История и развитие микробиологии

История развития микробиологии

микробиология генетика вакцинация молекулярный Микробиология прошла длительный путь развития, исчисляющийся многими тысячелетиями. Уже в V-VI тысячелетии до н.э. человек пользовался плодами деятельности микроорганизмов, не зная об их существовании. Виноделие, хлебопечение, сыроделие, 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.III тысячелетие до н.э. .XVI в. н. э.) связан с какими-либо экспериментами и доказательствами. Мыслители того времени Гиппократ, римский писатель Варрон и др. Свои представления они сформулировали в стройную гипотезу спустя многие столетия в сочинениях итальянского врача Д. Фракасторо (1478.1553), высказавшего идею о живом контагии, 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 развитии микробиологии, получивший название морфологического.

Открытие А. Левенгука привлекло огромное внимание специалистов, у него появились многочисленные ученики и последователи. Однако оставались неясными вопросы с 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 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 др. 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.

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.

Именно Л. Пастер 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.

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 и иммунология и в наше время.

Физиологический период в развитии Микробиологии связан также с именем немецкого ученого Робертй 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 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. Однако исследования И. И. Мечникова (1845−1916) показали, что большую роль в формировании иммунитета играют особые клетки макрои 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.

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).

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.

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;
• — 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. Получение рекомбинантных штаммов бактерий и вирусов, сочетающих свойства родительских особей или приобретающих новые свойства;
• — открытие иммуномодуляторов, 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;
• — изучение врожденных и приобретенных иммунодефицитов, их роли в иммунопатологии. Открытие вирусов, вызывающих иммунодефициты;
• — разработка принципиально новых способов диагностики инфекционных и неинфекционных болезней

Перечислены только наиболее крупные достижения молекулярно-генетического периода в развитии микробиологии и иммунологии. За это время был открыт ряд новых вирусов (возбудители геморрагических лихорадок Ласса, Мачупо; вирус, вызывающий СПИД) и бактерий (возбудитель болезни легионеров); созданы новые вакцинные и другие профилактические препараты (вакцины против кори, полиомиелита, паротита, клещевого энцефалита, вирусного гепатита В, полианатоксины против столбняка, газовой гангрены, ботулизма и др.