Ученые микробиологи и их достижения. Реферат история развития микробиологии. Возникновение науки микробиологии

Родоначальником русской микробиологии является Л. Ценковский (1822-1887). Объектом его исследований были микроскопические простейшие, водоросли, грибы. Он открыл и описал большое число простейших, изучал их морфологию и циклы развития. Это позволило ему сделать вывод об отсутствии резкой границы между миром растений и животных. Им также была организована одна из первых Пастеровских станций в России и предложена вакцина против сибирской язвы («живая вакцина Ценковского»).

С именем И. Мечникова (1845-1916) связано развитие нового направления в микробиологии - иммунологии. Впервые в науке Мечниковым была разработана и экспериментально подтверждена биологическая теория иммунитета, вошедшая в историю как фагоцитарная теория Мечникова. В основу этой теории положено представление о клеточных защитных приспособлениях организма. Мечников в опытах на животных (дафниях, личинках морской звезды) доказал, что лейкоциты и другие клетки мезодермального происхождения обладают способностью захватывать и переваривать чужеродные частицы (в т.ч. и микробов), попадающие в организм. Это явление, названное фагоцитозом, легло в основу фагоцитарной теории иммунитета и получило всеобщее признание. Развивая далее поднятые вопросы, Мечников сформулировал общую теорию воспаления как защитную реакцию организма и создал новое направление в иммунологии - учение об антигенной специфичности. В настоящее время оно приобретает все большее значение в связи с разработкой проблемы пересадки органов и тканей, изучения иммунологии рака.

К числу важнейших работ Мечникова в области медицинской микробиологии относятся исследования патогенеза холеры и биологии холероподобных вибрионов, сифилиса, туберкулеза, возвратного тифа. Мечников является основоположником учения о микробном антагонизме, послужившем основой для развития науки об антибиотикотерапии. Идея о микробном антагонизме была использована Мечниковым при разработке проблемы долголетия. Изучая явление старения организма, Мечников пришел к заключению. Что важнейшей причиной его является хроническое отравление организма продуктами гниения, вырабатываемыми в толстом кишечнике гнилостными бактериями.

Практический интерес представляют ранние работы Мечникова по использованию гриба Isaria destructor для борьбы с вредителем полей - хлебным жуком. Они дают основание считать Мечникова основоположником биологического метода борьбы с вредителями сельскохозяйственных растений, метода, который в наши дни находит все более широкое применение и популярность. Таким образом, И.И. Мечников - выдающийся русский биолог, сочетавший качества экспериментатора, педагога и пропагандиста научных знаний, - был человеком великого духа и труда, высшей наградой которого явилось присвоение ему в 1909 г. Нобелевской премии за исследования по фагоцитозу. Развитие микробиологии в нашей стране тесно связано также с именем крупнейшего ученого, друга и соратника И. Мечникова, Н.Ф. Гамалеи (1859-1949). Всю свою жизнь Гамалея посвятил изучению инфекционных болезней и разработке мер борьбы с их возбудителями. Гамалея внес крупнейший вклад в изучение туберкулеза, холеры, бешенства, в 1886 г. вместе с И. Мечниковым организовал в Одессе первую пастеровскую станцию и ввел в практику прививки против бешенства. Он открыл птичий вибрион - возбудителя холероподобного заболевания птиц - и в честь Ильи Ильича назвал его вибрионом Мечникова. Затем была получена вакцина против холеры человека.

Большое внимание Гамалея уделял и вопросам эпидемиологии инфекционных болезней. Он был крупнейшим специалистом в области иммунологии. Разработав оригинальный метод получения оспенной вакцины, он впервые высказал идею о выделении из бактерий наиболее полноценных антигенов и об использовании их для приготовления так называемых химических вакцин. Гамалея первый наблюдал и описал явление спонтанного лизиса бактерий под влиянием неизвестного в то время агента - бактериофага. Поэтому Гамалея считается не только одним из основоположников медицинской микробиологии, но и иммунологии и вирусологии.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Химический состав клеточных стенок грамположительных и грамотрицательных бактерий различен.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Внутри цитоплазмы находятся все жизненно важные структуры и органеллы.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Функции ферментов

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

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

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ФЕРМЕНТОВ

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Роль ферментов в обмене веществ.

Важнейшую роль в истории человечества играет микробиология. Зарождение этой науки приходится на VI - V век до н. э. В те далекие времена люди уже начинали осознавать, что болезни появляются не просто так. А происходит это за счет микроскопических, невидимых глазу, микроорганизмов. Как же возникла и формировалась наука?

Что такое микробиология?

Микробиология - наука, занимающаяся исследованием и изучением жизненных процессов различных микроорганизмов, которых нельзя заметить без специального оборудования. Могут иметь разные виды происхождения: растительное, животное. Одной из фундаментальных наук является микробиология. Для ее глубокого изучения используется множество других наук, а именно:

• химия;
• физика;
• цитология;
• биология и др.

Имеется всего два вида микробиологии: общая, индивидуальная. Общая микробиология занимается изучением строения и жизненных процессов мелких микроорганизмов на различных уровнях. А индивидуальная микробиология (или частная) занимается исследованием отдельных видов микробов.

В XIX веке успехи в сфере медицины, в частности микробиологии, посодействовало формированию иммунологии, которая на сегодняшний день считается общебиологической дисциплиной. В развитии микробиологии можно выделить три основных этапа:

1. Выявление того факта, что в природе действительно существуют мелкие микроорганизмы, которые нельзя обнаружить без специального оборудования.
2. Дифференцирование видов.
3. Исследование иммунитета и болезней (инфекционных).

Основной задачей микробиологии является детальное изучение свойств микроорганизмов. Для этого используется специальное оборудование, например, микроскопы. С их помощью можно увидеть мелких организмов, определить их форму и расположение. В медицине практикуется такой эксперимент, когда мелких микроорганизмов намеренно вживляют здоровому животному. Это помогает воссоздать и изучить каждый этап инфицирования.

Французский исследователь Луи Пастер

27 декабря 1822 года на востоке Франции появился на свет будущий великий ученый - Луи Пастер. В раннем возрасте его интересовала сфера искусства. Но позже он заинтересовался естественными науками. Он обучался в Париже в Высшей школе. После завершения обучения ему предназначалась судьба преподавателя естествознания.

В 48 году XIX века Луи презентовал итоги собственного научного исследования. Именно он привел доказательства того, что в винной кислоте содержится 2 вида кристаллов, поляризирующие свет совершенно по-разному. На этом знаменательном событии начался его блестящий успех в науке.

Луи Пастер является создателем микробиологии. До начала его работы ученые только предполагали, что химический процесс формируют дрожжи. А Луи Пастер, проведя ряд исследований, этот факт смог доказать. Он обнаружил, что имеется 2 вида подобных микроорганизмов: одни формируют алкоголь, а другие его разрушают. Позже ему удалось выяснить, что при медленном нагревании ненужные бактерии разрушаются, что повысило в разы качество спиртосодержащей продукции.

Ученый также интересовался образованием плесени на продуктах. Позже он доказал, что заплесневелость появляется из-за спор, находящихся в окружающей среде. Чем меньше их в пространстве, тем медлительнее портится еда.

Его исследования помогли спасти шелковое производство во Франции. А также многие человеческие жизни, так как именно он изобрел прививку от бешенства.

Немецкий ученый Кох Роберт

Кох Роберт считается современником Пастсера. Его рождение приходится на декабрь 1843 года. В возрасте 23 лет он окончил медицинский университет и получил диплом, после чего работал в нескольких медучреждениях.

Его многозначительная карьера началась с работы бактериологом. Он изучал сибирскую язву на больных животных. Его исследования позволили обнаружить, что зараженные особи имеют массу инородных микроорганизмов, которых нет у здоровых животных. Бактерии эти имели форму палочки.

Позже Кох заинтересовался туберкулезом. Первые исследования проводились на трупе рабочего, умершего от чахотки. Детальное изучение органов не привело к выявлению болезнетворных бактерий. После чего Кох предположил, что образцы нужно окрасить. И действительно, ученый заметил между тканями легких какие-то палочки. После Роберт Кох разрабатывал вакцину от туберкулеза, но излечить болезнь она не смогла, зато 100%-тно определяла, заражен пациент или нет. Данная вакцина используется до сих пор.

Возникновение науки микробиологии

С действием жизнедеятельности микроорганизмов человек встречался гораздо раньше официального их открытия. Люди намеренно квасили молоко, применяли брожение теста, вина. Еще в трудах древнегреческого ученого были обнаружены строки о том, что он предполагает о взаимосвязи между болезнями и опасными патогенными испарениями.

Антони ван Левенгук подтвердил эти догадки с помощью изобретенного им увеличительного стекла. С его помощью Антони удалось рассмотреть окружающие предметы. Выяснилось, что на этих предметах проживают мелкие организмы, которые не видно невооруженному глазу. Но доказать их участие в заражении людей опасными болезнями ему так и не удалось.

Профилактическая обработка жилища в целях предупреждения болезней была предусмотрена еще у индусов. В 1771 г. в Москве военный врач впервые применяет дезинфекцию вещей людей, зараженных чумой, а также вакцинирует тех, кто контактировал с зараженными.

Наиболее увлекательной является история об открытии прививки от оспы. Она применялась еще у персов, турок, китайцев. Происходило это так: обессиленные бактерии вводились человеку, потому как полагалось, что так заболевание протекало легче. Английский врач Эдвард Дженнер отметил, что большая часть людей, не болеющих оспой, не инфицировались при тесном контакте с зараженными. Данный факт был замечен у доярок, которые были в контакте с коровами, зараженными оспой. Изучение этого факта длилось около 10-ти лет. В итоге ученый сделал инъекцию с больной кровью коровы здоровому мальчику. Позже Дженнер прививал юнцу микробы болеющего человека. Так была открыта вакцина, благодаря которой люди освободились от этой страшной болезни.

Исследования отечественных ученых

Известнейшие открытия в сфере микробиологии, сделанные научными исследователями со всего мира, дают понять, что одолеть можно практически любую болезнь. Огромное вложение в формирование современной науки внесли отечественные исследователи. Петр I в 1698 г. завел знакомство с Левенгуком, который, в свою очередь, показал ему действие микроскопа.

Л.С. Ценковский издал свое научное исследование, в котором микроорганизмы были причислены к организмам растительного происхождения. Он также применял методику Пастера в борьбе с сибирской язвой.

И.И. Мечников сформировал теорию иммунитета. Он привел веские аргументы к тому, что многочисленные клеточки организма имеют все шансы подавлять вирусные бактерии самостоятельно. Его изучения стали базой для исследования воспаления. Мечников изучал людской организм и стремился понять, по какой причине он старится. Профессор хотел отыскать метод, который позволил бы увеличить продолжительность жизни. Он полагал, что токсичные элементы, возникающие во время жизнедеятельности гнилостных микроорганизмов, травят человеческое тело. Согласно суждению Мечникова, следует заселить тело кисломолочными микроорганизмами, которые подавляют вредные микроорганизмы. Профессор полагал, что подобным способом можно значительно увеличить продолжительность жизни.

Мечников исследовал большое количество серьезных болезней: туберкулез, тиф, холеру и многие другие.

Техническая микробиология

Техническая микробиология исследует бактерии, которые применяют при производстве витаминов и отдельных веществ. Главной проблемой этой области считается рост научно-технических приемов в изготовлении (больше в пищевой сфере).

Освоение промышленной микробиологии направляет специалиста к потребности кропотливого соблюдения абсолютно всех санитарных общепризнанных норм в изготовлении. Изучив эту науку, можно предотвратить порчу многих продуктов. Предмет больше исследуют будущие эксперты в сфере пищевой индустрии.

Инновационные технологии

Микробиология - основа инновационных технологий. Микроорганизмы и их мир изучены еще не полностью. Большинство ученых уверены, что с помощью микроорганизмов можно разрабатывать такие технологии, которые не будут иметь аналогов. Именно биотехнология станет базой для новейших технологических открытий.

При исследовании месторождения нефти и угля применяются бактерии. Совершенно не секрет, что топливные запасы уже завершаются. Поэтому уже сейчас ученые рекомендуют применять микробиологические методы извлечения спиртов из восстанавливаемых источников.

Преодолеть экологические и энергетические проблемы поможет микробиологические технологии. Невероятно, однако, микробиологическая обработка органических остатков дает возможность очистить окружающую среду, а также заполучить биогаз, не уступающий естественному. Такого рода способ извлечения горючего не требует больших расходов. На сегодняшний день, в природе вокруг существует большое количество использованного материала для обработки.

Многочисленные современные ученые полагают, что в перспективе, именно биология даст возможность преодолеть многие энергетические и экологические трудности, которые имеют все шансы появиться в кратчайшее сроки.

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

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

Историю развития микробиологии можно разделить на пять этапов: эвристический, морфологический, физиологический, иммунологический и молекулярно-генетический.

Эвристический период (IV-IIV тысячелетие до н.э - XVI в. н.э.) связан скорее с логическими и методическими приемами нахождения истины, т.е. эвристикой, чем с какими-либо экспериментами и доказательствами. Мыслители того времени (Гиппократ, римский писатель Варрон и др.) высказывали предположения о природе заразных болезней, миазмах, мелких невидимых животных. Эти представления были сформулированы в стройную гипотезу спустя многие столетия в сочинениях итальянского врача Д. Фракасторо (1478 - 1553), высказавшего идею о живом контагии (contagium vivum), который вызывает болезни. При этом каждая болезнь вызывается своим контагием. Для предохранения от болезней им были рекомендованы изоляция больного, карантин, ношение масок, обработка предметов уксусом.

Таким образом, Д. Фракасторо был одним из основоположников эпидемиологии, т. е. науки о причинах, условиях и механизмах формирования заболеваний и способах их профилактики.

Однако доказательство существования невидимых возбудителей болезней стало возможным после изобретения микроскопа. Приоритет в открытии микроорганизмов принадлежит голландскому натуралисту-любителю Антонио Левенгуку (1б32 - 1723). Торговец полотном А. Левенгук увлекался шлифованием стекол и довел это искусство до совершенства, сконструировав микроскоп, позволивший увеличивать рассматриваемые предметы в 300 раз.

Изучая под микроскопом различные объекты (дождевую воду, настои, зубной налет, кровь, испражнения, сперму), А. Левенгук наблюдал мельчайших животных, которых он назвал анималькулюсами. Свои наблюдения А. Левенгук регулярно сообщал в Лондонское королевское общество, а в 1695 г. обобщил в книге «Тайны природы, открытые Антонием Левенгуком».

Таким образом, с изобретением микроскопа А. Левенгуком начинается следующий этап в развитию микробиологии, получивший название морфологического.

Открытие А. Левенгука привлекло огромное внимание специалистов, у него появились многочисленные ученики и последователи. Однако оставались неясными вопросы о появлении микроорганизмов, условиях их жизни, предназначении, участии в возникновении болезней человека. На эти вопросы впоследствии были даны четкие ответы в исследованиях многих ученых.

Хотя появление болезней и связывалось с теперь уже открытыми микроорганизмами, однако необходимы были прямые доказательства. И они были получены русским врачом-эпидемиологом Д. Самойловичем (1744 - 1805). Чтобы доказать, что чума вызывается особым возбудителем, он заразил себя отделяемым бубона больного чумой человека и заболел чумой. К счастью, Д. Самойлович остался жив. Впоследствии героические опыты по самозаражению для доказательства заразности того или иного микроорганизма провели русские врачи Г. Н. Минх и О. О. Мочутковский, И. И. Мечников и др.

Вопрос о способе появления и размножения микроорганизмов был решен в споре с господствовавшей тогда теорией самозарождения. Несмотря на то, что итальянский ученый Л. Спалланцани в середине XVIII в. наблюдал под микроскопом деление бактерий, мнение о том, что они самозарождаются (возникают из гнили, грязи и т.д.), не было опровергнуто.

Это было сделано выдающимся французским ученым Луи Пастером (1822 - 1895), который в остроумном, гениальном по своей простоте опыте показал, что самозарождения не существует. Л. Пастер поместил стерильный бульон в колбу, сообщавшуюся с атмосферным воздухом через изогнутую S-образную трубку. В такой, по существу открытой, колбе бульон при длительном стоянии оставался прозрачным, потому что изогнутость трубки не давала возможности микроорганизмам проникнуть с пылью из воздуха в колбу.

Бурное развитие микробиологии в XIX в. привело к открытию возбудителей многих инфекционных болезней (сибирская язва, чума, столбняк, дифтерия, дизентерия, холера, туберкулез и др.).

Наконец, в 1892 г. русский ботаник Д. И. Ивановский (1864. 1920) открыл вирусы - представителей царства vira. Эти живые существа проходили через фильтры, задерживающие бактерии, и поэтому были названы фильтрующимися вирусами. Вначале был открыт вирус, вызывающий заболевание табака, известное под названием «табачная мозаика», затем вирус ящура, желтой лихорадки и многие другие вирусы. Однако увидеть вирусные частицы стало возможным только после изобретения электронного микроскопа, так как в световые микроскопы вирусы не видны. К настоящему времени царство вирусов (vira) насчитывает до 1000 болезнетворных видов вирусов. Только за последнее время открыт ряд новых вирусов, в том числе вирус, вызывающий СПИД.

Несомненно, что период открытий новых вирусов и бактерий будет продолжаться. Открытие новых микроорганизмов сопровождалось изучением не только их строения, но и жизнедеятельности. Поэтому XIX в., особенно его вторую половину, принято называть физиологическим периодом в развитии микробиологии. Этот этап связан с именем Л. Пастера, который стал основоположником медицинской микробиологии, а также иммунологии и биотехнологии.

Разносторонне образованный, блестящий экспериментатор, член Французской медицинской академии, Л. Пастер сделал ряд выдающихся открытий. За короткий период с 1857 по 1885 г. он доказал, что брожение (молочнокислое, спиртовое, уксуснокислое) не является химическим процессом, а его вызывают микроорганизмы. Опроверг теорию самозарождения; открыл явление анаэробиоза, т.е. возможность жизни микроорганизмов в отсутствие кислорода. Заложил основы дезинфекции, асептики и антисептики; открыл способ предохранения от инфекционных болезней с помощью вакцинации.

Многие открытия Л. Пастера принесли человечеству огромную практическую пользу. Путем прогревания (пастеризации) были побеждены болезни пива и вина, молочнокислых продуктов, вызываемые микроорганизмами; для предупреждения гнойных осложнений ран введена антисептика; на основе принципов Л. Пастера разработаны многие вакцины для борьбы с инфекционными болезнями.

Однако значение трудов Л. Пастера выходит далеко за рамки только этих практических достижений. Л. Пастер вывел микробиологию и иммунологию на принципиально новые позиции, показал роль микроорганизмов в жизни людей, экономике, промышленности, инфекционной патологии, заложил принципы, по которым развиваются микробиология иммунология и в наше время.

Л. Пастер был, кроме того, выдающимся учителем и организатором науки. Пастеровский институт в Париже, основанный в 1888 г. на народные средства, до сих пор является одним из ведущих научных учреждений мира. Не случайно вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) открыт ученым этого института Л, Монтанье (одновременно с американцем Р. Галло).

Физиологический период в развитии Микробиологии связан также с именем немецкого ученого Роберта Коха, которому принадлежит разработка методов получения чистых культур бактерий, окраски бактерий при микроскопии, микрофотографии. Известна также сформулированная Р. Кохом триада Коха, которой до сих пор пользуются при установлении возбудителя болезни.

Работы Л. Пастера по вакцинации открыли новый этап в развитии микробиологии, по праву получивший название "иммунологического».

Принцип аттенуации (ослабления) микроорганизмов с помощью пассажей через восприимчивое животное или при выдерживании микроорганизмов в неблагоприятных условиях (температура, высушивание) позволил Л. Пастеру получить вакцины против бешенства, сибирской язвы, куриной холеры; этот принцип до настоящего времени используется при приготовлении вакцин. Следовательно, Л. Пастер является основоположником научной иммунологии, хотя и до него был известен метод предупреждения оспы путем заражения людей коровьей оспой, разработанный английским врачом Э. Дженнером. Однако этот метод не был распространен на профилактику других болезней.

После работ Л. Пастера появилось множество исследований, в которых пытались объяснить причины и механизмы формирования иммунитета после вакцинации. Выдающуюся роль в этом сыграли работы И. И. Мечникова и П. Эрлиха.

П. Эрлих - немецкий химик, выдвинул гуморальную (от лат. humor - жидкость) теорию иммунитета. Он считал, что иммунитет возникает в результате образования в крови антител, которые нейтрализуют яд. Подтверждением этому было открытие антитоксинов - антител, нейтрализующих токсины у животных, которым вводили дифтерийный или столбнячный токсин (Э. Беринг, С. Китазато). Однако исследования И. И. Мечникова (1845 - 1916) показали, что большую роль в формировании иммунитета играют особые клетки, макро- и микрофаги. Эти клетки поглощают и переваривают чужеродные частицы, в том числе бактерии. Исследования И. И. Мечникова по фагоцитозу убедительно доказали, что, помимо гуморального, существует клеточный иммунитет. И. И. Мечников, ближайший помощник и последователь Л. Пастера, заслуженно считается одним из основоположников иммунологии. Его работы положили начало изучению иммунокомпетентных клеток как морфологической основы иммунной системы, ее единства и биологической сущности. Иммунологический период характеризуется открытием основных реакций иммунной системы на генетически чужеродные вещества (антигены): антителообразование и фагоцитоз/гиперчувствительность замедленного типа (ГЗТ), гиперчувствительность немедленного типа (ГНТ), толерантность, иммунологическая память. ГЗТ и ГНТ, две реакции, лежащие в основе аллергии (от греч. allos - другой и ergon - действие), т. е. болезней характеризующихся определенными клиническими симптомами, вследствие нетипичной, извращенной реакции на антиген. Аллергические реакции могут возникать, например, на сывороточные препараты, антибиотики, животные и растительные белки, домашнюю пыль, пух, шерсть и т.д.

В 1915 г. русский врач М. Райский впервые наблюдал явления иммунологической памяти, т.е. быструю энергичную выработку антител на повторное введение того же антигена.

Впоследствии Ф. Вернет связал это с формированием в организме клеток памяти - Т-лимфоцитов - после первичной встречи с антигеном. В 1953 г. английский ученый П. Медавар и чешский ученый М. Гашек открыли явление толерантности, терпимости, устойчивости к антигену, т.е. состояния, при котором иммунная система не реагирует на антиген. Толерантность к собственным антигенам формируется в эмбриональном периоде, и ее можно искусственно создать, вводя антиген во время эмбрионального периода либо сразу после рождения ребенка или животного. Явление иммунологической толерантности используется в хирургии при решении проблемы пересадки органов и тканей.

Следует отметить также важность открытия в этот период антигенов нормальных органов и тканей человека и животных и индивидуальных, антигенных различий у людей и животных. Частым признаком этих антигенных различий являются индивидуальные группы крови у людей. Отечественный исследователь Л. А. Зильбер (1957) открыл антигены злокачественных опухолей, что явилось началом изучения противоопухолевого иммунитета.

В иммунологический период развития микробиологии был создан ряд теорий иммунитета: гуморальная теория П. Эрлиха, фагоцитарная теория И. И. Мечникова, теория идиотипических взаимодействий Н. Ерне гипофизарно-гипоталамо-адреналовая теория регуляции иммунитета П. Ф. Здродовского и др. Однако, наиболее приемлемой для объяснения многих явлений и механизмов иммунитета остается клонально-селекционная теория, созданная австралийским иммунологом Ф. Бернетом (1899 - 1986). Американский ученый С. Танегава разработал генетические аспекты этой теории.

Особенно бурное развитие получили микробиология и иммунология в 50-60-е годы нашего столетия. Этому способствовали следующие причины

· важнейшие открытия в области молекулярной биологии, генетики, биоорганической химии;

· появление таких новых наук, как генетическая инженерия, биотехнология, информатика;

· создание новых методов и научной аппаратуры, позволяющих глубже проникать в тайны живой природы.

Таким образом, с 50-х годов в развитии микробиологии и иммунологии начался молекулярно-генетический период, который характеризуется рядом принципиально важных научных достижений и открытий. К ним относятся:

· расшифровка молекулярной структуры и молекулярно-биологической организации многих вирусов и бактерий; открытие простейших форм жизни, «инфекционного белка» приона;

· расшифровка химического строения и химический синтез некоторых антигенов. Например, химический синтез лизоцима, пептидов вируса СПИДа (Р. В. Петров, В. Т. Иванов и др.);

· открытие новых антигенов, например опухолевых (Л. А. Зильбер и др.), антигенов гистосовместимости (HLA-система);

· расшифровка строения антител-иммуноглобулинов;

· разработка метода культур животных и растительных клеток и их выращивания в промышленных масштабах с целью получения вирусных антигенов;

· получение рекомбинантных бактерий и рекомбинантных вирусов. Синтез отдельных генов вирусов и бактерий. Получение рекомбинантных штаммов бактерий и вирусов, сочетающих свойства родительских особей или приобретающих новые свойства;

· создание гибридом путем слияния иммунных В-лимфоцитов, продуцентов антител и раковых клеток с целью получения моноклональных антител

· открытие иммуномодуляторов, иммуноцитокинов (интерлейкины, интерфероны, миелопептиды и др.), эндогенных природных регуляторов иммунной системы и их использование для профилактики и лечения различных болезней;

· получение вакцин (вакцина гепатита В, малярии, антигенов ВИЧ и других антигенов), биологически активных пептидов (интерфероны, интерлейкины, ростовые факторы и др.) с помощью методов биотехнологии и приемов генетической инженерии;

· разработка синтетических вакцин на основе природных или синтетических антигенов и их фрагментов, а также искусственного носителя. адъюванта (помощника). стимулятора иммунитета;

· изучение врожденных и приобретенных иммунодефицитов, их роли в иммунопатологии и разработка иммунокорригирующей терапии. Открытие вирусов, вызывающих иммунодефициты;

· разработка принципиально новых способов диагностики инфекционных и неинфекционных болезней (иммуноферментный, радиоиммунный анализы, иммуноблоттинг, гибридизация нуклеиновых кислот). Создание на основе этих способов тест-систем для индикации, идентификации микроорганизмов, диагностики инфекционных и неинфекционных болезней (опухоли, сердечно-сосудистые, аутоиммунные, эндокринные и др.), а также выявления нарушений при некоторых состояниях (беременность, переливание крови, пересадка органов и т.д.)

Теории иммунитета. Разработка теорий иммунитета. Фагоцитарная теория иммунитета. И. И. Мечников

Выявление роли патогенных микроорганизмов в развитии инфекционных болезней, возможность искусственного создания невосприимчивости подтолкнули к изучению факторов защиты организма от инфекционных агентов.

Пастер предложил теорию исчерпанной силы; согласно этой теории «невосприимчивость» представляет состояние, при котором организм человека (как питательная среда) не поддерживает развитие микробов.

Однако автор быстро понял, что его теория не может объяснить ряд наблюдений. В частности, Пастер показал, что если заразить курицу сибирской язвой и держать её ноги в холодной воде, то у неё развивается заболевание (в обычных условиях куры невосприимчивы к сибирской язве). Развитие феномена обусловливало снижение температуры тела на 1-2 °С, то есть ни о каком исчерпывании питательной среды в организме речь идти не могла.

Фагоцитарная теория иммунитета. И. И. Мечников

В 1883 г. появилась теория иммунитета, опирающаяся на эволюционное учение Чарлза Дарвина и основанная на изучении пищеварения у животных, располагающихся на разных ступенях биологического развития. Автор новой теории, И. И. Мечников, обнаружил сходство внутриклеточного переваривания веществ у амёб, клеток энтодермы кишечнополостных и некоторых клеток мезенхимного происхождения (моноцитов крови, тканевых макрофагов). Мечников ввёл термин «фагоциты» от греч. phages, поедать, + kytos, клетка, а позднее предложил разделять их на микрофаги и макрофаги. Такому разделению способствовали и достижения П. Эрлиха, дифференцировавшего посредством окраски несколько типов лейкоцитов. В классических работах по сравнительной патологии воспаления И. И. Мечников доказал роль фагоцитирующих клеток в элиминации патогенов. В 1901 г. в Париже вышел его монументальный итоговый труд «Невосприимчивость в инфекционных болезнях».

Значительный вклад в распространение фагоцитарной теории внесли работы Э. Ру и учеников И. И. Мечникова (A.M. Безрёдка, И. Г. Савченко, Л. А. Тарасёвич, Ф. Я. Чистович, В. И. Исаев).

И. И. Мечников (1845―1916)

Выдающийся русский ученый. В 1882 г. на съезде русских естествоиспытателей и врачей Мечников произнес знаменитую речь «О защитных силах организма», в которой дал глубокое научное обоснование невосприимчивости организма к инфекционным болезням. Эта теория называется фагоцитарной теорией иммунитета. В основу формирования этой теории легли его наблюдения за внутриклеточным пищеварением у различных морских животных (медуз, губок, моллюсков и др.). Мечников открыл в теле этих животных особые, «блуждающие» клетки, которые встречают, захватывают и пожирают поступающие в организм все инородные тела, в том числе различные микробы. Он назвал, «блуждающие» клетки фагоцитами, т. е. клетками-пожирателями.

Мечников подчеркивал, что фагоциты защищают организм и в результате их активности вырабатывается невосприимчивость к инфекционным заболеваниям. Бессмертное учение о невосприимчивости организма и его биологическая теория иммунитета открыли новый этап в развитии медицины. За это открытие в 1908 г. И. И. Мечникову была присуждена Нобелевская премия.

Шарль Никколь образно назвал Мечникова «поэтом микробиологии», которому принадлежит заслуга в разработке учения об антагонизме микробов, ставшего теоретической основой для получения антибиотиков ―препаратов, применяемых для лечения ряда инфекционных болезней. Мечникову также принадлежат оригинальные исследования по экспериментальному сифилису и холере.

Мечников занимался изучением причин возникновения старости. Считая, что «старость есть болезнь, которую надо лечить», он указывал, что она развивается под влиянием хронической интоксикации организма, вызываемой продуктами жизнедеятельности представителей кишечной микрофлоры. К таким продуктам он относил индол, фенол, скатол. Для вытеснения гнилостных бактерий Мечников предложил пищевой рацион преимущественно из овощей, фруктов и кислого молока, в которых содержатся молочнокислые бактерии, являющиеся антагонистами гнилостных бактерий.

Имя И. И. Мечникова пользуется всенародным признанием. Советское правительство учредило золотую медаль и премию имени Мечникова, которая присуждается за лучшие работы в области биологии

Нельзя не отметить и работы М. М. Тереховского (1740-1796). С 1770 г. Тереховский около пяти лет работал за границей, в Страсбургском университете, который славился медицинской школой. Здесь Тереховский защитил докторскую диссертацию - свой главный научный труд. Диссертация называлась «Царство тьмы инфузорий Линнея». В ней была поставлена задача исследовать природу и пути возникновения микроскопических существ в различных настоях. На основании большого числа опытов ученый пришел к заключению, что «анималькули» - живые существа. Они гибнут от высоких температур, ядов и электрического тока. Самым главным заключением было положение о невозможности самозарождения «анималькулей», что противоречило взгляду многих ученых того времени. Тереховский писал, что известное положение Гарвея (1578-1651) - «все живое из яйца» - приобретает силу аксиомы.

По возвращении в Россию Тереховский работал в медицинских учебных заведениях. В 1782 г. он был утвержден в звании профессора Петербургского генерального сухопутного госпиталя и директора Ботанического сада (ныне Ботанический институт АН СССР).

В 1835 г. на основе накопившихся к этому времени фактов К. Эренберг выпустил книгу с весьма знаменательным заголовком: «Инфузории как совершенные организмы». Он разделил низшие существа на 22 класса. К книге прилагался атлас инфузорий, многие из которых были подробно описаны и названы по бинарной номенклатуре. Три класса включали в себя бактерии.



МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра Санитарно-гигиенических и профилактических дисциплин

ЧЕСТНОВА Т.В., СМОЛЬЯНИНОВА О.Л.

МЕДИЦИНСКАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ, ВИРУСОЛОГИЯ

И ИММУНОЛОГИЯ

(Учебно-практическое пособие для студентов медицинских вузов).

ТУЛА – 2008

УДК 576.8

Рецензенты:…………

Медицинская микробиология, вирусология и иммунология: Учебно-практическое пособие / Под ред. М422 Т.В. Честновой, О.Л. Смольяниновой, –….., 2008. - ….с.

Учебно-практическое пособие написано сотрудниками кафедры санитарно-гигиенических и профилактических дисциплин Тульского государственного университета в соответствии с официально утвержденными программами преподавания микробиологии (бактериологии, вирусологии, микологии, протозоологии) и иммунологии для студентов медицинских вузов всех факультетов.

В учебно-практическом пособии дается описание бактериологической лаборатории, излагаются микроскопические методы исследования, основы приготовления питательных сред, содержатся сведения о морфологии, систематике и физиологии бактерий, грибов, простейших и вирусов. Также дается характеристика различных патогенных микроорганизмов, вирусов и методы их лабораторных исследований.

ОБЩАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ

Введение………………………………………………………………………………………………

Краткая история развития микробиологии…………………………………………………………

Тема 1. Морфология и классификация микроорганизмов………………………………………..

1.1. Микробиологические лаборатории, их оборудование, основы техники безопасности и правила работы в них………………………………………………………………………………..

1.2. Строение и классификация микроорганизмов…………………………………………………

1.3. Строение и классификация бактерий (прокариот)…………………………………………….

1.4. Строение и классификация грибов……………………………………………………………..

1.5. Строение и классификация простейших……………………………………………………….

1.6. Строение и классификация вирусов……………………………………………………………

Тест по теме…………………………………………………………………………………………..

Тема 2. Микроскопия………………………………………………………………………………..

2.1. Микроскопы, их устройство, виды микроскопии, техника микроскопирования микроорганизмов, правила обращения с микроскопом………………………………………………………….

2.2. Методы приготовления и окрашивания микроскопических препаратов……………………..

Тест по теме…………………………………………………………………………………………….

Тема 3. Физиология микроорганизмов……………………………………………………………….

3.1. Рост и размножение бактерий. Фазы размножения…………………………………………….

3.2.Питательные среды, принципы их классификации, требования, предъявляемые к питательным средам, методы культивирования микроорганизмов…………………………………………..

3.3. Питание бактерий………………………………………………………………………………….

3.4. Метаболизм бактериальной клетки……………………………………………………………….

3.5. Виды пластического обмена………………………………………………………………………

3.6. Принципы и методы выделения чистых культур. Ферменты бактерий, их идентификация. Внутривидовая идентификация (эпидемиологическое маркирование)……………………………..

3.7. Особенности физиологии грибов, простейших, вирусов и их культивирование………………

3.8. Бактериофаги, их строение, классификация и применение……………………………………..

Тест по теме……………………………………………………………………………………………

Тема 4. Влияние условий внешней среды на микроорганизмы……………………………………..

4.1. Действие физических, химических и биологических факторов на микроорганизмы………….

4.2. Понятие о стерилизации, дезинфекции, асептике и антисептике. Методы стерилизации, аппаратура. Контроль качества дезинфекции…………………………………………………………..

Тема 5. Нормальная микрофлора организма человека……………………………………………….

5.1. Нормофлора, ее значение для микроорганиз. Понятие о транзиторной флоре, дисбиотических состояниях, их оценка, методы коррекции……………………………………………………..

Тема 6. Генетика микробов. …………………………………………………………………………..

6.1. Строение генома бактерий. Фенотипическая и генотипическая изменчивость. Мутации. Модификации.…………………………………………………………………………………………..

Генетические рекомбинайии микроорганизмов. Основы генной инженерии, практическое применение………………………………………………………………………………………………….

Тест по теме……………………………………………………………………………………………..

Тема 7. Противомикробные препараты……………………………………………………………….

7.1. Антибиотики природные и синтетические. Классификация антибиотиков по химической структуре, механизму, спектру и типу действия. Способы получения…………………………….

7.2. Лекарственная устойчивость бактерий, пути ее преодоления. Методы определения чувствительности к антибиотикам……………………………………………………………………………..

Тема 8. Учение об инфекции…………………………………………………………………………..

8.1. Понятие об инфекции. Формы инфекции и периоды инфекционных заболеваний. Патогенность и вирулентность. Факторы патогенности. Токсины бактерий, их природа, свойства, получение…………………………………………………………………………………………………….

8.2. Понятие об эпидемиологическом надзоре за инфекционным процессом. Понятие о резервуаре, источнике инфекции, путях и факторах передачи……………………………………………

Тест по теме……………………………………………………………………………………………..

ОБЩАЯ ИММУНОЛОГИЯ…………………………………………………………………………….

Тема 9. Иммунология……………………………………………………………………………………

9.1. Понятие об иммунитете. Виды иммунитета. Неспецифические факторы защиты…………….

9.2. Центральные и периферические органы иммунной системы. Клетки иммунной системы. Формы иммунного ответа………………………………………………………………………………

9.3. Комплемент, его структура, функции, пути активации. Роль в иммунитете…………………..

9.4. Антигены, их свойства и типы. Антигены микроорганизмов…………………………………..

9.5. Антитела и антителообразование. Структура иммуноглобулинов. Классы иммуноглобулинов и их свойства ………………………………………………………………………………………

96. Серологические реакции и их применение……………………………………………………….

9.7. Иммунодефицитные состояния. Аллергические реакции. Иммунологическая память. Иммунологическая толерантность. Аутоиммунные процессы……………………………………………

9.8. Иммунопрофилактика, иммунотерапия…………………………………………………………..

ЧАСТНАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ……………………………………………………………………….

Тема 10. Возбудители кишечных инфекций………………………………………………………….

10.1. Сальмонеллы……………………………………………………………………………………..

10.2. Шигеллы………………………………………………………………………………………….

10.3. Эшерихии………………………………………………………………………………………….

10.4. Холерный вибрион……………………………………………………………………………….

10.5. Иерсинии ………………………………………………………………………………………….

Тема 11. Пищевые токсикоинфекции. Пищевые токсикозы…………………………………………

11.1. Общая характеристика и возбудители ПТИ…………………………………………………….

11.2. Ботулизм…………………………………………………………………………………………..

Тема 12. Возбудители гнойно-воспалительных заболеваний………………………………………

12.1. Патогенные кокки (стрептококки, стафилококки)……………………………………………..

12.2. Грамотрицательные бактерии (гемофильная, синегнойная палочки, клебсиеллы, протей)…

12.3. Раневые анаэробные клостридиальные и неклостридиальные инфекции……………………

Тема 13. Возбудители бактериальных воздушно-капельных инфекций…………………………….

13.1. Коринебактерии……………………………………………………………………………………

13.2. Бордетеллы…………………………………………………………………………………………

13.3. Менингококки……………………………………………………………………………………..

13.4. Микобактерии……………………………………………………………………………………..

13.5. Легионеллы………………………………………………………………………………………..

Тема 14. Возбудители заболеваний, передающихся половым путем (ЗППП)………………………

14.1. Хламидии…………………………………………………………………………………………..

14.2. Возбудитель сифилиса…………………………………………………………………………….

14.3. Гонококки………………………………………………………………………………………….

Тема 15. Возбудители риккетсиозов…………………………………………………………………..

Тема 16. Возбудители бактериальных зооантропонозных инфекций……………………………….

16.1. Франциселлы………………………………………………………………………………………

16.2. Бруцеллы………………………………………………………………………………………….

16.3.Возбудитель сибирской язвы……………………………………………………………………..

16.4. Возбудитель чумы…………………………………………………………………………………

16.5. Лептоспиры………………………………………………………………………………………..

Тема 17. Патогенные простейшие……………………………………………………………………..

17.1. Плазмодии малярии……………………………………………………………………………….

17.2. Токсоплазмы……………………………………………………………………………………….

17.3. Лейшмании………………………………………………………………………………………..

17.4. Возбудитель амебиаза…………………………………………………………………………….

17.5. Лямблии……………………………………………………………………………………………

Тема 18. Заболевания, вызываемые патогенными грибами ………………………………………..

ЧАСТНАЯ ВИРУСОЛОГИЯ…………………………………………………………………………..

Тема 19.Возбудители ОРВИ……………………………………………………………………………

19.1. Вирусы гриппа…………………………………………………………………………………….

19.2. Парагрипп. РС-вирусы……………………………………………………………………………

19.3. Аденовирусы………………………………………………………………………………………

19.4. Риновирусы………………………………………………………………………………………..

19.5. Реовирусы………………………………………………………………………………………….

Тема 20. Возбудители вирусных воздушно-капельных инфекций…………………………………..

20.1. Вирусы кори и паротита…………………………………………………………………………..

20.2. Вирус герпеса……………………………………………………………………………………...

20.3. Вирус краснухи……………………………………………………………………………………

Тема 21. Поксивирусы………………………………………………………………………………….

21.1. Возбудитель натуральной оспы………………………………………………………………….

Тема 22. Энтеровирусные инфекции…………………………………………………………………..

22.1. Вирус полиомиелита………………………………………………………………………………

22.2. ЕСНО-вирусы. Вирусы Коксаки…………………………………………………………………

Тема 23. Ретровирусы……………………………………………………………………………….......

23.1. Возбудитель ВИЧ-инфекции……………………………………………………………………..

Тема 24. Арбовирусные инфекции…………………………………………………………………….

24.1.Рабдовирусы……………………………………………………………………………………….

24.2. Флавивирусы………………………………………………………………………………………

24.3. Хантавирусы……………………………………………………………………………………….

Тема 25. Возбудители вирусных гепатитов……………………………………………………………

25.1. Вирус гепатита А………………………………………………………………………………….

25.2. Вирус гепатита В…………………………………………………………………………………..

25.3. Вирус гепатита С…………………………………………………………………………………..

ЧАСТЬ ПЕРВАЯ. ОБЩАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ

Введение.

Микробиология – наука, которая изучает микроскопические существа, называемые микроорганизмами, их биологические признаки, систематику, экологию, взаимоотношение с другими организмами.

К числу микроорганизмов относятся бактерии, актиномицеты, грибы, в том числе мицелиальные грибы, дрожжи, простейшие и неклеточные формы – вирусы, фаги.

Микроорганизмы играют чрезвычайно важную роль в природе – осуществляют круговорот органических и неорганических (N, P, S и др.) веществ, минерализуют растительные и животные остатки. Но могут приносить большой вред – вызывая порчу сырья, пищевых продуктов, органических материалов. При этом могут образовываться токсические вещества.

Многие виды микроорганизмов являются возбудителями болезней человека, животных и растений.

В тоже время микроорганизмы в настоящее время широко используются в народном хозяйстве: с помощью разных видов бактерий и грибов получают органические кислоты (уксусную, лимонную и др.), спирты, ферменты, антибиотики, витамины, кормовые дрожжи. На основе микробиологических процессов работают хлебопечение, виноделие, пивоварение, производство молочных продуктов, квашение плодов и овощей, а также другие отрасли пищевой промышленности.

В настоящее время микробиология подразделяется на следующие разделы:

Медицинская микробиология – изучает патогенные микроорганизмы, вызывающие заболевания человека и разрабатывает методы диагностики, профилактики и лечения этих болезней. Изучает пути и механизмы их распространения и методы борьбы с ними. К курсу медицинской микробиологии примыкает обособленный курс – вирусология.

Ветеринарная микробиология изучает патогенные микроорганизмы, вызывающие заболевания животных.

Биотехнология рассматривает особенности и условия развития микроорганизмов, используемых для получения соединений и препаратов, используемых в народном хозяйстве и медицине. Она разрабатывает и совершенствует научные методы биосинтеза ферментов, витаминов, аминокислот, антибиотиков и других биологически активных веществ. Перед биотехнологией стоит также задача разработки мер предохранения сырья, продуктов питания, органических материалов от порчи микроорганизмами, исследование процессов, протекающих при их хранении и переработке.

Почвенная микробиология изучает роль микроорганизмов в образовании и плодородии почвы, в питании растений.

Водная микробиология исследует микрофлору водоемов, ее роль в пищевых цепях, в круговороте веществ, в загрязнении и очистке питьевой и сточной вод.

Генетика микроорганизмов, как одна из наиболее молодых дисциплин, - рассматривает молекулярные основы наследственности и изменчивости микроорганизмов, закономерности процессов мутагенеза, разрабатывает методы и принципы управления жизнедеятельностью микроорганизмов и получения новых штаммов для использования их в промышленности, сельском хозяйстве и медицине.

Краткая история развития микробиологии.

Заслуга открытия микроорганизмов принадлежит голландскому натуралисту А. Левенгуку (1632-1723г.г.), создавшему первый микроскоп с увеличением в 300 раз. В 1695г. он издал книгу «Тайны природы» с рисунками кокков, палочек, спирилл. Это вызвало большой интерес среди естествоиспытателей. Состояние науки того времени позврляло только описывать новые виды (морфологический период).

Начало физиологического периода связано с деятельностью великого французского ученого Луи Пастера (1822-1895г.г.). С именем Пастера связаны наиболее крупные открытия в облати микробиологии: исследовал природу брожения, установил возможность жизни без кислорода (анаэробиоз), отверг теорию самозарождения, исследовал причины порчи вин, пива. Предложил действенные способы борьбы с возбудителями порчи продуктов (пастеризация), разработал принцип вакцинации и способюы получения вакцин.

Р.Кох, современник Пастера, ввел посевы на плотные питательные среды, подсчет микроорганизмов, выделение чистых культур, стерилизацию материалов.

Иммунологический период в развитии микробиологии связан с именем российского биолога И.И. Мечникова, который открыл учение о невосприимчивости организма к инфекционным заболеваниям (иммунитет), явился родоначальником фагоцитарной теории иммунитета, раскрыл антагонизм у микробов. Одновременно с И.И. Мечниковым механизмы невосприимчивости к инфекционным болезням изучал крупнейший немецкий исследователь П. Эрлих, создавший теорию гуморального иммунитета.

Гамалея Н.Ф. – основоположник иммунологии и вирусологии, открыл бактериофагию.

Д.И. Ивановский впервые открыл вирусы и стал основоположником вирусологии. Работая в Никитском ботаническом саду над изучением мозаичной болезни табака, причинявшей огромный ущерб табачным плантациям, в 1892г. установил, что эта болезнь, распространенная в Крыму, вызывается вирусом.

Н.Г. Габричевский организовал первый бактериологический институт в Москве. Ему принадлежат труды по исследованию скарлатины, дифтерии, чумы и других инфекций. Он организовал в Москве производство противодифтерийной сыворотки и успешно применил ее для лечения детей.

П.Ф. Здродовский – иммунолог и микробиолог, известный своими фундаментальными работами по физиологии иммунитета, а также в области риккетсиологии и по бруцеллезу.

В.М. Жданов – крупнейший вирусолог, один из организаторов глобальной ликвидации натуральной оспы на планете, стоявший у истоков молекулярной вирусологии и генной инженерии.

М.П. Чумаков – иммунобиотехнолог и вирусолог, организатор института полиомиелита и вирусных энцефалитов, автор пероральной вакцины против полиомиелита.

З.В. Ермольева – основоположник отечественной антибиотикотерапии

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

Кафедра биологии

РЕФЕРАТ

По дисциплине: «Биология и развитие микроорганизмов и вирусов»

На тему: «История развития микробиологии»

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

Усть-Каменогорск, 2011

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

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

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

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

ВВЕДЕНИЕ

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

1.ОТКРЫТИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ

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

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

2.1. Развитие представлений о природе процессов брожения и гниения

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

2.2.Развитие представлений о микробной природе инфекционных заболеваний

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

3. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЙ ПЕРИОД (ПАСТЕРОВСКИЙ) (ВТОРАЯ ПОЛОВИНА 19 ВЕКА)

3.1. Научная деятельность Луи Пастера

Начало физиологического периода относится к 60-м годам 19 века и связано с деятельностью выдающегося французского ученого, химика по специальности, Луи Пастера (1822-1895). Микробиология обязана Пастеру не только своим бурным развитием, но и становлением как науки. С именем Пастера связаны наиболее крупные открытия, принесшие ему мировую известность: брожение (1857), самопроизвольное зарождение (1860), болезни вина и пива (1865), болезни шелковичных червей (1868), инфекция и вакцины (1881), бешенство (1885).
Пастер свою научную деятельность начал с работ по кристаллографии. Им было обнаружено, что при перекристаллизации солей оптически неактивной рацемической винной кислоты образуется два типа кристаллов. Раствор, приготовленный из кристаллов одного типа, вращает плоскость поляризованного света вправо, из кристаллов другого типа – влево. Далее Пастером было обнаружено, что плесневый гриб, выросший в растворе рацемической винной кислоты, потребляет только одну из изомерных форм (правовращающую). Это наблюдение позволило Пастеру сделать вывод о специфическом воздействии микроорганизмов на субстраты и послужило теоретической основой для последующего изучения физиологии микроорганизмов. Наблюдения Пастера над низшим плесневым грибком привлекли его внимание к микроорганизмам вообще.
В 1854 г. Пастер получил должность штатного профессора в университете г. Лилля. Именно здесь он начал свои микробиологические исследования, положившие начало микробиологии как самостоятельной научной дисциплине.
Поводом для начала изучения процессов брожения послужило обращение к Пастеру лилльского фабриканта с просьбой помочь выяснить причины систематических неудач в сбраживании свекловичного сока для получения спирта. Результаты исследований, опубликованные в конце 1857 г., с несомненностью доказывали, что процесс спиртового брожения является результатом жизнедеятельности определенной группы микроорганизмов – дрожжей и происходит в условиях без доступа воздуха.
Почти одновременно с изучением спиртового брожения Пастер приступил к изучению молочнокислого брожения и также показал, что этот вид брожения вызывается микроорганизмами, названными им «молочнокислыми дрожжами». Итоги исследований Пастер изложил в опубликованных работах «Мемуар о молочнокислом брожении».
Действительно, результаты исследований Пастера - не просто новые научные данные, это смелое опровержение господствовавшей тогда теории физико-химической природы брожения, поддерживаемой и отстаиваемой крупнейшими научными авторитетами того времени: И. Берцелиусом, Э. Митчерлихом, Ю. Либихом. Молочнокислое брожение – наиболее простой «химический» процесс распада молекулы сахара на две триозы, и доказательство того, что этот распад связан с жизнедеятельностью микроскопических организмов, являлось весомым аргументом, поддерживающим теорию биологической природы брожений.
Вторым аргументом в поддержку биологической природы брожений было экспериментальное доказательство Пастером возможности осуществлять спиртовое брожение на среде, не содержащей белка. Согласно химической теории брожения последнее есть результат каталитической активности «фермента», которым является вещество белковой природы.
Изучение маслянокислого брожения привело Пастера к выводу, что жизнь некоторых микроорганизмов не только может протекать в отсутствие свободного кислорода, но последний вреден для них. Результаты этих наблюдений были опубликованы в 1861 г. в сообщении, озаглавленном «Анималькули-инфузории, живущие без свободного кислорода и вызывающие брожение». Обнаружение отрицательного влияния свободного кислорода на процесс маслянокислого брожения было, пожалуй, последним моментом, полностью опровергавшим теорию химической природы брожений, поскольку именно кислороду отводилась роль соединения, дававшего первый толчок к внутреннему движению белковым частицам «фермента». Серией исследований в области брожений Пастер убедительно доказал несостоятельность химической теории брожений, вынудив своих противников признать их заблуждения. За работы по исследованию анаэробиоза в 1861 г. Пастер получил премию французской Академии наук и медаль Лондонского Королевского общества. Итог двадцатилетним исследованиям в области брожений был подведен Пастером в «Исследовании о пиве, его болезнях, их причинах, способах сделать его устойчивым, с приложением новой теории брожения» (1876).
В 1865 г. французское правительство обратилось к Пастеру с просьбой помочь шелководам, терпевшим большие убытки из-за болезней шелковичных червей. Около пяти лет посвятил Пастер изучению этого вопроса и пришел к выводу, что болезни шелковичных червей вызываются определенными микроорганизмами. Пастер детально изучил течение болезни – пебрины шелковичных червей и разработал практические рекомендации по борьбе с заболеванием: он предложил искать под микроскопом в телах бабочек и куколок возбудителей заболевания, отделять заболевшие особи и уничтожать их и т.д.
Установив микробную природу инфекционных заболеваний шелковичных червей, Пастер пришел к мысли, что болезни животных и человека также обусловлены воздействием микроорганизмов. Первой его работой в этом направлении было доказательство того, что родильная горячка, широко распространенная в описываемый период, вызывается определенным микроскопическим возбудителем. Пастер выявил возбудителя горячки, показал, что причина ее – пренебрежение правилами антисептики со стороны медицинского персонала, и разработал методы защиты от проникновения возбудителя в организм.
Дальнейшие работы Пастера в области изучения инфекционных заболеваний привели к открытию им возбудителей куриной холеры, остеомиелита, гнойных абсцессов, одного из возбудителей газовой гангрены. Таким путем Пастер показал и доказал, что каждое заболевание порождается специфическим микроорганизмом.
В 1879 г. при изучении куриной холеры Пастер разработал метод получения культур микробов, которые утрачивают способность быть возбудителем заболевания, т. е. теряют вирулентность, и использовал это открытие для предохранения организма от последующего заражения. Последнее легло в основу создания теории иммунитета.
Изучение инфекционных болезней Пастером сочеталось с разработкой мер для активной борьбы с ними. На основе методики получения ослабленных культур вирулентных микроорганизмов, названных «вакцинами», Пастер нашел способы борьбы с сибирской язвой и бешенством. Вакцины Пастера получили всемирное распространение. Учреждения, где проводятся прививки против бешенства, в честь Пастера названы Пастеровскими станциями.
Работы Пастера были по достоинству оценены его современниками и получили международное признание. В 1888 г. для Пастера на средства, собранные по международной подписке, был построен в Париже научно-исследовательский институт, носящий в настоящее время его имя. Пастер был первым директором этого института. Открытия Л.Пастера показали, как разнообразен, необычен, активен невидимый простым глазом микромир и какое огромное поле деятельности представляет его изучение.

3.2. Развитие микробиологии во второй половине 19 века

Оценивая успехи, достигнутые микробиологией во второй половине 19 века, французский исследователь П.Теннери в работе «Исторический очерк развития естествознания в Европе» писал: «Перед лицом бактериологических открытий история других естественных наук за последние десятилетия 19 столетия кажется несколько бледней».
Успехи микробиологии в этот период непосредственно связаны с новыми идеями и методическими подходами, внесенными в микробиологические исследования Л.Пастером. В числе первых, кто оценил значение открытий Пастера, был английский хирург Дж. Листер, он понял, что причина большого процента смертных случаев после операций – во-первых, заражение ран бактериями из-за незнания и, во-вторых, несоблюдения элементарных правил антисептики.
Одним из основоположников медицинской микробиологии наряду с Пастером явился немецкий микробиолог Р.Кох (1843-1910), занимавшийся изучением возбудителей инфекционных заболеваний. Свои исследования Кох начал еще будучи сельским врачом с изучения сибирской язвы и в 1877 г. опубликовал работу, посвященную возбудителю этого заболевания – Bacillus anthracis. Вслед за этим внимание Коха привлекла другая тяжелая и широко распространенная болезнь того времени – туберкулез. В 1882 г. Кох сообщил об открытии возбудителя туберкулеза, который в его честь был назван «палочкой Коха». (В 1905 г. за исследование туберкулеза Коху была присуждена Нобелевская премия.) Коху принадлежит также открытие в 1883 г. возбудителя холеры.
Большое внимание Кох уделял разработке микробиологических методов исследования. Он сконструировал осветительный аппарат, предложил метод микрофотографирования бактерий, разработал приемы окрашивания бактерий анилиновыми красителями и предложил способ выращивания микроорганизмов на твердых питательных средах с использованием желатины. Получение бактерий в виде чистых культур открыло новые подходы для более углубленного изучения их свойств и послужило толчком для дальнейшего бурного развития микробиологии. Были выделены чистые культуры возбудителей холеры, туберкулеза, дифтерии, чумы, сапа, крупозного воспаления легких.
Кох экспериментально обосновал выдвинутые ранее Ф. Генле положения о распознавании инфекционных заболеваний, которые вошли в науку под названием «триада Генле-Коха» (позднее, правда, оказалось, что она приложима не для всех возбудителей инфекций).
Родоначальником русской микробиологии является Л. Ценковский (1822-1887). Объектом его исследований были микроскопические простейшие, водоросли, грибы. Он открыл и описал большое число простейших, изучал их морфологию и циклы развития. Это позволило ему сделать вывод об отсутствии резкой границы между миром растений и животных. Им также была организована одна из первых Пастеровских станций в России и предложена вакцина против сибирской язвы («живая вакцина Ценковского»).
С именем И. Мечникова (1845-1916) связано развитие нового направления в микробиологии – иммунологии. Впервые в науке Мечниковым была разработана и экспериментально подтверждена биологическая теория иммунитета, вошедшая в историю как фагоцитарная теория Мечникова. В основу этой теории положено представление о клеточных защитных приспособлениях организма. Мечников в опытах на животных (дафниях, личинках морской звезды) доказал, что лейкоциты и другие клетки мезодермального происхождения обладают способностью захватывать и переваривать чужеродные частицы (в т.ч. и микробов), попадающие в организм. Это явление, названное фагоцитозом, легло в основу фагоцитарной теории иммунитета и получило всеобщее признание. Развивая далее поднятые вопросы, Мечников сформулировал общую теорию воспаления как защитную реакцию организма и создал новое направление в иммунологии – учение об антигенной специфичности. В настоящее время оно приобретает все большее значение в связи с разработкой проблемы пересадки органов и тканей, изучения иммунологии рака.
К числу важнейших работ Мечникова в области медицинской микробиологии относятся исследования патогенеза холеры и биологии холероподобных вибрионов, сифилиса, туберкулеза, возвратного тифа. Мечников является основоположником учения о микробном антагонизме, послужившем основой для развития науки об антибиотикотерапии. Идея о микробном антагонизме была использована Мечниковым при разработке проблемы долголетия. Изучая явление старения организма, Мечников пришел к заключению. Что важнейшей причиной его является хроническое отравление организма продуктами гниения, вырабатываемыми в толстом кишечнике гнилостными бактериями.
Практический интерес представляют ранние работы Мечникова по использованию гриба Isaria destructor для борьбы с вредителем полей – хлебным жуком. Они дают основание считать Мечникова основоположником биологического метода борьбы с вредителями сельскохозяйственных растений, метода, который в наши дни находит все более широкое применение и популярность.
Таким образом, И.И. Мечников – выдающийся русский биолог, сочетавший качества экспериментатора, педагога и пропагандиста научных знаний, был человеком великого духа и труда, высшей наградой которого явилось присвоение ему в 1909 г. Нобелевской премии за исследования по фагоцитозу.
Одним из крупнейших ученых в области микробиологии является друг и соратник И. Мечникова Н.Ф. Гамалея (1859-1949). Всю свою жизнь Гамалея посвятил изучению инфекционных болезней и разработке мер борьбы с их возбудителями. Гамалея внес крупнейший вклад в изучение туберкулеза, холеры, бешенства, в 1886 г. вместе с И. Мечниковым организовал в Одессе первую пастеровскую станцию и ввел в практику прививки против бешенства. Он открыл птичий вибрион – возбудителя холероподобного заболевания птиц – и в честь Ильи Ильича назвал его вибрионом Мечникова. Затем была получена вакцина против холеры человека.
и т.д.................