Краткая история развития микробиологии

Не зная о существовании микроорганизмов, человек с древ­нейших времен сталкивался с такими проявлениями их жизнедея­тельности, как гниение, брожение, инфекционные заболевания. Еще в неолите люди использовали процессы брожения для обработки пищевых продуктов, что явилось предпосылкой развития виноде­лия, пиво - и сыроварения.

Стремясь понять природу инфекционных болезней, ученые древности, такие, как Гиппократ, Лукреций, Гален, высказывали предположение о живой природе заразных болезней. Например, Гип­пократ настойчиво проводил мысль о том, что причиной эпидемий являются особые болезнетворные испарения - миазмы. Ибн-Сина (Авиценна) также считал, что причиной заразных болез­ней являются невидимые глазом мельчайшие живые существа, пе­редающиеся через воду, воздух, продукты питания. Однако все эти догадки на протяжении столетий считались еретическими, поэто­му в странах Европы и Азии во времена средневековья свиреп­ствовали эпидемии чумы, проказы, оспы, холеры, сыпного тифа и других инфекционных заболеваний.

Появление микробиологии как науки стало возможным в эпо­ху Возрождения, благодаря развитию механики, оптики, химии и медицины. Развитие оптики привело к тому, что в 1590 году в Гол­ландии в г. Миддельбурге шлифовальщики стекол Ганс и Захарий Янсены впервые сконструировали прибор из увеличительных сте­кол, который позволял рассматривать очень мелкие предметы. В 1609-1610 годах Галилео Галилеем (1564-1642) был изготовлен пер­вый простой микроскоп. Позднее, в 1617-1619 годах физик К. Дреббель изобрел двухлинзовый микроскоп, в который можно было рас­сматривать животные и растительные клетки. Подобный микро­скоп использовал в своих наблюдениях английский ученый Роберт Гук. Рассматривая срезы пробкового дерева, он обнаружил пра­вильное ячеистое строение древесной ткани. Р. Гук назвал эти ячей­ки клетками. Этот термин до сих пор используется для обозначе­ния тех структурных единиц, из которых построен сложный живой организм.

Первым, кто увидел и описал микроорганизмы, был голландс­кий лавочник, а впоследствии естество­испытатель, Антоний ван Левенгук. Он обучился искусству шлифования стекла в Амстердаме и стал изготавливать сильные лупы, которые давали линейное увеличение рассматриваемого предме­та в 200-270 раз. Левенгук часами рас­сматривал в лупу человеческий волос, различные мелкие насекомые, расти­тельные клетки, пивные дрожжи. Но од­нажды, рассматривая каплю воды из дождевой бочки в свой микроскоп, он об­наружил «живых зверьков» - animalkula viva. Они резво плавали внутри капли, как бы играя между собой. Потрясенный лавочник написал в 1673 году восторженное письмо в научное Лондонское королевское общество, в кагором сообщал о таком впечатляющем зрелище, «как жизнь тысяч крохотных созданий, обитающих в одной единственной капле воды». Первое науч­ное сообщение об этом А. Левенгук опубликовал в 1678 году.

А. ван Левенгук

(1632-1723)

В 1683 году Левенгук сделал еще одно потрясающее откры­тие. Он исследовал налет со своих зубов и обнаружил под микро­скопом еще более маленьких зверьков самой разнообразной фор­мы. Здесь были и шарики, и палочки, и спиральки, и крохотные за­пятые, которые быстро передвигались в самых разных направле­ниях. Он впервые зарисовал всех живых бактерий и послал их изоб­ражение в Лондонское Королевское общество. Впоследствии про­стой лавочник был единогласно избран членом Лондонского Коро­левского общества. В 1695 году он издал свой труд «Тайны приро­ды, открытые Антонием Левенгуком».

Большой интерес к работам Левенгука проявил Петр 1. В 1698 году он посетил Голландию, где встречался с Левенгуком, который ознакомил его с микроскопом, показал ему ряд микроскопических объектов. Вернувшись в Россию, Петр дал поручение Российской академии наук изучить работы Левенгука и начать изготовление отечественных микроскопов.

Первым русским ученым, использовавшим микроскоп в своих исследованиях, был М.В. Ломоносов.

Однако почти два столетия микробиология была лишь описа­тельной наукой. Ученые занимались, в основном, изучением мор­фологических свойств микробов, забавляли знатных людей видом крохотных живых существ, но не исследовали, какую роль в приро­де и жизни человека играют эти микроорганизмы.

Одним из первых мысль о том, что именно микроорганизмы вызывают инфекционные заболевания, высказал русский врач Данило Самойлович (1724 - 1810). Он предположил, что «чума вызы­вается особливым и совсем отменным существом» и что для пре­дупреждения заболевания чумой необходимо вводить в организм ослабленное заразное начало. Чтобы обосновать это в 1771 году он привил себе заразный материал, взятый у человека, выздоравлива­ющего от чумы. Переболев чумой в легкой форме, Д. Самойлович в дальнейшем был невосприимчив к этому заболеванию, чем подтвердил свое предположение.

В 1798 году выдающийся английс­кий врач Эдуард Дженнер опубликовал итоги своей 25-ти летней работы, в ко­торой убедительно доказывал, что при­вивки людям коровьей оспы предохраня­ют их от заболевания натуральной оспой. Эту процедуру он назвал вакцинацией (от латинского слова «vacca» - корова). Еще раньше, в 1721 году англичанин Монте­гю, ознакомившись в Китае с методом оспопрививания растертыми оспенными корками, применил его в Европе. Во вре­мя эпидемии оспы Екатерина II испыта­ла на себе этот метод, положив начало профилактическим прививкам в России. В 1768 году в Петербурге, а в 1772 году в Москве были открыты особые дома для оспоприви­вания.

Э. Дженнер

(1749-1823)

Важнейшие открытия в области микробиологии связаны с именем знаменитого французского ученого Луи Пастера. Еще в XVII веке физик и философ Роберт Бойль говорил, что «природу заразных болезней поймет тот, кто объяснит природу брожения». Пастер блестяще доказал, что все процессы брожения - не про­стые химические явления, а результат жизнедеятельности микро­организмов. Он установил, что микробы принимают активнейшее участие в процессах алкогольного, молочнокислого и маслянокислого брожения.

Л.Пастер

(1822-1895)

Занявшись вопросами брожения, Пастер установил, что мо­лочнокислое брожение вызывается специфичным микроорганизмом, отличным от пивных дрожжей. Позднее он выделил бактерии маслянокислого брожения, которые жили и развивались в отсутствии свободного кислорода. Основываясь на своих наблюдениях, Пас­тер ввел в микробиологическую теорию и практику понятия о спе­цифичности и анаэробиозе (жизни без кислорода) у бактерий.

Исследуя процессы брожения, Пастер задавался вопросом, откуда берутся микроорганизмы. Зарождаются ли они во время брожения из бродящих веществ или попадают извне. В своей работе «Исследование вина» Пастер показал, что порча вина вызыва­ется деятельностью микроорганизмов, попадающих в него из ок­ружающей среды и вызывающих брожение. Своими работами он окончательно опроверг теорию Либиха и Берцелиуса, согласно которой брожение представляет собою чисто химический процесс разложения белковых тел.

Исследования Пастера послужили основой для разработки мер по предуп­реждению болезней вина, причинявших большие убытки французскому экспор­ту. Он предложил подогревать вино или пиво до температуры 50°С - 60°С, что было достаточным для уничтожения вегетативных микроорганизмов и не вли­яло на качество продуктов. Этот метод был назван его именем: пастеризация. Своими работами о болезнях вина и пива Пастер заложил основы промышленной микробиологи и биотехнологии.

Пастер считал, что если микробы являются причиной зара­жения вина, то они могут быть возбудителями заразных болезней у человека и животных. Его многочисленными исследованиями было установлено, что микроорганизмы, подобно семенам высших рас­тений, могут годами сохраняться в почве, вызывая новые вспышки заболеваний. Он выяснил также механизмы заражения и условия возникновения инфекционных болезней. Основываясь на работах Пастера, немецкий хирург Листер разработал и применил асепти­ческие принципы в хирургической практике.

Итоги своей работы в области заразных болезней Пастер из­ложил 30 апреля 1878 года в докладе французской Академии наук. Эта дата считается днем рождения научно-обоснованной медицин­ской микробиологии.

Целенаправленные исследования Пастера привели к получе­нию сибиреязвенной вакцины и применению предохранительных прививок. И хотя впервые прививка была осуществлена Дженнером, Тимирязев в своих лекциях о Пастере отмечал, что Дженнер открыл от­дельный факт, а Пастер - общий метод.

Большой вклад в развитие микро­биологии внесли ученые московской и петербургской школ микробиологов. Сре­ди представителей петербургской шко­лы микробиологов наиболее ярко выде­лялся Сергей Николаевич Виноградский - один из основателей сельскохозяй­ственной микробиологии и экологии мик­роорганизмов.

С.Н.Виноградский

(1856-1953)

Мировую известность С.Н. Виноградскому принесли работы по изучению процессов нитрификации в почве. В 1890 году он открыл нитрифицирующие бактерии и определил их значе­ние в круговороте азота в природе.

По ходу этих работ С.Н. Виноградским были введены в мик­робиологическую практику элективные (избирательные) питатель­ные среды, в которых хорошо развиваются только определенные виды бактерий, в то время, как другие на них не растут. Использо­вание элективных сред позволило выяснить роль отдельных форм бактерий в осуществлении тех или иных этапов круговорота эле­ментов в природе. Например, для выявления бактерий, потребляю­щих азот непосредственно из воздуха, он использовал питательную среду без соединений азота, а для выделения целлюлозоразрушающих микроорганизмов - среду с целлюлозой, как единственным источником углерода.

Благодаря открытиям С.Н. Виноградского был решен вопрос о роли микроорганизмов в круговороте веществ и внесен большой вклад в решение проблемы возникновения жизни на Земле. Гло­бальная роль бактерий в формировании жизни на Земле была оце­нена С.Н. Виноградским в его учении о биосфере. Впервые термин «биосфера» применил австрийский геолог Э. Зюсс в 1875 году, а затем с 1911 года он стал использоваться С.Н. Виноградским, ко­торый считал биосферу высшим уровнем экологической интегра­ции.

C.H. Виноградский разработал основные методы экологичес­кой микробиологии: метод микроскопического изучения с одновре­менным исследованием физического и химического состояния ок­ружающей среды, что дало возможность наблюдать микроорга­низмы в естественной среде обитания, и метод экологического ана­лиза, который позволяет исследовать действие отдельных факто­ров или группы факторов на выделенные микроорганизмы.

Совместно с голландским микробиологом Мартином Бейеринком, С.Н. Виноградский открыл азотфиксирующие бактерии, получил и исследовал чистые культуры клубенько­вых бактерий, изучил процесс бактери­альной денитрификации и сульфатредукции.

Крупнейшие заслуги в развитии микробиологии принадлежат выдающе­муся немецкому врачу-микробиологу из прусского городка Вальштейн Роберту Коху. Ко времени его научной деятельности была значительно усовер­шенствована микроскопическая оптика, введены в практику ахроматические объективы, сконструирован микрометри­ческий винт. В 1878 году немецким ис­следователем Эрнстом Аббе была предложена масляная иммер­сия, а затем он изготовил конденсор к микроскопу и первые апохро­маты. Аббе является также создателем современной теории мик­роскопа.

Р. Кох

(1843-1910)

Основываясь на этой теории и технике, Кох впервые предло­жил окрашивать бактерии анилиновыми красителями для улучше­ния их видимости при микроскопии, первый из микробиологов ис­пользовал в своих исследованиях микрофотосъемку. Он разрабо­тал метод чистых культур и рецептуры различных плотных сред, позволяющих обнаруживать и изучать неизвестные ранее микро­организмы, вызывающие инфекционные заболевания.

В 1882 году Р. Кох выделил чистую культуру туберкулезной палочки, а в 1884 г. - холерного вибрио­на. Он разработал и применил на прак­тике различные методы дезинфекции, методы окраски микроорганизмов, им­мерсионную микроскопию. Р. Кох впер­вые установил микробиологические кри­терии качества питьевой воды, согласно которым питьевая вода не представля­ет опасность микробного заражения при общей микробной обсемененности, не превышающей 100 микробных тел в 1 мл.

Исторической вехой на пути разви­тия микробиологии были исследования русского ученого Дмитрия Иосифовича Ивановского, положившие начало ново­му направлению в микробиологии - вирусологии. Работая в Никит­ском ботаническом саду, он установил, что мозаичная болезнь та­бака, которая наносит огромный ущерб табачным плантациям, вы­зывается мельчайшим микробом - вирусом, который он назвал «ви­русом табачной мозаики».

Д.И. Ивановский

(1864-1920)

В 1892 году Д.И. Ивановский пришел к выводу, что наряду с клеточными формами, существуют мик­роорганизмы, не видимые в обычные све­товые микроскопы и лишенные клеточной структуры. Но история изучения ви­русов началась только после 1932 года, когда американский биохимик Уенделл Стенли установил их белковую природу. Позднее английские биохимики Боуден и Пири показали, что вирусы, как все жи­вые организмы, содержат нуклеопротеиды. С развитием электронной микроско­пии удалось увидеть вирусы и изучить их форму, строение и структуру.

В 1898 году русский микробиолог Николай Федорович Гамалея установил факт разрушения бактерий другими микроорганизмами. Более подробно это явление изучил канадец Феликс Д'Эррель(1873-1949). В 3 917 году он установил, что лизис бактерий вызывается фильтрующимся ультрамикробом, который он назвал «бактериофаг». В дальнейшем было установлено, что фаг является вирусом и вирусом специфичным, т.е. паразитирую­щем на строго определенном виде бактерий. Это позволило использо­вать бактериофаги для диагностики, про­филактики и лечения дизентерии, брюш­ного тифа, паратифа, холеры, чумы, стреп­тококковых и других инфекций. Впервые фагопрофилактику проводил Ф.Д'Эррель в 1927 году в Индии во время эпидемии хо­леры. В настоящее время налажено про­мышленное производство бактериофагов.

Н.Ф. Гамалея

(1859-1949)

Большое значение для развития мик­робиологии имели работы великого рус­ского ученого Ильи Ильича Мечникова по антагонизму и изменчивости микроорга­низмов. Он установил, что молочнокис­лые бактерии подавляют жизнедеятель­ность гнилостных микробов, на чем обо­сновал лечебное действие простокваши. Впоследствии было замечено, что кишечная палочка - постоянный обитатель кишечного тракта - подавляет рост сибиреязвенного мик­роба. Оказалось, что способность одного вида подавлять жизнедея­тельность другого - явление широко распространенное среди бакте­рий, плесеней и лучистых грибов.

И.И. Мечников

(1845 – 1916)

И.И. Мечников указывал на огромное значение окружающей среды для изменения свойств микробов, передающихся по наслед­ству. Им было открыто явление фагоцитоза, явившегося основой его учения об иммунитете.

Дальнейшее развитие микробиологии связано с именем вы­дающегося русского ученого Василия Леонидовича Омелянского, ученика С.Н. Виноградского. Многочисленные исследования В.Л. Омелянского (1867 - 1928) посвящены основным процессам круговорота веществ в природе и роли в этом процессе микроорга­низмов. Он осуществил глубокие исследования процессов биологической фиксации молекулярного азота, анаэробных процессов раз­ложения органических веществ с образованием метана. Он пока­зал решающую роль микроорганизмов нефтеносных пластов в об­разовании метана. Классическими считаются его работы по ана­эробному разложению клетчатки целлюлозоразрушающими бакте­риями.

В 1909 году вышла монография В.Л. Омелянского «Основы микробиологии», которая являлась первым в России учебником по общей микробиологии и одним из лучших руководств по микробио­логии в мировой литературе.

Открытие советскими учеными Георгием Адамовичем Надсоном и Григорием Семеновичем Филипповым в 1925 году мута­генного действия рентгеновского излучения на бактерии положило начало интенсивным генетическим исследованиям, основным объектом которых были микроорганизмы. Резко расширились ис­следования по селекции и генетике микроорганизмов.

Большой вклад в развитие микробиологии внесли работы со­ветских микробиологов Николая Григорьевича Холодного, Николая Александровича Красильникова, Евгения Николаевича Мишустина.