Основные вехи истории микробиологии

Основные вехи истории микробиологии, связанные с именами известных естествоиспытателей и микробиологов Микробиологию развивали большие и малые открытия известных и менее известных естествоиспытателей и микробиологов. Иногда это были драматические открытия, особенно в медицинской микробиологии, когда микробиологи, прививая возбудитель себе лично, погибали.

Первооткрывателем микроорганизмов был голландец Антони ван Левенгук (1632 —1723), сконструировавший первый микроскоп в 1676 г. А. Левенгук впервые увидел в прозрачной капле воды множество бактерий, которых он назвал «маленькими зверушками». В 1695 г. он издал книгу «Тайны природы, открытые Антони ван Левенгуком». К миру микроорганизмов было привлечено всеобщее внимание, началось описание разных представителей диковинного микроскопического мира. Однако ученые того времени не подозревали о роли, которую играют микроорганизмы в природе. Для них это были лишь весьма курьезные интересные существа.

Накопление знаний о микроорганизмах длилось довольно долго, около 100 лет, так как было крайне трудно их изучать. Этот период принято называть описательным. В XVIII в. шведский естествоиспытатель К. Линней (1707—1778), создатель системы животного и растительного мира, объединил все микроскопические существа в один род, который он назвал «хаос». В одной из работ К. Линней отнес бактерии к червям и высказал мысль о безнадежности более точного познания этих невидимых существ. Однако развитие техники и различных отраслей естествознания в XIX в. дали толчок развитию и микробиологии, которая из описательной постепенно превращалась в исследовательскую, физиологическую науку.

Начало нового этапа микробиологии, названного физиологическим, связано с именем французского микробиолога Л. Пастера (1822—1895), который впервые показал огромную роль микроорганизмов как возбудителей разнообразных биохимических превращений и заболеваний человека. Многочисленные исследования Л. Пастера открыли новый период в развитии микробиологии, который назвали физиологическим и который продолжается до настоящего времени. Первый период научной деятельности Л. Пастера связан с изучением различных видов брожения. Л. Пастер установил, что каждый вид брожения имеет свои возбудители, живущие без воздуха. Было открыто явление анаэробиоза, что имело большое значение для создания теории брожения. Л. Пастер доказал, что микроорганизмы вызывают болезни вина и пива, гниение и распад мочевины.

Второй период научной деятельности Л. Пастера был посвящен изучению возбудителей заболеваний и знаменуется тем, что в это время им были открыты возбудители таких заболеваний, как сибирская язва и бешенство. Против бешенства он создал вакцину. Невозможно переоценить значение открытий Л. Пастера. Его имя навсегда вписано в историю микробиологии. Он первым доказал, что микроорганизмы энергично воздействуют на окружающую природу, в том числе на человека и на пищевые продукты основу жизни человека. В 1885 г. в лаборатории Л. Пастера был изготовлен первый автоклав.

Одним из основоположников современной бактериологии является немецкий микробиолог Р. Кох (1843—1910), доказавший бактериальную природу сибирской язвы. Р. Кох сфотографировал бациллы сибирской язвы и стал основателем микробиологической фотографии. Им был открыт и изучен возбудитель такого заболевания, как туберкулез — Mycobacterium tuberculosis, который в его честь назван палочкой Коха. Р. Кох открыл также холерный вибрион. Имя Коха золотыми буквами вписано в историю микробиологии. Много времени Р. Кох уделял разработке микробиологических методов исследования: им сконструирован осветительный аппарат к микроскопу, разработан метод микрофотографирования и окрашивания бактерий анилиновыми красителями. Но самым существенным для дальнейшего развития микробиологии было его предложение о введении в микробиологию твердых питательных сред с использованием желатина, а позднее агар-агара. Этот метод дал возможность получать микроорганизмы в виде чистых культур, что открыло совершенно новые подходы для более углубленного изучения микроорганизмов.

Один из сотрудников Р. Коха — Робер Петри — предложил особую стеклянную посуду, которую знают и используют микробиологи всего мира, — чашку Петри. Второй сотрудник — Джон Тиндаль — предложил многократное нагревание сред для их стерилизации, получившее название «тиндализация».

Голландским микробиологом М. Бейеринком (1851—1931) была создана знаменитая школа физиологии микроорганизмов в г. Дельфте. Ученый рассматривал очень широкий круг вопросов микробиологии: выделил клубеньковые бактерии, а затем азотфиксирующую бактерию Azotobacter chroococcum. Он занимался изучением процесса денитрификации и др.

В 1921 г. М. Бейеринка сменил А. Клюйвер (1888—1956). Если у М. Бейеринка кафедра была научным Олимпом, где открывались все новые и новые типы микроорганизмов, то у А. Клюйвера кафедра стала мастерской, где учитель вместе с учениками изучал разнообразную биохимическую активность микроорганизмов. На кафедру А. Клюйвера стекались молодые микробиологи из многих стран мира. После работы в Дельфте они возвращались в свои страны и там открывали новые центры изучения физиологии микроорганизмов.

Родоначальником русской микробиологии можно считать И. И. Мечникова (1845—1916). Классические работы И. И. Мечникова положили начало новому этапу в развитии микробиологии. И. И. Мечников работал в основном с патогенными микроорганизмами. Центральная проблема его исследований — изучение взаимоотношений микроба (паразита) и хозяина (человека). В результате многосторонних и многолетних исследований И. И. Мечников создал фагоцитарную теорию иммунитета, т. е. невосприимчивости человека к повторному заражению после перенесенного инфекционного заболевания. Им было доказано, что защита организма от патогенных микробов является сложной биологической реакцией, которая связана со способностью белых кровяных телец (фагоцитов) захватывать и разрушать посторонние тела, попавшие в организм. Л. Пастер и И. И. Мечников положили начало изучению антагонизма микробов, что явилось основой самостоятельной науки об антибиотиках.

В конце XIX в. русский микробиолог Д. И. Ивановский (1864—1920) открыл вирус табачной мозаики, чем положил начало новой науки — вирусологии. Спустя годы были открыты вирусы многих болезней растений, животных и человека. Сейчас известно более 500 видов вирусов, которые угрожают человеку, животным и растениям.

Советским микробиологом Н. Ф. Гамалея (1859—1949) был открыт возбудитель холеры птиц — бактериолизин. Н. Ф. Гамалея было обосновано значение дезинсекции для ликвидации сыпного и возвратного тифов. Н. Ф. Гамалея был организатором первой в России пастеровской станции в Одессе по прививкам против бешенства в 1886 г. Вся деятельность Н. Ф. Гамалея была направлена на решение важнейших вопросов здравоохранения в нашей стране.

Огромный вклад в развитие микробиологии внес русский и советский микробиолог С. Н. Виноградский (1856—1953), много лет изучавший автотрофные бактерии. Вслед за изучением серобактерий и железобактерий С. Н. Виноградский занялся изучением химических превращений аммиака в почве. В 1890 г. он выделил автотрофные нитрифицирующие бактерии, обладающие способностью превращать почвенный аммиак сначала в нитриты, а затем в нитраты. В 1893 г. Виноградский открыл в почве свободноживущие бактерии, фиксирующие азот атмосферы. Он ввел в микробиологическую практику элективные (специфические) среды, пригодные только для роста бактерий с особыми потребностями. Исследования С. Н. Виноградского по физиологии микроорганизмов дали возможность русской микробиологии занять ведущее место в мировой науке о микроорганизмах. С. Н. Виноградский является основоположником сельскохозяйственной микробиологии.

Значительный вклад в физиологию микроорганизмов внес русский советский микробиолог С. П. Костычев (1877—1931), считавший, что физиология начинается там, где изучаются свойства микроорганизмов как целого сложного аппарата. Он исследовал химию и биохимию спиртового брожения; изучал и организовывал производство лимонной кислоты из сахара грибом Asp.niger.

Русским и советским микробиологом В. Л. Омелянским (1867—1928), учеником С. Н. Виноградского, был написан первый учебник по микробиологии на русском языке «Основы микробиологии» (1909 г.), за 30 лет выдержавший 9 изданий. Кроме этого учебника В. Л. Омелянский написал «Практическое руководство по микробиологии». Эти книги до сих пор сохранили свою значимость. По этим учебникам учились многие поколения русских и советских микробиологов.

Советские микробиологи академик В. Н. Шапошников (1884—1968) и профессор Ф. М. Чистяков (1898—1959) в 1930 г. основали завод по производству ацетона и бутилового спирта с использованием бактерий. В. Н. Шапошников написал первый в СССР учебник «Техническая микробиология», за который он в 1950 г. получил Государственную премию.

Итак, этап за этапом развивалась микробиология. Чем больше микробиологи открывали новых видов микроорганизмов и глубже узнавали их свойства, тем больше появлялось новых необходимых продуктов. Но наряду с этим все острее вставали вопросы порчи пищевых продуктов. Из недр фундаментальной микробиологии выделилась пищевая микробиология, объектом изучения которой стали микроорганизмы, как используемые для получения пищевых продуктов, так и вызывающие порчу этих продуктов.

Одним из основателей пищевой микробиологии в СССР является Я. Я. Никитинский (младший) (1871—1941), написавший курс пищевой микробиологии. Совместно с профессором Б. С. Алеевым было написано учебное пособие по микробиологии скоропортящихся продуктов и руководство к практическим работам по микробиологии для студентов, изучающих товароведение продовольственных товаров, общественное питание. Работы Я. Я. Никитинского и его учеников послужили основой для создания консервного производства и холодильного хранения пищевых продуктов. Основоположниками микробиологии молока и молочных продуктов являются С. А. Королев (1876—1932) (Вологодский молочный институт) и А. Ф. Войткевич (1875—1950) (Московская сельскохозяйственная академия им. К.А. Тимирязева).

В настоящее время все отрасли пищевой промышленности имеют свои научно-исследовательские институты с крупными микробиологическими лабораториями, изучающими микроорганизмы, используемые в данной отрасли. На всех предприятиях пищевой промышленности созданы заводские микробиологические лаборатории, которые строго контролируют технологический процесс и качество готовых пищевых продуктов. Место микроорганизмов среди живых организмов. Во второй половине XIX в. немецкий биолог Э. Геккель (1834—1919) выделил микроорганизмы в отдельное (третье) царство Protista (протиста) (гр. protos — самый простой), так как они существенно отличаются и от животных, и от растений.

Позднее царство Protista подразделили на высшие и низшие протесты, потому что было выявлено два типа клеточной организации — эукариотный и прокариотный (термины предложены протозоологом Э. Шаттоном в 30-х гг. XX в.). В прокариотной клетке нет ядра, а есть только одна внутренняя полость, образуемая клеточной оболочкой. В эукариотной клетке есть ядро и вторичная полость, так как ядерная мембрана отграничивает ДНК от остальной цитоплазмы. Кроме того, есть еще мембраны хлоропластов, митохондрий и других органелл. Так как прокариотная и эукариотная организации клеток принципиально различны, было предложено все клеточные организмы подразделить на прокариоты и эукариоты. Исследования продолжались, и в 1938 г. было выделено царство Мопега, в которое были включены бактерии, актиномицеты, цианобактерии. В 1969 г. все живые организмы были подразделены на пять царств: Protista, Мопега, Plantae (растения), Fungi (грибы) и Animalia (животные). Такое подразделение стало наиболее популярным. Для подразделения живых существ на пять царств были использованы два критерия — структурный и экологический. По структурному критерию живые организмы были подразделены на три царства: прокариоты (бактерии), одноклеточные и многоклеточные эукариоты. По экологическому критерию многоклеточные эукариоты, в свою очередь, были подразделены на три царства: растения (Plantae), грибы (Fungi) и животные (Animalia), различающиеся по способу питания. Так, растения обладают фототрофным типом питания за счет фотосинтеза, грибы — осмотрофным (абсорбционным) типом питания, животные — голозойным типом питания, заключающимся в захватывании и переваривании твердой пищи. Микроорганизмы занимают три царства: Monera, Protista и Fungi. Кроме того, в изучаются вирусы, которые являются крупнейшими молекулами и в то же время наименьшими формами живой материи. Вирусологи рассматривают их как воспроизводящиеся в организме информационные макромолекулы, которые сами по себе организмами не являются. Впервые наблюдать вирусы и выяснить их структуру удалось только после изобретения электронного микроскопа. Вирусы занимают место между самыми мелкими бактериальными клетками и самыми крупными органическими молекулами.