drugo do procesi koji se odvijaju uz sudjelovanje mikroorganizama. Zatim, u davna vremena, naučnici i mislioci su pretpostavljali da su mnoge bolesti uzrokovane nekim vanjskim nevidljivim uzrocima žive prirode.

Posljedično, mikrobiologija je nastala mnogo prije naše ere. U svom razvoju prošao je kroz nekoliko faza, ne toliko hronološki povezanih koliko determinisanih glavnim dostignućima i otkrićima.

Istorija razvoja mikrobiologije može se podijeliti u pet faza: heuristički, morfološki, fiziološki, imunološki i molekularno genetski.

Heuristički period (IV-IIV milenijum pre nove ere - 16. vek nove ere) vezuje se pre za logičke i metodološke metode pronalaženja istine, tj. heuristike nego bilo kakvim eksperimentima i dokazima. Mislioci tog vremena (Hipokrat, rimski pisac Varon i dr.) izneli su pretpostavke o prirodi zaraznih bolesti, mijazmi i malih nevidljivih životinja. Ove ideje su formulisane u koherentnu hipotezu mnogo vekova kasnije u delima italijanskog lekara D. Fracastoroa (1478 - 1553), koji je izrazio ideju o živoj zarazi (contagium vivum), koja izaziva bolest. Štaviše, svaka bolest je uzrokovana vlastitom zarazom. Kako bi se zaštitili od bolesti, preporučeno im je izolaciju bolesnika, karantin, nošenje maski i tretiranje predmeta octom.

Dakle, D. Fracastoro je bio jedan od osnivača epidemiologije, odnosno nauke o uzrocima, uslovima i mehanizmima nastanka bolesti i metodama njihove prevencije.

Međutim, dokaz o postojanju nevidljivih patogena postao je moguć nakon pronalaska mikroskopa. Prioritet u otkrivanju mikroorganizama pripada holandskom prirodoslovcu amateru Antoniju Leeuwenhoeku (1b32 - 1723). Trgovac platnom A. Levenguk volio je mljevenje stakla i doveo je ovu umjetnost do savršenstva, konstruirajući mikroskop koji je omogućio da se predmetni predmeti povećaju 300 puta.

Proučavajući razne predmete pod mikroskopom (kišnica, infuzije, zubni plak, krv, izmet, sperma), A. Leeuwenhoek je promatrao najmanje životinje koje je nazvao animalculi. A. Leeuwenhoek je redovno izvještavao o svojim zapažanjima Kraljevskom društvu u Londonu, a 1695. ih je sažeo u knjizi “Tajne prirode koje je otkrio Anthony Leeuwenhoek”.

Tako, pronalaskom mikroskopa A. Leeuwenhoeka, počinje sljedeća faza u razvoju mikrobiologije, nazvana morfološka.

A. Leeuwenhoekovo otkriće privuklo je ogromnu pažnju stručnjaka, a imao je brojne učenike i sljedbenike. Međutim, ostala su nejasna pitanja o pojavi mikroorganizama, njihovim životnim uslovima, namjeni i učešću u nastanku ljudskih bolesti. Na ova pitanja su naknadno dobili jasne odgovore u studijama mnogih naučnika.

Iako je nastanak bolesti bio povezan sa sada otkrivenim mikroorganizmima, bili su potrebni direktni dokazi. A nabavio ih je ruski epidemiolog D. Samoilovich (1744 - 1805). Kako bi dokazao da je kugu izazvao poseban patogen, zarazio se izlučevinama buboa osobe koja je bolovala od kuge i oboljela od kuge. Srećom, D. Samoilovich je preživio. Nakon toga, herojske eksperimente sa samoinfekcijom kako bi dokazali zaraznost određenog mikroorganizma izveli su ruski liječnici G. N. Minkh i O. O. Mochutkovsky, I. I. Mechnikov i drugi.

Pitanje načina pojave i razmnožavanja mikroorganizama riješeno je u sporu sa tada dominantnom teorijom spontanog nastajanja. Uprkos činjenici da je italijanski naučnik L. Spallanzani sredinom 18.st. posmatrao podelu bakterija pod mikroskopom, nije opovrgnuto mišljenje da se same stvaraju (nastaju od truleži, prljavštine itd.).

To je učinio izuzetni francuski naučnik Louis Pasteur (1822 - 1895), koji je u duhovitom eksperimentu koji je bio briljantan po svojoj jednostavnosti pokazao da spontano nastajanje ne postoji. L. Pasteur je stavio sterilni bujon u tikvicu, koja je komunicirala sa atmosferskim vazduhom kroz zakrivljenu cev u obliku slova S. U takvoj suštinski otvorenoj tikvici, juha je ostala prozirna kada je dugo stajala, jer zakrivljenost epruvete nije dozvoljavala mikroorganizmima da sa prašinom iz vazduha prodru u tikvicu.

Brzi razvoj mikrobiologije u 19. veku. dovela je do otkrivanja uzročnika mnogih zaraznih bolesti (antraks, kuga, tetanus, difterija, dizenterija, kolera, tuberkuloza itd.).

Konačno, 1892. godine ruski botaničar D.I. Ivanovski (1864. 1920.) otkrio je viruse - predstavnike kraljevstva vira. Ova živa bića prošla su kroz filtere koji su zadržavali bakterije i zbog toga su nazvani virusima koji se mogu filtrirati. Najprije je otkriven virus koji uzrokuje duvansku bolest poznatu kao “duvanski mozaik”, zatim virus slinavke i šapa, žute groznice i mnogi drugi virusi. Međutim, virusne čestice postalo je moguće vidjeti tek nakon pronalaska elektronskog mikroskopa, jer virusi nisu vidljivi u svjetlosnim mikroskopima. Do danas, kraljevstvo virusa (vira) uključuje do 1000 patogenih vrsta virusa. Tek nedavno su otkriveni brojni novi virusi, uključujući virus koji uzrokuje AIDS.

Nema sumnje da će se period otkrića novih virusa i bakterija nastaviti. Otkriće novih mikroorganizama bilo je popraćeno proučavanjem ne samo njihove strukture, već i njihove životne aktivnosti. Stoga se 19. vijek, a posebno njegova druga polovina, obično naziva fiziološkim periodom u razvoju mikrobiologije. Ova faza se vezuje za ime L. Pasteura, koji je postao osnivač medicinske mikrobiologije, kao i imunologije i biotehnologije.

Svestrano obrazovan, briljantan eksperimentator, član Francuske akademije medicine, L. Pasteur napravio je niz izvanrednih otkrića. U kratkom periodu od 1857. do 1885. godine dokazao je da fermentacija (mliječna, alkoholna, octena kiselina) nije hemijski proces, već je uzrokovana mikroorganizmima. Pobija teoriju spontane generacije; otkrio fenomen anaerobioze, tj. mogućnost da mikroorganizmi žive u nedostatku kiseonika. Postavljeni temelji dezinfekcije, asepse i antiseptike; otkrio način zaštite od zaraznih bolesti putem vakcinacije.

Mnoga otkrića L. Pasteura donijela su ogromnu praktičnu korist čovječanstvu. Zagrijavanjem (pasterizacijom) pobijeđene su bolesti piva i vina, proizvodi mliječne kiseline uzrokovane mikroorganizmima; uvedeni su antiseptici kako bi se spriječile gnojne komplikacije rana; Na osnovu principa L. Pasteura, razvijene su mnoge vakcine za borbu protiv zaraznih bolesti.

Međutim, značaj L. Pasteurovih radova nadilazi samo ova praktična dostignuća. L. Pasteur je mikrobiologiju i imunologiju doveo na fundamentalno nove pozicije, pokazao ulogu mikroorganizama u životu ljudi, ekonomiji, industriji, infektivnoj patologiji, te postavio principe po kojima se mikrobiologija i imunologija razvijaju u naše vrijeme.

L. Pasteur je pored toga bio i izvanredan učitelj i organizator nauke. Pasteur institut u Parizu, osnovan 1888 narodni lekovi, i dalje je jedna od vodećih naučnih institucija u svijetu. Nije slučajno da je virus ljudske imunodeficijencije (HIV) otkrio naučnik ovog instituta L. Montagnier (u isto vrijeme kada i Amerikanac R. Gallo).

Fiziološki period u razvoju mikrobiologije povezan je i sa imenom njemačkog naučnika Roberta Kocha, koji je razvio metode za dobijanje čistih kultura bakterija, bojenje bakterija tokom mikroskopije i mikrofotografiju. Poznata je i Kochova trijada koju je formulirao R. Koch, koja se još uvijek koristi za identifikaciju uzročnika bolesti.

Otkriven je rad L. Pasteura o vakcinaciji nova faza u razvoju mikrobiologije, s pravom nazvana “imunološka”.

Princip atenuacije (slabljenja) mikroorganizama kroz prolaze kroz prijemčivu životinju ili držanjem mikroorganizama u nepovoljnim uslovima (temperatura, sušenje) omogućio je L. Pasteuru da dobije vakcine protiv bjesnila, antraksa i pileće kolere; ovaj princip se i dalje koristi u pripremi vakcina. Shodno tome, L. Pasteur je osnivač naučne imunologije, iako je prije njega bila poznata metoda prevencije velikih boginja zarazom ljudi kravljim boginjama, koju je razvio engleski ljekar E. Jenner. Međutim, ova metoda nije proširena na prevenciju drugih bolesti.

Nakon rada L. Pasteura, pojavile su se mnoge studije koje su pokušale da objasne uzroke i mehanizme formiranja imuniteta nakon vakcinacije. U tome su izuzetnu ulogu odigrala djela I. I. Mečnikova i P. Ehrlicha.

P. Ehrlich, njemački hemičar, iznio je humoralnu (od latinskog humor - tekućina) teoriju imuniteta. Vjerovao je da imunitet nastaje kao rezultat stvaranja antitijela u krvi koja neutraliziraju otrov. To je potvrđeno otkrićem antitoksina - antitijela koja neutraliziraju toksine kod životinja kojima je ubrizgan toksin difterije ili tetanusa (E. Bering, S. Kitazato). Međutim, studije I. I. Mečnikova (1845 - 1916) pokazale su da posebne ćelije, makro- i mikrofagi, igraju glavnu ulogu u formiranju imuniteta. Ove ćelije apsorbuju i probavljaju strane čestice, uključujući bakterije. Studije I. I. Mechnikova o fagocitozi uvjerljivo su dokazale da, osim humoralnog, postoji i ćelijski imunitet. I. I. Mechnikov, najbliži asistent i sljedbenik L. Pasteura, zasluženo se smatra jednim od osnivača imunologije. Njegov rad je postavio temelje za proučavanje imunokompetentnih ćelija kao morfološka osnova imuni sistem, njegovo jedinstvo i biološka suština. Imunološki period karakteriše otkrivanje glavnih reakcija imunog sistema na genetski strane supstance (antigene): stvaranje antitela i fagocitoza/preosetljivost odloženog tipa (DTH), preosetljivost neposrednog tipa (IHT), tolerancija, imunološka memorija. HNL i HNT su dvije reakcije koje leže u osnovi alergija (od grčkog allos - drugi i ergon - djelovanje), odnosno bolesti koje karakteriziraju određeni klinički simptomi zbog atipične, izopačene reakcije na antigen. Alergijske reakcije se mogu javiti, na primjer, na preparate seruma, antibiotike, životinjske i biljne proteine, kućnu prašinu, paperje, vunu itd.

Godine 1915. ruski doktor M. Raisky prvi je uočio fenomene imunološkog pamćenja, tj. brza energetska proizvodnja antitijela na ponovljeno davanje istog antigena.

Nakon toga, F. Vernet je to povezao sa formiranjem memorijskih ćelija u tijelu - T-limfocita - nakon početnog susreta s antigenom. Godine 1953. engleski naučnik P. Medawar i češki naučnik M. Hasek otkrili su fenomen tolerancije, tolerancije, rezistencije na antigen, tj. stanje u kojem imuni sistem ne reaguje na antigen. Tolerancija na autoantigene razvija se tokom embrionalnog perioda i može se veštački stvoriti uvođenjem antigena tokom embrionalnog perioda ili neposredno nakon rođenja deteta ili životinje. Fenomen imunološke tolerancije koristi se u hirurgiji za rešavanje problema transplantacije organa i tkiva.

Takođe treba istaći važnost otkrića u ovom periodu antigena normalnih organa i tkiva ljudi i životinja i individualnih, antigenskih razlika kod ljudi i životinja. Uobičajeni pokazatelj ovih antigenskih razlika su pojedinačne krvne grupe kod ljudi. Domaći istraživač L.A. Zilber (1957) otkrio je antigene malignih tumora, što je bio početak proučavanja antitumorskog imuniteta.

U imunološkom periodu razvoja mikrobiologije stvoren je niz teorija imuniteta: humoralna teorija P. Ehrlicha, fagocitna teorija I. I. Mečnikova, teorija idiotipskih interakcija N. Ernea, hipofiza-hipotalamus-nadbubrežna žlezda teorija regulacije imuniteta P. F. Zdrodovskog, itd. Ipak, najviše Teorija klonske selekcije koju je kreirao australski imunolog F. Burnet (1899 - 1986) ostaje prihvatljiva za objašnjenje mnogih fenomena i mehanizama imuniteta. Američki naučnik S. Tanegawa razvio je genetske aspekte ove teorije.

Mikrobiologija i imunologija su se posebno brzo razvile u 50-60-im godinama našeg stoljeća. Tome su doprinijeli sljedeći razlozi:

· najznačajnija otkrića u oblasti molekularne biologije, genetike, bioorganske hemije;

· pojava novih nauka kao što su genetski inženjering, biotehnologija, računarstvo;

· stvaranje novih metoda i naučne opreme koja nam omogućava da dublje prodremo u tajne žive prirode.

Dakle, od 50-ih godina počinje molekularno genetski period u razvoju mikrobiologije i imunologije, koji karakterizira niz fundamentalno važnih naučnih dostignuća i otkrića. To uključuje:

· dešifriranje molekularne strukture i molekularne biološke organizacije mnogih virusa i bakterija; otkriće najjednostavnijih oblika života, priona “zaraznog proteina”;

· dešifrovanje hemijske strukture i hemijske sinteze nekih antigena. Na primjer, hemijska sinteza lizozima, peptida virusa AIDS-a (R.V. Petrov, V.T. Ivanov, itd.);

· otkrivanje novih antigena, na primjer tumorskih antigena (L.A. Zilber i drugi), antigena histokompatibilnosti (HLA sistem);

· dešifriranje strukture antitijela-imunoglobulina;

· razvoj metode uzgoja životinjskih i biljnih ćelija i uzgoja u industrijskim razmjerima radi dobijanja virusnih antigena;

· proizvodnja rekombinantnih bakterija i rekombinantnih virusa. Sinteza pojedinačnih gena virusa i bakterija. Dobivanje rekombinantnih sojeva bakterija i virusa koji kombinuju svojstva roditeljskih jedinki ili dobijaju nova svojstva;

· stvaranje hibridoma fuzijom imunih B-limfocita, proizvođača antitijela i ćelija raka za proizvodnju monoklonskih antitijela

· otkrivanje imunomodulatora, imunocitokina (interleukina, interferona, mijelopeptida i dr.), endogenih prirodnih regulatora imunog sistema i njihove upotrebe u prevenciji i liječenju raznih bolesti;

· dobijanje vakcina (vakcina protiv hepatitisa B, malarije, HIV antigeni i drugi antigeni), biološki aktivnih peptida (interferoni, interleukini, faktori rasta, itd.) primenom biotehnoloških metoda i tehnika genetskog inženjeringa;

· razvoj sintetičkih vakcina na bazi prirodnih ili sintetičkih antigena i njihovih fragmenata, kao i veštačkog nosača. pomoćno sredstvo (pomoćnik). imunološki stimulans;

· proučavanje urođenih i stečenih imunodeficijencija, njihove uloge u imunopatologiji i razvoju imunokorektivne terapije. Otkrivanje virusa koji uzrokuju imunodeficijencije;

· razvoj fundamentalno novih metoda za dijagnostiku infektivnih i neinfektivnih bolesti (enzimski imunoeseji, radioimunološki testovi, imunoblotiranje, hibridizacija nukleinskih kiselina). Izrada test sistema zasnovanih na ovim metodama za indikaciju, identifikaciju mikroorganizama, dijagnostiku infektivnih i nezaraznih bolesti (tumori, kardiovaskularne, autoimune, endokrine i dr.), kao i otkrivanje poremećaja u određenim stanjima (trudnoća, transfuzija krvi). , transplantacija organa i dr.)

Teorije imuniteta. Razvoj teorija imuniteta. Fagocitna teorija imuniteta. I. I. Mechnikov

Identifikacija uloge patogenih mikroorganizama u nastanku zaraznih bolesti i mogućnost vještačkog stvaranja imuniteta potaknuli su proučavanje faktora koji štite organizam od infektivnih agenasa.

Pasteur je predložio teoriju iscrpljene snage; Prema ovoj teoriji, “imunitet” predstavlja stanje u kojem ljudsko tijelo (kao hranljivi medij) ne podržava razvoj mikroba.

Međutim, autor je brzo shvatio da njegova teorija ne može objasniti niz zapažanja. Pasteur je posebno pokazao da ako kokoš zarazite antraksom i držite joj noge u hladnoj vodi, ona će razviti bolest (u normalnim uvjetima, pilići su imuni na antraks). Razvoj fenomena izazvao je smanjenje tjelesne temperature za 1-2 °C, odnosno nije moglo biti govora o iscrpljenju hranljivog medija u organizmu.

Fagocitna teorija imuniteta. I. I. Mechnikov

Godine 1883. pojavila se teorija imuniteta, zasnovana na evolucijskom učenju Charlesa Darwina i zasnovana na proučavanju probave kod životinja u različitim fazama biološkog razvoja. Autor nove teorije, I. I. Mechnikov, otkrio je sličnost intracelularne probave tvari u amebama, ćelijama endoderma koelenterata i nekim ćelijama mezenhimskog porijekla (krvni monociti, tkivni makrofagi). Mečnikov je uveo termin "fagociti" iz grčkog. fagi, jedu, + kytos, ćelija, a kasnije je predložio njihovu podjelu na mikrofage i makrofage. Ovu podjelu su također olakšala dostignuća P. Ehrlicha, koji je bojenjem razlikovao nekoliko tipova leukocita. U klasičnim radovima o komparativnoj patologiji upale, I. I. Mechnikov je dokazao ulogu fagocitnih stanica u eliminaciji patogena. Godine 1901. u Parizu je objavljeno njegovo monumentalno završno djelo “Imunitet kod zaraznih bolesti”.

Značajan doprinos širenju teorije fagocita dali su radovi E. Rouxa i učenika I. I. Mečnikova (A. M. Bezredka, I. G. Savchenko, L. A. Tarasevich, F. Ya. Chistovich, V. I. Isaev).

I. I. Mečnikov (1845–1916)

Izvanredan ruski naučnik. Godine 1882, na kongresu ruskih prirodnjaka i doktora, Mečnikov je održao svoj čuveni govor „O odbrani organizma“, u kojem je dao duboko naučno opravdanje za imunitet organizma na zarazne bolesti. Ova teorija se naziva fagocitna teorija imuniteta. Formiranje ove teorije temeljilo se na njegovim zapažanjima intracelularne probave kod raznih morskih životinja (meduze, spužvi, mekušaca, itd.). Mečnikov je u tijelu ovih životinja otkrio posebne, "lutajuće" stanice koje se susreću, hvataju i proždiru sva strana tijela koja uđu u tijelo, uključujući razne mikrobe. On je "lutajuće" ćelije nazvao fagocitima, odnosno ćelijama žderača.

Mečnikov je naglasio da fagociti štite organizam i da se kao rezultat njihove aktivnosti razvija imunitet na zarazne bolesti. Besmrtna doktrina tjelesnog imuniteta i njena biološka teorija imuniteta otvorili su novu etapu u razvoju medicine. Za ovo otkriće 1908. I. I. Mečnikov je dobio Nobelovu nagradu.

Charles Niccol je figurativno nazvao Mečnikova "pjesnikom mikrobiologije", koji je zaslužan za razvoj doktrine mikrobnog antagonizma, koja je postala teorijska osnova za proizvodnju antibiotika, lijekova koji se koriste za liječenje brojnih zaraznih bolesti. Mečnikov takođe poseduje originalna istraživanja eksperimentalnog sifilisa i kolere.

Mečnikov je proučavao uzroke starosti. Smatrajući da je "starost bolest koja se mora liječiti", istakao je da nastaje pod utjecajem kronične intoksikacije organizma uzrokovane otpadnim produktima predstavnika crijevne mikroflore. Među takve proizvode je uključio indol, fenol i skatol. Kako bi istisnuo truležne bakterije, Mečnikov je predložio dijetu koja se sastoji prvenstveno od povrća, voća i kiselog mlijeka, koji sadrže bakterije mliječne kiseline, koje su antagonisti truležnih bakterija.

Ime I. I. Mečnikova uživa nacionalno priznanje. Sovjetska vlada je ustanovila zlatnu medalju i nagradu Mečnikov, koja se dodeljuje za najbolji rad u oblasti biologije

Nemoguće je ne primijetiti djela M. M. Terekhovskog (1740-1796). Od 1770. Terekhovsky je radio u inostranstvu oko pet godina, na Univerzitetu u Strazburu, koji je bio poznat po medicinskom fakultetu. Ovdje je Terekhovsky odbranio svoju doktorsku disertaciju - svoj glavni naučni rad. Disertacija je nosila naslov "Kraljevstvo tame Linejevih cilijata". Postavio je zadatak istraživanja prirode i načina nastanka mikroskopskih stvorenja u raznim infuzijama. Na osnovu velikog broja eksperimenata, naučnik je došao do zaključka da su "životinje" živa bića. Umiru od visokih temperatura, otrova i električne struje. Najvažniji zaključak bio je nemogućnost spontanog stvaranja “životinja”, što je bilo u suprotnosti sa stavovima mnogih naučnika tog vremena. Terekhovski je napisao da dobro poznata Harveyeva pozicija (1578-1651) - "svako živo biće dolazi iz jajeta" - dobija snagu aksioma.

Po povratku u Rusiju, Terekovski je radio u medicini obrazovne institucije. Godine 1782. potvrđen mu je čin profesora Opšte kopnene bolnice u Sankt Peterburgu i direktora Botaničke bašte (danas Botanički institut Akademije nauka SSSR).

Godine 1835, na osnovu činjenica prikupljenih u to vrijeme, K. Ehrenberg je objavio knjigu sa vrlo značajnim naslovom: “Ciliates kao savršeni organizmi”. Podijelio je niža bića u 22 klase. Knjigu je pratio atlas trepavica, od kojih su mnoge detaljno opisane i imenovane prema binarnoj nomenklaturi. Tri klase su uključivale bakterije.



MINISTARSTVO OBRAZOVANJA RUJSKE FEDERACIJE

DRŽAVNI UNIVERZITET TULA

Zavod za sanitarno-higijenske i preventivne discipline

CHESTNOVA T.V., SMOLYANINOVA O.L.

MEDICINSKA MIKROBIOLOGIJA, VIRUZOLOGIJA

I IMUNOLOGIJA

(Edukativni i praktični priručnik za studente medicinskih fakulteta).

TULA – 2008

UDK 576.8

Recenzenti:…………

Medicinska mikrobiologija, virologija i imunologija: Edukativni i praktični priručnik / Ed. M422 T.V. Chestnovoy, O.L. Smoljaninova, –….., 2008. –….str.

Edukativni i praktični priručnik napisali su zaposlenici Odsjeka za sanitarno-higijenske i preventivne discipline Tulskog državnog univerziteta u skladu sa zvanično odobrenim programima za nastavu mikrobiologije (bakteriologija, virologija, mikologija, protozoologija) i imunologije za studente medicinskih univerziteta u svim fakultetima.

Edukativno-praktični priručnik opisuje bakteriološku laboratoriju, daje pregled mikroskopskih metoda istraživanja, osnove pripreme hranljivih podloga, sadrži podatke o morfologiji, sistematici i fiziologiji bakterija, gljiva, protozoa i virusa. Date su i karakteristike različitih patogenih mikroorganizama, virusa i metode njihovog laboratorijskog istraživanja.

OPĆA MIKROBIOLOGIJA

Uvod………………………………………………………………………………………………………………………

Kratka istorija razvoja mikrobiologije…………………………………………………………

Tema 1. Morfologija i klasifikacija mikroorganizama……………………………………..

1.1. Mikrobiološke laboratorije, njihova oprema, osnovne sigurnosne mjere i pravila rada u njima…………………………………………………………………………………..

1.2. Struktura i klasifikacija mikroorganizama…………………………………………………………………………………

1.3. Struktura i klasifikacija bakterija (prokariota)……………………………………………………………………….

1.4. Struktura i klasifikacija gljiva……………………………………………………………………………………..

1.5. Struktura i klasifikacija protozoa………………………………………………………………….

1.6. Struktura i klasifikacija virusa………………………………………………………………………………………………

Test na temu……………………………………………………………………………………………………..

Tema 2. Mikroskopija………………………………………………………………………………..

2.1. Mikroskopi, njihova struktura, vrste mikroskopije, tehnike mikroskopije za mikroorganizme, pravila rukovanja mikroskopom………………………………………………………………….

2.2. Metode za pripremu i bojenje mikroskopskih preparata………………………………..

Test na temu…………………………………………………………………………………………………….

Tema 3. Fiziologija mikroorganizama…………………………………………………………………………….

3.1. Rast i razmnožavanje bakterija. Faze reprodukcije………………………………………………………………………….

3.2 Hranjive podloge, principi njihove klasifikacije, zahtjevi za hranljivim podlogama, metode uzgoja mikroorganizama……………………………………….

3.3. Ishrana bakterija…………………………………………………………………………………………….

3.4. Metabolizam bakterijske ćelije………………………………………………………………………….

3.5. Vrste plastične zamjene…………………………………………………………………………………………………………………

3.6. Principi i metode izolacije čistih kultura. Bakterijski enzimi, njihova identifikacija. Intraspecifična identifikacija (epidemiološko obilježavanje)………………………………..

3.7. Osobine fiziologije gljiva, protozoa, virusa i njihov uzgoj……

3.8. Bakteriofagi, njihova struktura, klasifikacija i primjena………………………………………………………….

Test na temu……………………………………………………………………………………………………

Tema 4. Utjecaj uslova okoline na mikroorganizme………………………………………………..

4.1. Utjecaj fizičkih, hemijskih i bioloških faktora na mikroorganizme………….

4.2. Koncept sterilizacije, dezinfekcije, asepse i antiseptike. Metode sterilizacije, oprema. Kontrola kvaliteta dezinfekcije………………………………………………………………………..

Tema 5. Normalna mikroflora ljudskog tijela………………………………………………………………………….

5.1. Normoflora, njen značaj za mikroorganizme. Pojam prolazne flore, disbiotička stanja, njihova procjena, metode korekcije……………………………………………………..

Tema 6. Genetika mikroba. ……………………………………………………………………………………………………………..

6.1. Struktura bakterijskog genoma. Fenotipska i genotipska varijabilnost. Mutacije. Izmjene…………………………………………………………………………………………………..

Genetske rekombinacije mikroorganizama. Osnove genetskog inženjeringa, praktična primjena………………………………………………………………………………………………………………………….

Test na temu……………………………………………………………………………………………………..

Tema 7. Antimikrobna sredstva………………………………………………………………………………………………………….

7.1. Prirodni i sintetički antibiotici. Klasifikacija antibiotika prema hemijskoj strukturi, mehanizmu, spektru i vrsti djelovanja. Načini dobijanja …………………………….

7.2. Rezistencija bakterija na lijekove, načini njenog prevladavanja. Metode za određivanje osjetljivosti na antibiotike……………………………………………………………………………………………………..

Tema 8. Doktrina infekcije…………………………………………………………………………………………………..

8.1. Koncept infekcije. Oblici infekcije i periodi zaraznih bolesti. Patogenost i virulentnost. Faktori patogenosti. Bakterijski toksini, njihova priroda, svojstva, proizvodnja…………………………………………………………………………………………….

8.2. Koncept epidemiološkog nadzora infektivnog procesa. Koncept rezervoara, izvora infekcije, putevi i faktori prenošenja…………………………………………………………………………

Test na temu……………………………………………………………………………………………………..

OPĆA IMUNOLOGIJA…………………………………………………………………………………………………….

Tema 9. Imunologija……………………………………………………………………………………………

9.1. Koncept imuniteta. Vrste imuniteta. Nespecifični faktori zaštita…………….

9.2. Centralni i periferni organi imunog sistema. Ćelije imunog sistema. Oblici imunološkog odgovora……………………………………………………………………………………………

9.3. Komplement, njegova struktura, funkcije, putevi aktivacije. Uloga u imunitetu…………………..

9.4. Antigeni, njihova svojstva i vrste. Antigeni mikroorganizama………………………………………………..

9.5. Antitijela i stvaranje antitijela. Struktura imunoglobulina. Klase imunoglobulina i njihova svojstva ………………………………………………………………………………………………………………………

96. Serološke reakcije i njihova primjena………………………………………………………………….

9.7. Stanja imunodeficijencije. Alergijske reakcije. Imunološka memorija. Imunološka tolerancija. Autoimuni procesi…………………………………………………………………………

9.8. Imunoprofilaksa, imunoterapija…………………………………………………………..

PRIVATNA MIKROBIOLOGIJA…………………………………………………………………………………………….

Tema 10. Uzročnici crijevnih infekcija……………………………………………………………………….

10.1. Salmonela………………………………………………………………………………………………….

10.2. Šigela…………………………………………………………………………………………………….

10.3. Escherichia……………………………………………………………………………………………………………………….

10.4. Vibrio cholerae……………………………………………………………………………….

10.5. Yersinia…………………………………………………………………………………….

Tema 11. Toksične infekcije koje se prenose hranom. Toksikoze hrane………………………………………………………………………

11.1. opšte karakteristike i patogeni PTI…………………………………………………….

11.2. Botulizam…………………………………………………………………………………………………………………..

Tema 12. Uzročnici gnojno-upalnih bolesti……………………………………………………………………

12.1. Patogene koke (streptokoke, stafilokoke)…………………………………………………………………………..

12.2. Gram-negativne bakterije (Haemophilus influenzae, Pseudomonas aeruginosa, Klebsiella, Proteus)…

12.3. Anaerobne klostridijske i neklostridijalne infekcije rana ……………

Tema 13. Patogeni bakterijskih infekcija koje se prenose zrakom……………………………………….

13.1. Corynebacteria…………………………………………………………………………………………………

13.2. Bordetella…………………………………………………………………………………………………………………………

13.3. Meningokok…………………………………………………………………………………………………..

13.4. Mikobakterije……………………………………………………………………………………………..

13.5. Legionella……………………………………………………………………………………………………..

Tema 14. Uzročnici spolno prenosivih bolesti (SPB)………………………

14.1. Hlamidija…………………………………………………………………………………………………………………..

14.2. Uzročnik sifilisa………………………………………………………………………………………………….

14.3. Gonokoki…………………………………………………………………………………………….

Tema 15. Uzročnici rikecijalne bolesti………………………………………………………………………………………………..

Tema 16. Uzročnici bakterijskih zoonotskih infekcija……………………………….

16.1. Francisella……………………………………………………………………………………………………

16.2. Brucella…………………………………………………………………………………………………….

16.3 Uzročnik antraksa…………………………………………………………………….

16.4. Uzročnik kuge…………………………………………………………………………………

16.5. Leptospira………………………………………………………………………………………………..

Tema 17. Patogene protozoe……………………………………………………………………………………………..

17.1. Plazmodijum malarija…………………………………………………………………………………….

17.2. Toksoplazma…………………………………………………………………………………………………….

17.3. Lišmanija……………………………………………………………………………………………………..

17.4. Uzročnik amebijaze……………………………………………………………………………………….

17.5. Giardia…………………………………………………………………………………………………………………………

Tema 18. Bolesti uzrokovane patogenim gljivama……………………………………………………………………..

PRIVATNA VIRUZOLOGIJA……………………………………………………………………………………………………..

Tema 19. Uzročnici akutnih respiratornih virusnih infekcija………………………………………………………………………………………………

19.1. Virusi gripa…………………………………………………………………………………………….

19.2. Parainfluenza. PC virusi……………………………………………………………………………………………………………

19.3. Adenovirusi……………………………………………………………………………………………………………

19.4. Rinovirusi……………………………………………………………………………………………………..

19.5. Reovirusi…………………………………………………………………………………………………….

Tema 20. Uzročnici virusnih infekcija koje se prenose zrakom……………………………………..

20.1. Virusi malih boginja i zaušnjaka…………………………………………………………………………………………………..

20.2. Herpes virus…………………………………………………………………………………………………

20.3. Virus rubeole…………………………………………………………………………………………………

Tema 21. Poksivirusi…………………………………………………………………………………………….

21.1. Uzročnik velikih boginja……………………………………………………………………………………………….

Tema 22. Enterovirusne infekcije…………………………………………………………………………..

22.1. Poliovirus ………………………………………………………………………………………………

22.2. ECHO virusi. Coxsackie virusi…………………………………………………………………………………

Tema 23. Retrovirusi……………………………………………………………………………………………..

23.1. Uzročnik HIV infekcije…………………………………………………………………………………………………..

Tema 24. Arbovirusne infekcije…………………………………………………………………………………………………….

24.1.Rabdovirusi…………………………………………………………………………………………………….

24.2. Flavivirusi………………………………………………………………………………………………………………………

24.3. Hantavirusi…………………………………………………………………………………………………….

Tema 25. Uzročnici virusnog hepatitisa…………………………………………………………………………………

25.1. Virus hepatitisa A…………………………………………………………………………………………….

25.2. Virus hepatitisa B……………………………………………………………………………………………..

25.3. Virus hepatitisa C……………………………………………………………………………………………..

PRVI DIO. OPĆA MIKROBIOLOGIJA

Uvod.

Mikrobiologija je nauka koja proučava mikroskopska bića koja se nazivaju mikroorganizmi, njihove biološke karakteristike, sistematiku, ekologiju i odnose s drugim organizmima.

Mikroorganizmi uključuju bakterije, aktinomicete, gljive, uključujući filamentozne gljive, kvasce, protozoe i nestanične oblike - viruse, fage.

Mikroorganizmi imaju izuzetno važnu ulogu u prirodi – vrše cirkulaciju organskih i neorganskih (N, P, S, itd.) tvari, mineraliziraju biljne i životinjske ostatke. Ali mogu uzrokovati veliku štetu - uzrokujući štetu na sirovinama, prehrambenim proizvodima i organskim materijalima. To može dovesti do stvaranja toksičnih tvari.

Mnoge vrste mikroorganizama su uzročnici bolesti kod ljudi, životinja i biljaka.

Istovremeno, mikroorganizmi se trenutno široko koriste u nacionalnoj ekonomiji: uz pomoć različitih vrsta bakterija i gljivica dobijaju se organske kiseline (octena, limunska, itd.), Alkoholi, enzimi, antibiotici, vitamini i krmni kvasac. . Pečenje, vinarstvo, pivarstvo, proizvodnja mliječnih proizvoda, fermentacija voća i povrća, kao i druge grane prehrambene industrije posluju na bazi mikrobioloških procesa.

Trenutno je mikrobiologija podijeljena na sljedeće dijelove:

Medicinska mikrobiologija - proučava patogene mikroorganizme koji uzrokuju bolesti ljudi i razvija metode za dijagnosticiranje, prevenciju i liječenje ovih bolesti. Proučava načine i mehanizme njihovog širenja i metode suzbijanja. Uz predmet medicinske mikrobiologije nalazi se poseban predmet - virologija.

Veterinarska mikrobiologija proučava patogene mikroorganizme koji uzrokuju bolesti kod životinja.

Biotehnologija ispituje karakteristike i uslove razvoja mikroorganizama koji se koriste za dobijanje jedinjenja i lekova koji se koriste u nacionalnoj ekonomiji i medicini. Razvija i unapređuje naučne metode za biosintezu enzima, vitamina, aminokiselina, antibiotika i drugih biološki aktivnih supstanci. Biotehnologija je takođe suočena sa zadatkom razvijanja mjera zaštite sirovina, hrane i organskih materijala od kvarenja mikroorganizmima, te proučavanja procesa koji se dešavaju prilikom njihovog skladištenja i prerade.

Mikrobiologija tla proučava ulogu mikroorganizama u formiranju i plodnosti tla i u ishrani biljaka.

Vodena mikrobiologija proučava mikrofloru vodnih tijela, njenu ulogu u lancima ishrane, u kruženju supstanci, u zagađivanju i tretmanu pijaće i otpadnih voda.

Genetika mikroorganizama, kao jedna od najmlađih disciplina, ispituje molekularne osnove nasljednosti i varijabilnosti mikroorganizama, obrasce procesa mutageneze, razvija metode i principe za kontrolu životnog djelovanja mikroorganizama i dobijanje novih sojeva za upotrebu u industriji, poljoprivreda i medicina.

Kratka istorija razvoja mikrobiologije.

Zasluge za otkriće mikroorganizama pripadaju holandskom prirodoslovcu A. Leeuwenhoeku (1632-1723), koji je stvorio prvi mikroskop sa uvećanjem od 300 puta. Godine 1695 objavio je knjigu “Tajne prirode” sa crtežima kokija, štapića i spirila. Ovo je izazvalo veliko interesovanje prirodnih naučnika. Tadašnje stanje nauke dozvoljavalo je samo opisivanje novih vrsta (morfološki period).

Početak fiziološkog perioda povezan je sa aktivnostima velikog francuskog naučnika Louisa Pasteura (1822-1895). Pasteurovo ime vezuje se za najveća otkrića u oblasti mikrobiologije: istraživao je prirodu fermentacije, ustanovio mogućnost života bez kiseonika (anaerobioza), odbacio teoriju spontanog nastajanja i istraživao uzroke kvarenja vina i pivo. Predložio je efikasne načine borbe protiv uzročnika kvarenja hrane (pasterizacija), razvio princip vakcinacije i metode za dobijanje vakcina.

R. Koch, Pasteurov savremenik, uveo je setvu na čvrste hranljive podloge, brojanje mikroorganizama, izolovanje čistih kultura i sterilizaciju materijala.

Imunološki period u razvoju mikrobiologije povezan je s imenom ruskog biologa I.I. Mečnikov, koji je otkrio doktrinu o imunitetu organizma na zarazne bolesti (imunitetu), bio je osnivač fagocitne teorije imuniteta i otkrio antagonizam kod mikroba. Istovremeno sa I.I. Mehnikov je proučavao mehanizme imuniteta na zarazne bolesti od strane velikog njemačkog istraživača P. Ehrlicha, koji je stvorio teoriju humoralnog imuniteta.

Gamaleya N.F. – osnivač imunologije i virologije, otkrio bakteriofagiju.

DI. Ivanovski je prvi otkrio viruse i postao osnivač virologije. Dok je radio u Nikitskom botaničkom vrtu na proučavanju bolesti mozaika duhana, koja je nanijela ogromnu štetu plantažama duhana, 1892. godine. otkrili da je ovu bolest, široko rasprostranjenu na Krimu, uzrok virus.

N.G. Gabričevski je organizovao prvi bakteriološki institut u Moskvi. Posjeduje radove na proučavanju šarlaha, difterije, kuge i drugih infekcija. Organizirao je proizvodnju seruma protiv difterije u Moskvi i uspješno ga koristio za liječenje djece.

P.F. Zdrodovsky je imunolog i mikrobiolog, poznat po svom fundamentalnom radu na fiziologiji imuniteta, kao i na polju rikeciologije i bruceloze.

V.M. Ždanov je veliki virolog, jedan od organizatora globalnog iskorenjivanja velikih boginja na planeti, koji je stajao na početku molekularne virologije i genetskog inženjeringa.

M.P. Čumakov je imunobiotehnolog i virolog, organizator Instituta za poliomijelitis i virusni encefalitis, autor oralne vakcine protiv poliomijelitisa.

Z.V. Ermolyeva - osnivač domaće antibiotske terapije

MINISTARSTVO OBRAZOVANJA I NAUKE REPUBLIKE KAZAHSTAN
ISTOČNOKAZAHSTANSKI DRŽAVNI UNIVERZITET IME S.AMANZHOLOVA

Odsjek za biologiju

SAŽETAK

Disciplina: “Biologija i razvoj mikroorganizama i virusa”

Na temu: “Istorija razvoja mikrobiologije”

Izvršili: učenici grupe UBG-09 (A)
Grushkovskaya D., Fefelova N.
Provjerio: Kalenova K.Sh.

Ust-Kamenogorsk, 2011

Plan:
Uvod………………………………………………………………………………………3

1. OTKRIĆE MIKROORGANIZAMA…………………………………………………………………………4
2. DESKRIPTIVNI (MORFOLOŠKI) PERIOD U RAZVOJU MIKROBIOLOGIJE (KRAJ 17. VEKA – SREDINA 19. VEKA)…………………..5
2.1.Razvoj ideja o prirodi procesa fermentacije i propadanja……5
2.2.Razvoj ideja o mikrobnoj prirodi zaraznih bolesti…………………………………………………………………………………………….7
3.FIZIOLOŠKI PERIOD (PASTERIJANSKI) (DRUGA POLOVINA 19. VEKA)…………………………………………………………………………………………….8
3.1. Naučna djelatnost Louisa Pasteura……………………………………………………8
3.2. Razvoj mikrobiologije u drugoj polovini 19. stoljeća……………………10
4. RAZVOJ MIKROBIOLOGIJE U 20. VEKU……………………………15

Zaključak................................................................... ................................ ................ .......... 18

Književnost ...................................................... ......................................................... ........................ 19

UVOD

Mikrobiologija je nauka koja proučava strukturu, sistematiku, fiziologiju, biohemiju, genetiku i ekologiju organizama malih dimenzija i nevidljivih golim okom. Ovi organizmi se nazivaju mikroorganizmi ili mikrobi.
Čovjek je dugo vremena živio okružen nevidljivim stvorenjima, koristio proizvode svoje životne aktivnosti (na primjer, kada je pekao kruh od kiselog tijesta, pripremao vino i ocat), patio kada bi ta stvorenja izazvala bolesti ili pokvarila zalihe hrane, ali je ne sumnjaju u njihovo prisustvo. Nisam sumnjao jer nisam vidio, a nisam vidio jer je veličina ovih mikrostvorenja mnogo ispod granice vidljivosti za koju je ljudsko oko sposobno. Poznato je da osoba sa normalnim vidom na optimalnoj udaljenosti (25-30 cm) može razlikovati predmet veličine 0,07-0,08 mm u obliku tačke. Čovjek ne može primijetiti manje predmete. To je određeno strukturnim karakteristikama njegovog organa vida.
Pokušaji da se prevlada stvorena prirodna barijera i prošire mogućnosti ljudskog oka davno su učinjeni. Tako su tokom arheoloških iskopavanja u starom Babilonu pronađena bikonveksna sočiva - najjednostavniji optički instrumenti. Sočiva su napravljena od poliranog gorskog kristala. Možemo smatrati da je njihovim izumom čovjek napravio prvi korak na putu u mikrosvijet.
Dalje poboljšanje optičke tehnologije datira iz 16. i 17. stoljeća. i povezan je sa razvojem astronomije. U to vrijeme, holandski stakleni brusilice dizajnirali su prve teleskope. Ispostavilo se da ako su sočiva pozicionirana drugačije nego u teleskopu, možete povećati vrlo male objekte. Mikroskop ovog tipa stvorio je 1610. G. Galileo. Pronalazak mikroskopa otvorio je nove mogućnosti za proučavanje žive prirode.
Jedan od prvih mikroskopa, koji se sastoji od dva bikonveksna sočiva koja su dala povećanje od približno 30 puta, dizajnirao je i koristio engleski fizičar i pronalazač R. Hooke za proučavanje strukture biljaka. Ispitujući dijelove plute, otkrio je pravilnu ćelijsku strukturu drvenog tkiva. Te ćelije je kasnije nazvao "ćelije" i prikazao ih u knjizi "Mikrografija". R. Hooke je bio taj koji je uveo pojam "ćelija" da označi one strukturne jedinice od kojih je izgrađen složeni živi organizam. Dalje prodiranje u tajne mikrosvijeta neraskidivo je povezano sa usavršavanjem optičkih instrumenata.

1. OTKRIĆE MIKROORGANIZAMA

Mikroorganizmi su otkriveni krajem 17. stoljeća, ali su njihove aktivnosti, pa čak i praktične primjene bile poznate mnogo ranije. Na primjer, proizvodi alkoholne, mliječne i octene kiseline pripremani su i korišteni u najstarija vremena. Korisnost ovih proizvoda objašnjena je prisustvom "živog duha" u njima. Međutim, ideja o postojanju nevidljivih stvorenja počela se pojavljivati ​​prilikom identificiranja uzroka zaraznih bolesti. Tako su Hipokrat (6. vek pne), a kasnije Varon (2. vek) sugerisali da zarazne bolesti izazivaju nevidljiva stvorenja. No tek u 16. stoljeću talijanski naučnik Giralamo Fracastoro došao je do zaključka da se prijenos bolesti s čovjeka na čovjeka vrši uz pomoć najmanjih živih bića, kojima je dao ime contagium vivum. Međutim, nije bilo dokaza za takve pretpostavke.
Ako pretpostavimo da je mikrobiologija nastala u trenutku kada je čovjek vidio prve mikroorganizme, onda možemo apsolutno točno naznačiti "rođendan" mikrobiologije i ime otkrića. Ovaj čovjek je Holanđanin Antonie van Leeuwenhoek (1632-1723), proizvođač iz Delfta. Zainteresovan za strukturu lanenog vlakna, za sebe je ispolirao nekoliko grubih sočiva. Kasnije se Leeuwenhoek zainteresirao za ovaj delikatan i mukotrpan posao i postigao veliko savršenstvo u proizvodnji sočiva, koju je nazvao "mikroskopija". U vanjskom obliku, to su bila pojedinačna bikonveksna stakla uokvirena srebrom ili mesingom, ali po svojim optičkim svojstvima Leeuwenhoek sočiva, koja su davala povećanje od 200 - 270 puta, nisu imala jednake. Da bismo ih cijenili, dovoljno je podsjetiti se da je teorijska granica povećanja bikonveksnog sočiva 250 - 300 puta.
Bez prirodnog obrazovanja, ali posjedujući prirodnu radoznalost, Leeuwenhoek je sa zanimanjem promatrao sve što je došlo pod ruku: vodu iz ribnjaka, zubne naslage, infuziju bibera, pljuvačku, krv i još mnogo toga. Od 1673. Leeuwenhoek je počeo da šalje rezultate svojih zapažanja Kraljevskom društvu u Londonu, za čijeg je člana kasnije izabran. Leeuwenhoek je ukupno napisao preko 170 pisama Kraljevskom društvu u Londonu, a kasnije mu je ostavio u amanet 26 svoje čuvene „mikroskopije“. Evo odlomka iz jednog pisma: „24. aprila 1676. godine, pogledao sam vodu pod mikroskopom i sa velikim iznenađenjem ugledao u njoj ogroman broj sićušnih živih bića. Neke od njih bile su 3-4 puta duže nego što su bile široke, ali nisu bile deblje od dlaka koje su prekrivale tijelo uši. Drugi su imali pravilan ovalni oblik. Postojala je i treća vrsta organizama – najbrojnija – sićušna stvorenja s repovima.” Upoređujući opis dat u ovom odlomku i optičke mogućnosti sočiva kojima je Leeuwenhoek raspolagao, možemo zaključiti da je Leeuwenhoek prvi vidio bakterije 1676. godine.
Leeuwenhoek je posvuda otkrio mikroorganizme i došao do zaključka da je svijet oko njega gusto naseljen mikroskopskim stanovnicima. Leeuwenhoek je sve mikroorganizme koje je vidio, uključujući bakterije, smatrao malim životinjama, koje je nazvao "životinjama", i bio je uvjeren da su strukturirani na isti način kao i veliki organizmi, odnosno da imaju probavne organe, noge, repove itd. .d.
Leeuwenhoekova otkrića bila su toliko neočekivana, pa čak i fantastična da su gotovo 50 narednih godina izazvala opšte čuđenje. Dok je bio u Holandiji 1698. godine, Petar I je posjetio Leeuwenhoeka i razgovarao s njim. Sa ovog putovanja Petar I je donio mikroskop u Rusiju, a kasnije, 1716. godine, u radionicama na njegovom dvoru proizvedeni su prvi domaći mikroskopi.

2. DESKRIPTIVNI (MORFOLOŠKI) PERIOD U RAZVOJU MIKROBIOLOGIJE (KRAJ 17 VEKA – SREDINA 19 VEKA)

2.1. Razvoj ideja o prirodi procesa fermentacije i propadanja

Mnogi procesi koje izvode mikroorganizmi poznati su čovjeku od pamtivijeka. Prije svega, ovo je truljenje i fermentacija. U spisima starogrčkih i rimskih autora mogu se pronaći recepti za pravljenje vina, kiselog mlijeka i kruha, što ukazuje na široku upotrebu fermentacije u svakodnevnom životu. U srednjem vijeku alhemičari nisu zanemarivali ove procese i proučavali su ih zajedno s drugim čisto kemijskim transformacijama. U tom periodu pokušano je da se otkrije priroda procesa fermentacije.
Termin "fermentacija" ("fermentatio") za označavanje procesa koji uključuju oslobađanje plina prvi je upotrijebio holandski alhemičar J.B. van Helmont (1577-1644). J. van Helmont je otkrio sličnosti između plina koji nastaje tokom fermentacije soka od grožđa (ugljični dioksid), plina koji se oslobađa pri sagorijevanju uglja i plina koji nastaje „kada se ocat sipa na krečnjake“, tj. kada alkalija reaguje sa kiselinom. Na osnovu toga, J. van Helmont je došao do zaključka da su sve gore opisane hemijske transformacije iste prirode. Kasnije su se fermentacije počele izdvajati iz grupe hemijskih procesa praćenih oslobađanjem gasova. Za označavanje materijalne pokretačke sile fermentacije, njenog aktivnog principa, korišten je termin "enzim". Pogled na fermentaciju i truljenje kao na čisto hemijske procese formulisao je 1697. godine nemački lekar i hemičar G.E. Stalem (1660-1734). Prema idejama G. Stahl-a, fermentacija i truljenje su hemijske transformacije koje se dešavaju pod uticajem molekula „enzima“, koji prenose svoje inherentno unutrašnje aktivno kretanje na molekule fermentabilnog supstrata, tj. djeluju kao svojevrsni katalizator reakcije. G. Stahlova gledišta o prirodi procesa raspadanja i fermentacije u potpunosti je dijelio i branio jedan od najvećih hemičara svog vremena J. Liebig. Međutim, ovo gledište nisu prihvatili svi istraživači.
Jedna od prvih nagađanja o povezanosti “globula” (kvasca) koje je opisao Leeuwenhoek i fenomena fermentacije i truljenja pripada francuskom prirodoslovcu J.L.L. Buffon (1707-1788). Francuski hemičar A. Lavoisier (1743-1794), koji je kvantitativno proučavao hemijske transformacije šećera tokom alkoholne fermentacije, došao je veoma blizu razumevanju uloge kvasca u procesu fermentacije. Godine 1793. napisao je: „Malo pivskog kvasca dovoljno je da da prvi poticaj fermentaciji: ona se zatim nastavlja sama. Na drugom mestu ću izvestiti o delovanju enzima uopšte." Međutim, on to nije uspio: A. Lavoisier je postao žrtva terora Francuske buržoaske revolucije.
Od 30-ih godina 19. stoljeća počinje period intenzivnih mikroskopskih posmatranja. Godine 1827. francuski hemičar J. Demasier (1783-1862) opisao je strukturu kvasca Mycoderma cerevisiae, koji stvara film na površini piva, i, uvjeren da su to najmanje životinje, svrstao ih u cilijate. Međutim, u radu J. Demasier-a nema naznaka moguće veze između procesa fermentacije i filma koji se razvija na površini fermentirajuće tekućine. Deset godina kasnije, francuski botaničar C. Cagnard de Latour (1777-1859) poduzeo je temeljno mikroskopsko ispitivanje sedimenta nastalog alkoholnom fermentacijom i došao do zaključka da se sastoji od živih bića, čija je životna aktivnost uzrok fermentacije. Gotovo istovremeno, njemački prirodnjak F. Kützing (1807-1893), proučavajući nastanak octa iz alkohola, skrenuo je pažnju na sluznu masu koja je izgledala kao film na površini tekućine koja sadrži alkohol. Proučavajući mukoznu masu, F. Kützing je otkrio da se sastoji od mikroskopskih živih organizama i da je u direktnoj vezi sa nakupljanjem octa u okolini. Drugi njemački prirodnjak T. Schwann (1810-1882) došao je do sličnih zaključaka.
Tako su C. Cagniard de Latour, F. Kützing i T. Schwann, nezavisno jedan od drugog i gotovo istovremeno, došli do zaključka o povezanosti procesa fermentacije i vitalne aktivnosti mikroskopskih živih bića. Glavni zaključak iz ovih studija jasno je formulisao F. Kützing: „Sada moramo razmotriti svaki proces fermentacije drugačije nego što ga je hemija do sada razmatrala. Cijeli proces alkoholne fermentacije ovisi o prisutnosti kvasca, dok fermentacija sirćetne kiseline ovisi o prisutnosti sirćetne kiseline.”
Međutim, ideje o biološkoj prirodi fermentacionog “enzima” koje su izrazila tri istraživača nisu prihvaćene. Štaviše, bili su podvrgnuti oštroj kritici od pristalica teorije fizikalno-hemijske prirode fermentacije, koji su optuživali svoje naučne protivnike za "neozbiljnost u zaključcima" i odsustvo bilo kakvih dokaza koji bi podržali ovu "čudnu hipotezu". Teorija fizičko-hemijske prirode procesa fermentacije je ostala dominantna.

2.2.Razvoj ideja o mikrobnoj prirodi zaraznih bolesti

Čak je i drevni grčki ljekar Hipokrat (oko 460-377 pne) sugerirao da zarazne bolesti uzrokuju nevidljiva živa bića. Avicena (oko 980-1037) je u „Kanonu medicine” pisao o „nevidljivim” uzročnicima kuge, velikih boginja i drugih bolesti. Slična razmišljanja mogu se naći u djelima italijanskog liječnika, astronoma i pjesnika G. Fracastra (1478-1553).
Ruski epidemiolog D.S. bio je duboko uvjeren da zarazne bolesti uzrokuju živa mikroskopska bića. Samoilovich (1744-1805), koji je pokušao da otkrije uzročnika kuge pod mikroskopom. Nije uspio zbog nesavršenosti mikroskopa i mikroskopske tehnologije. Međutim, mjere za dezinfekciju i izolaciju pacijenata koje je razvio D.S. Samoilovich u skladu sa svojom idejom pokazale su se vrlo djelotvornim u borbi protiv epidemija i postale su nadaleko poznate u cijelom svijetu.
Vrijedi spomenuti da je savremenik D. Samoiloviča, M. Terekhovsky (1740-1796), prvi ruski protistolog-eksperimentator, ustanovio živu prirodu protozoa i 1775. godine, po prvi put u svijetu, primijenio eksperimentalnu metodu istraživanja na mikroorganizme , utvrđivanje uticaja temperature, električnih pražnjenja, sublimata, opijuma, kiselina i lužina na njihovu održivost. Proučavajući kretanje, rast i razmnožavanje mikroorganizama u strogo kontroliranim uvjetima, Terekhovsky je prvi istakao da diobi prethodi rast i povećanje veličine. Takođe je dokazao nemogućnost spontanog stvaranja protozoa u raznim prokuvanim tečnostima (infuzijama). Svoja zapažanja iznio je u svom djelu “O Linejevom tekućem haosu”.
Godine 1827. talijanski prirodnjak A. Bassi (1773-1856), proučavajući bolest svilenih buba, otkrio je prijenos bolesti kada se mikroskopska gljivica prenese sa bolesne osobe na zdravu. Tako je A. Bassi prvi eksperimentalno dokazao mikrobnu prirodu ove bolesti. Ideja o mikrobnoj prirodi zaraznih bolesti dugo nije dobila priznanje. Dominantna teorija je bila da se uzrocima bolesti smatraju različiti poremećaji u toku hemijskih procesa u organizmu.
Godine 1846. njemački anatom F. Henle (1809-1885) u svojoj knjizi “Priručnik za racionalnu patologiju” jasno je definisao osnovne principe za prepoznavanje zaraznih bolesti. Kasnije je ideje F. Henlea, formulisane u opštem obliku (sam F. Henle nije mogao vidjeti niti jedan uzročnik ljudskih zaraznih bolesti), eksperimentalno potkrijepio R. Koch i ušao u nauku pod imenom „Henle-Koch trijada”.

3. FIZIOLOŠKI PERIOD (PASTERIJANSKI) (DRUGA POLOVINA 19. VEKA)

3.1. Naučna aktivnost Louisa Pasteura

Početak fiziološkog perioda datira od 60-ih godina 19. stoljeća i vezuje se za djelovanje istaknutog francuskog naučnika, kemičara po zanimanju, Louisa Pasteura (1822-1895). Mikrobiologija duguje Pasteuru ne samo svoj brzi razvoj, već i formiranje kao nauke. Za Pasteurovo ime vezuju se najveća otkrića koja su mu donijela svjetsku slavu: fermentacija (1857), spontano nastajanje (1860), bolesti vina i piva (1865), bolesti svilene bube (1868), infekcije i vakcine (1881), bjesnilo (1885) .
Pasteur je svoju naučnu karijeru započeo radom na kristalografiji. Otkrio je da se rekristalizacijom soli optički neaktivne racemične kiseline formiraju dvije vrste kristala. Otopina pripremljena od kristala jedne vrste rotira ravninu polarizirane svjetlosti udesno, a od kristala druge vrste - ulijevo. Pasteur je dalje otkrio da kalup uzgojen u otopini racemske vinske kiseline troši samo jedan od izomernih oblika (desnorotirajući). Ovo zapažanje omogućilo je Pasteuru da izvuče zaključak o specifičnim efektima mikroorganizama na supstrate i poslužilo je kao teorijska osnova za kasnije proučavanje fiziologije mikroorganizama. Pasteurova zapažanja nižih plijesni privukla su njegovu pažnju na mikroorganizme općenito.
Godine 1854. Pasteur je dobio mjesto redovnog profesora na Univerzitetu u Lilu. Tu je započeo svoja mikrobiološka istraživanja, koja su postavila temelje mikrobiologije kao samostalne naučne discipline.
Povod za početak proučavanja procesa fermentacije bio je apel Pasteuru od proizvođača iz Lila sa molbom da pomogne u otkrivanju razloga za sistematske neuspjehe u fermentaciji soka od cvekle za proizvodnju alkohola. Rezultati istraživanja, objavljeni krajem 1857. godine, nesumnjivo su dokazali da je proces alkoholnog vrenja rezultat vitalne aktivnosti određene grupe mikroorganizama - kvasca i da se odvija u uslovima bez pristupa zraka.
Gotovo istovremeno sa proučavanjem alkoholne fermentacije, Pasteur je počeo proučavati mliječnu fermentaciju i također je pokazao da ovu vrstu fermentacije uzrokuju mikroorganizmi, koje je nazvao "kvasac mliječne kiseline". Pasteur je rezultate svog istraživanja predstavio u svojim objavljenim radovima „Memoari o mlečnoj fermentaciji“.
Zaista, rezultati Pasteurovih istraživanja nisu samo novi naučni podaci, oni su hrabro opovrgavanje tada dominantne teorije fizičke i hemijske prirode fermentacije, koju su podržavali i branili najveći naučni autoriteti tog vremena: I. Berzelius, E. Mitscherlich, J. Liebig. Mliječno kisela fermentacija je najjednostavniji “kemijski” proces razgradnje molekule šećera na dvije trioze, a dokaz da je ta razgradnja povezana s vitalnom aktivnošću mikroskopskih organizama bio je snažan argument koji podržava teoriju o biološkoj prirodi fermentacija.
Drugi argument u prilog biološke prirode fermentacije bio je Pasteurov eksperimentalni dokaz mogućnosti izvođenja alkoholne fermentacije u mediju bez proteina. Prema hemijskoj teoriji fermentacije, ovo drugo je rezultat katalitičke aktivnosti "enzima", koji je supstanca proteinske prirode.
Proučavanje fermentacije maslačne kiseline dovelo je Pasteura do zaključka da život nekih mikroorganizama ne samo da može teći u nedostatku slobodnog kisika, već je ovaj potonji štetan za njih. Rezultati ovih zapažanja objavljeni su 1861. godine u izvještaju pod naslovom “Animalculi-cilijati koji žive bez slobodnog kisika i uzrokuju fermentaciju”. Otkriće negativnog djelovanja slobodnog kisika na proces fermentacije maslačne kiseline je možda bila posljednja točka koja je u potpunosti opovrgla teoriju o kemijskoj prirodi fermentacija, budući da je upravo kisiku pripisana uloga spoja koji daje prvi podsticaj unutrašnjem kretanju proteinskih čestica "enzima". Kroz niz studija u oblasti fermentacija, Pasteur je uvjerljivo dokazao nedosljednost hemijske teorije fermentacija, prisiljavajući svoje protivnike da priznaju svoje greške. Za svoj rad na anaerobiozi 1861. godine Pasteur je dobio nagradu Francuske akademije nauka i medalju Kraljevskog društva u Londonu. Rezultat dvadesetogodišnjeg istraživanja u oblasti fermentacije Pasteur je sažeo u „Istraživanju piva, njegovih bolesti, njihovih uzroka, načina da se ono učini stabilnim, uz primjenu nove teorije fermentacije“ (1876).
Godine 1865. francuska vlada se obratila Pasteuru sa zahtjevom da pomogne uzgajivačima svilene bube koji su pretrpjeli velike gubitke zbog bolesti svilene bube. Pasteur je posvetio oko pet godina proučavanju ovog pitanja i došao do zaključka da su bolesti svilene bube uzrokovane određenim mikroorganizmima. Pasteur je detaljno proučavao tok bolesti - pebrinske svilene bube i razvio praktične preporuke za suzbijanje bolesti: predložio je da se pod mikroskopom traže uzročnici bolesti u tijelima leptira i kukuljica, odvajaju oboljele jedinke i uništavaju ih itd. .
Utvrdivši mikrobnu prirodu zaraznih bolesti svilenih buba, Pasteur je došao do ideje da su i bolesti životinja i ljudi uzrokovane utjecajem mikroorganizama. Njegov prvi rad u ovom pravcu bio je da dokaže da je porođajna groznica, široko rasprostranjena u opisanom periodu, uzrokovana određenim mikroskopskim patogenom. Pasteur je identificirao uzročnika groznice, pokazao da je njen uzrok zanemarivanje antiseptičkih pravila od strane medicinskog osoblja i razvio metode zaštite od prodiranja patogena u tijelo.
Pasteurov dalji rad na polju proučavanja zaraznih bolesti doveo je do njegovog otkrića uzročnika kokošje kolere, osteomijelitisa, gnojnih apscesa i jednog od uzročnika gasne gangrene. Na taj način Pasteur je pokazao i dokazao da svaku bolest uzrokuje određeni mikroorganizam.
Godine 1879., proučavajući kokošju koleru, Pasteur je razvio metodu za dobijanje kultura mikroba koji gube sposobnost da budu uzročnici bolesti, odnosno gube virulenciju, i to otkriće iskoristio da zaštiti tijelo od naknadne infekcije. Potonji je bio osnova za stvaranje teorije imuniteta.
Pasteur je kombinirao svoje proučavanje zaraznih bolesti s razvojem mjera za aktivnu borbu protiv njih. Na osnovu tehnike dobijanja oslabljenih kultura virulentnih mikroorganizama, nazvanih "vakcine", Pasteur je pronašao načine za borbu protiv antraksa i bjesnila. Pasteurove vakcine postale su široko rasprostranjene širom svijeta. Ustanove u kojima se provode vakcinacije protiv bjesnila nazivaju se Pasteurovim stanicama u čast Pasteura.
Pasteurova djela su cijenili njegovi savremenici i dobila je međunarodno priznanje. Godine 1888. u Parizu je za Pastera izgrađen naučnoistraživački institut, koristeći sredstva prikupljena putem međunarodne pretplate, koja trenutno nosi njegovo ime. Pasteur je bio prvi direktor ovog instituta. Otkrića L. Pasteura pokazala su koliko je raznovrstan, neobičan i aktivan mikrosvijet nevidljiv golim okom i kakvo veliko polje djelovanja predstavlja njegovo proučavanje.

3.2. Razvoj mikrobiologije u drugoj polovini 19. veka

Ocjenjujući uspjehe koje je mikrobiologija postigla u drugoj polovini 19. stoljeća, francuski istraživač P. Tennery je u svom djelu “Istorijska skica razvoja prirodnih nauka u Evropi” napisao: “Uoči bakterioloških otkrića, istorija drugih prirodne nauke u poslednjim decenijama 19. veka izgledaju nešto bleđe.”
Uspjesi mikrobiologije u ovom periodu direktno su povezani sa novim idejama i metodološkim pristupima koje je u mikrobiološka istraživanja uveo L. Pasteur. Među prvima koji su cijenili značaj Pasteurovih otkrića bio je engleski hirurg J. Lister, koji je shvatio da je razlog velikog procenta smrti nakon operacija, prvo, infekcija rana bakterijama zbog neznanja i, drugo, nepoštivanje sa osnovnim pravilima antiseptike.
Jedan od osnivača medicinske mikrobiologije, uz Pasteura, bio je njemački mikrobiolog R. Koch (1843-1910), koji je proučavao patogene zaraznih bolesti. Koch je svoje istraživanje započeo još kao seoski doktor proučavanjem antraksa i 1877. godine objavio je rad posvećen uzročniku ove bolesti - Bacillus anthracis. Nakon toga, Kochova pažnja je skrenuta na još jednu ozbiljnu i raširenu bolest tog vremena - tuberkuloza. Godine 1882. Koch je objavio otkriće uzročnika tuberkuloze, koji je u njegovu čast nazvan „Kochov bacil“. (1905. Koch je dobio Nobelovu nagradu za svoja istraživanja tuberkuloze.) Koch je 1883. otkrio i uzročnika kolere.
Koch je posvetio veliku pažnju razvoju mikrobioloških istraživačkih metoda. Dizajnirao je aparat za rasvjetu, predložio metodu mikrofotografije bakterija, razvio tehnike bojenja bakterija anilinskim bojama i predložio metodu uzgoja mikroorganizama na čvrstim hranjivim podlogama pomoću želatine. Dobivanje bakterija u obliku čistih kultura otvorilo je nove pristupe za dublje proučavanje njihovih svojstava i poslužilo kao poticaj za daljnji brzi razvoj mikrobiologije. Izolirane su čiste kulture uzročnika kolere, tuberkuloze, difterije, kuge, žlijezde i lobarne upale pluća.
Koch je eksperimentalno potkrijepio odredbe koje je ranije iznio F. Henle o prepoznavanju zaraznih bolesti, koje su u nauku ušle pod nazivom „Henle-Koch trijada“ (kasnije se pokazalo da nije primjenjiva na sve infektivne agense).
Osnivač ruske mikrobiologije je L. Tsenkovsky (1822-1887). Predmet njegovih istraživanja bili su mikroskopske protozoe, alge i gljive. Otkrio je i opisao veliki broj protozoa, proučavao njihovu morfologiju i razvojne cikluse. To mu je omogućilo da zaključi da ne postoji oštra granica između svijeta biljaka i životinja. Takođe je organizovao jednu od prvih Pasteurovih stanica u Rusiji i predložio vakcinu protiv antraksa („živa vakcina Tsenkovsky“).
Ime I. Mečnikova (1845-1916) povezano je sa razvojem novog pravca u mikrobiologiji - imunologije. Po prvi put u nauci, Mečnikov je razvio i eksperimentalno potvrdio biološku teoriju imuniteta, koja je ušla u istoriju kao Mečnikova fagocitna teorija. Ova teorija se temelji na ideji o ćelijskim zaštitnim uređajima tijela. Mečnikov je u eksperimentima na životinjama (dafnije, larve morske zvijezde) dokazao da leukociti i druge stanice mezodermalnog porijekla imaju sposobnost hvatanja i varenja stranih čestica (uključujući mikrobe) koje ulaze u tijelo. Ovaj fenomen, nazvan fagocitoza, formirao je osnovu fagocitne teorije imuniteta i dobio je univerzalno priznanje. Razvijajući dalje postavljena pitanja, Mečnikov je formulisao opštu teoriju upale kao zaštitne reakcije organizma i stvorio novi pravac u imunologiji - doktrinu specifičnosti antigena. Trenutno postaje sve važniji u vezi sa razvojem problema transplantacije organa i tkiva i proučavanjem imunologije raka.
Najvažniji radovi Mečnikova u oblasti medicinske mikrobiologije uključuju proučavanje patogeneze kolere i biologije vibrija sličnih koleri, sifilisa, tuberkuloze i povratne groznice. Mečnikov je osnivač doktrine mikrobnog antagonizma, koja je poslužila kao osnova za razvoj nauke o antibiotskoj terapiji. Ideju mikrobnog antagonizma Mečnikov je koristio u razvoju problema dugovječnosti. Proučavajući fenomen starenja tijela, Mečnikov je došao do zaključka. Da je njen najvažniji uzrok kronično trovanje organizma trulim produktima koje u debelom crijevu proizvode truležne bakterije.
Od praktičnog interesa su rani radovi Mečnikova o upotrebi gljive Isaria destructor u borbi protiv poljske štetočine - žitne bube. Oni daju razlog da se Mečnikova smatra osnivačem biološke metode suzbijanja štetočina poljoprivrednih biljaka, metode koja ovih dana nalazi sve veću primjenu i popularnost.
Dakle, I.I. Mečnikov, istaknuti ruski biolog koji je spojio kvalitete eksperimentatora, učitelja i promotera naučnih saznanja, bio je čovjek velikog duha i rada, čija je najveća nagrada bila dodjela Nobelove nagrade 1909. za istraživanje fagocitoze.
Jedan od najvećih naučnika u oblasti mikrobiologije je prijatelj i kolega I. Mečnikova N.F. Gamaleja (1859-1949). Gamaleya je cijeli svoj život posvetio proučavanju zaraznih bolesti i razvoju mjera za borbu protiv njihovih patogena. Gamaleja je dao veliki doprinos proučavanju tuberkuloze, kolere i besnila 1886. godine, zajedno sa I. Mečnikovim, organizovao je prvu Pasterovu stanicu u Odesi i uveo vakcinaciju protiv besnila. Otkrio je ptičji vibrion - uzročnik bolesti nalik koleri kod ptica - i nazvao ga Mečnikov vibrion u čast Ilje Iljiča. Tada je dobijena vakcina protiv ljudske kolere.
itd...................