История развития микробиологии

Микробиология прошла длительный путь развития, исчисляющийся многими тысячелетиями. Уже в 5−6-ом тысячелетии до н.э. человек пользовался плодами микроорганизмов, не зная об их существовании. Виноделие, хлебопечение, сыроделание, выделка кож. Древние ученые предполагали, что многие болезни вызываются посторонними, невидимыми причинами, имеющими живую природу.

Историю развития микробиологии можно разделить на 5 этапов: эвристический, морфологический, физиологический, иммунологический, молекулярно — генетический.

Эвристический период (4−3 тысячелетия до н.э.) связан скорее с логическими и методическими приемами нахождения истины, т. е. эвристикой, или с какими либо экспериментами и доказательствами. Гиппократ высказывал предположения о природе заразных болезней.

Однако доказательства существования невидимых возбудителей болезней стало возможным после изобретения микроскопа. В открытии микроорганизмов приоритет принадлежит голландскому натуралисту — любителю Антонию Левенгуку (1632−1723). Торговец полотном А. Левенгук увлекался шлифованием стекол и довел это искусство до совершенства, сконструировав микроскоп, который увеличивал в 300 раз. В книге «Тайны природы, открытые Антонием Левенгуком» (1695 г.) он не только описал, но и дал зарисовки многих микроорганизмов, обнаруженных им с помощью своего «микроскопа» в различных настоях, дождевой воде, на мясе и других объектах.

Открытия Левенгука вызвали живейший интерес ученых. Однако слабое развитие в XVII и XVIII вв. промышленности и сельского хозяйства, господствующее в науке схоластическое направление препятствовали развитию естественных наук, в том числе и зарождающейся микробиологии. Долгое время наука о микробах носила в основном описательный характер. Этот так называемый морфологический период развития микробиологии был мало плодотворным.

Одной из ранних работ, посвященных изучению природы и происхождению микроорганизмов, была диссертация М. М. Тереховского, опубликованная в 1775 г. Автор впервые применил экспериментальный метод исследований. Он изучал влияние на микроорганизмы нагревания и охлаждения, а также воздействие различных химических веществ. Исследования М. М. Тереховского остались малоизвестными, хотя имели большое принципиальное значение. Долго еще не было определено место микроорганизмов среди других живых существ, их роль и значение в природе и в жизни человека.

Прогресс промышленности в XIX в., вызвавший развитие техники и различных отраслей естествознания, обусловил быстрое развитие микробиологии, возросло ее практическое значение. Из науки описательной микробиология превратилась в опытную науку, изучающую роль «загадочных» организмов в природе и жизни человека. Появились более совершенные микроскопы, улучшилась техника микроскопирования.

Бурное развитие микробиологии в 19 веке привело к открытию возбудителей многих инфекционных болезней (сибирская язва, чума, столбняк, дизентерия, дифтерия, холера, туберкулез и др.).

Наконец, в 1892 русский ботаник Д. И. Ивановский (1864−1920) открыл вирусы представителей царства VI2а. Эти живые существа проходили через фильтры, задерживающие бактерии, поэтому называются фильтрующимся вирусом. В начале был открыт вирус, вызывающий заболевание табака, известный под названием «Табачная Мозаика», затем вирус ящура. К настоящему времени царство вирусов (vira) насчитывает до тысячи болезнетворных видов вирусов.

Открытие новых микроорганизмов сопровождалось изучением не только их строения, но и жизнедеятельности. По этому, 19 век, особенно его 2-ю половину, принято называть физиологическим периодом в развитии микробиологии. Этот этап связан с именем Л. Пастера, который стал основоположником микробиологии, а также иммунологии, и биологии. Л. Пастер сделал ряд открытий за период с 1857 по 1885 год, он доказал, что брожение (молочно-кислое, спиртовое, уксусно-кислое) не является химическим процессом, а его вызывают микроорганизмы, опроверг теорию самовозрождения, открыл явление анаэроба (т.е. возможность жизни микроорганизмов без кислорода), заложил основы дезинфекции, асептики и антисептики, вакцинации (бешенство), пастеризация (вино, пиво, молочные продукты). Метод предупреждения оспы, путем заражения людей коровьей оспой (Э. Дженерон, английский врач).

Пастер установил, что микроорганизмы различаются не только внешним видом, но и характером жизнедеятельности. Они вызывают разнообразные химические превращения в субстратах (средах), на которых развиваются.

Пастеру принадлежит ряд исключительно важных открытий. Он доказал, что происходящее в виноградном соке спиртовое брожение обусловлено жизнедеятельностью микроорганизмов — дрожжей. Это открытие опровергло господствующую в то время теорию Либиха о химической природе процесса брожения. Изучая причины болезни вина и пива, Пастер доказал, что виновниками их являются микроорганизмы. Чтобы предотвратить порчу, он предложил прогревать напитки. Этот прием применяют и в настоящее время и называют пастеризацией.

Пастер впервые обнаружил бактерии, не способные развиваться в присутствии воздуха, т. е. показал, что жизнь возможна и без кислорода.

Пастер открыл природу заразных болезней человека и животных, установил, что эти болезни возникают вследствие инфекции (заражения) особыми микробами и что каждое заболевание вызывается определенным микроорганизмом. Он разработал и научно обосновал метод предупреждения заразных болезней (предохраняющие прививки), изготовил вакцины против бешенства и сибирской язвы.

После работ Л. Пастера, появилось множество исследований, в которых пытались объяснить механизмы формирования иммунитета после вакцинации.

В конце 50-х годов в развитии микробиологии начался молекулярно — генетический период.

Значительным вкладом в микробиологию явились исследования немецкого ученого Роберта Коха (1843—1910 гг.). Им были введены в микробиологическую практику плотные питательные среды для выращивания микроорганизмов, что привело к разработке метода выделения микроорганизмов в так называемые чистые культуры, т. е. выращивание культур (массы клеток) каждого вида в отдельности (изолированно). Это позволило обнаружить неизвестные ранее микроорганизмы и выявить особенности жизнедеятельности отдельных представителей этого мира живых существ. Кох изучал также возбудителей многих заразных болезней (сибирской язвы, туберкулеза, холеры и др.).

Развитие микробиологии неразрывно связано с работами русских и советских ученых.

Всемирно известны работы И. И. Мечникова (1845— 1916 гг.). Он впервые разработал фагоцитарную теорию иммунитета, т. е. невосприимчивости организма к заразным болезням. Работы И. И. Мечникова (1845 — 1916) показали, что большую роль в формировании иммунитета играют важные клетки — макро и микро фаги. Эти клетки поглощают и переваривают чужеродные частицы, в том числе бактерии. Исследования И. И. Мечникова по фагоцитозу доказали, что помимо гуморального, существует клеточный иммунитет. С именем И. И. Мечникова тесно связано развитие микробиологии в России. Он организовал первую в России бактериологическую лабораторию (в Одессе).

Ближайшим сотрудником И. И. Мечникова был Н. Ф. Гамалея (1859—1949 гг.), изучавший многие вопросы медицинской микробиологии. Н. Ф. Гамалея организовал в Одессе (в 1886 г.) первую в России станцию по прививкам против бешенства (вторую в мире после Пастеровской станции в Париже). Вся его деятельность была направлена на решение важнейших вопросов здравоохранения в нашей стране.

Большое значение для развития микробиологии, особенно сельскохозяйственной, имели труды С. Н. Виноградского (1856—1953 гг.). Он открыл процесс нитрификации, установил существование особых бактерий, которые способны ассимилировать углекислый газ из воздуха, используя в процессе синтеза органических веществ химическую энергию реакции окисления аммиака до азотной кислоты. Так была доказана возможность ассимиляции углекислого газа без участия хлорофилла и солнечной энергии. Этот процесс в отличие от фотосинтеза зеленых растений был назван хемосинтезом.

С. Н. Виноградский открыл явление фиксации атмосферного азота анаэробными бактериями. Им также найдены бактерии анаэробного разложения пектиновых веществ, что в дальнейшем позволило исследователям (И. А. Макринову, Г. Л. Селиберу и др.) разработать теорию и приемы мочки волокнистых растений — льна, конопли и др.

В своих исследованиях С. Н. Виноградский пользовался разработанным им оригинальным методом выращивания микроорганизмов с применением специальных — элективных (избирательных) — питательных сред и условий, приближенных к естественному обитанию микроорганизмов. Этот метод получил широкое применение во всех областях микробиологии. Он позволил не только открыть новые виды микроорганизмов, но и более глубоко изучить известные.

Учеником и сотрудником С. Н. Виноградского был В. Л. Омелянский (1867—1928 гг.). Вместе с С. Н. Виноградским он изучал вопросы нитрификации, фиксации атмосферного азота и другие проблемы микробиологии. В. Л. Омелянский создал первый русский учебник по микробиологии («Основы микробиологии»), изданный в 1909 г. Им же составлено первое русское «Практическое руководство по микробиологии». Эти книги до сих пор не утратили своей ценности.

В развитии технической микробиологии большую роль сыграли работы С. П. Костычева, С. Л. Иванова и А. И. Лебедева, изучавших процесс спиртового брожения.

На основании исследований С. П. Костычева и В. С. Буткевича химизма образования органических кислот грибами в СССР в 1930 г. было организовано производство лимонной кислоты.

В. Н. Шапошников и А. Я. Мантейфель изучали и внедрили в заводскую практику способ производства молочной кислоты с помощью бактерий. Исследования В. Н. Шапошникова и Ф. М. Чистякова дали возможность еще в начале 30-х годов организовать в заводском масштабе производство ацетона и бутилового спирта с помощью бактерий.

Создание электронного микроскопа и разработка новых методов исследований микроорганизмов позволяют изучать их на молекулярном уровне, что, в свою очередь, дает возможность более глубоко познать свойства микробов, их химическую деятельность, лучше использовать и управлять микробиологическими процессами.