Краткий обзор истории развития микробиологии
Микробиология (от греч. micros – малый, bios – жизнь, logos – наука) – наука о микроскопически малых существах, называемых микроорганизмами.
К микроорганизмы, или микробы – это преимущественно одноклеточные организмы (бактерии, микроскопические грибы и водоросли, простейшие), имеющие микроскопические размеры. Микроорганизмы в таксономическом отношении очень неоднородная группа, однако основным объектом изучения микробиологии традиционно служат преимущественно бактерии.
Предметом исследования в микробиологии являются морфология, физиология, биохимия, систематика, генетика и экология микроорганизмов.
Важнейшей задачей микробиологии как науки является выявление роли микроорганизмов в круговороте веществ в природе, установление значения отдельных микробиологических процессов для человека, животных и растений.
Значение микроорганизмов велико. Микроорганизмы используются в различных технологических процессах (в хлебопечении, при производстве вина, пива, кисломолочных продуктов), в качестве источников пищевого и кормового белка, в качестве продуцентов биологически активных соединений (органических кислот, спиртов, витаминов, гормонов, ферментов, антибиотиков) и т. п. В природе микроорганизмы участвуют в почвообразовательных процессах, формируют полезные ископаемые (нефть, залежи железа, серы), фиксируют азот.
Современная микробиология включает ряд направлений, различа-ющихся задачами исследования. Полезные микроорганизмы изучает общая микробиология, промышленная, сельскохозяйственная, водная, геологическая, космическая, почвенная, генетическая микробиология. Вредные микроорганизмы изучает специальная микробиология, которая подразделяется на медицинскую, ветеринарную, санитарную.
Несмотря на большое разнообразие микроорганизмов, можно выделить основные методы микробиологических исследований:
– микроскопия (световая, люминесцентная, электронная, лазерная);
– выделение чистых культур и конролируемое культивирование;
– аналитические методы изучения (физиолого-биохимические, генетические, молекулярно-биологические и т. д.).
Зарождение микробиологии связано с именем Антония ван Левен-гука (1632–1723), мануфактурщика из Голландии. Этот человек достиг большого совершенства в деле изготовления линз, названных им «микроскопиями», которые давали увеличение в 200–270 раз. С интересом рассматривая все, что попадалось под руку (воду из пруда, зубной налет, настой перца, слюну, кровь и др.), А. ван Левенгук повсюду обнаруживал микроорганизмы и пришел к выводу, что окружающий мир густо заселен микроскопическими обитателями – «анималькулями». Дальнейшее систематическое изучение окружающей природы с помощью совершенствовавшихся микроскопов подтверждало обнаруженное А. ван Левенгуком повсеместное распространение в ней микроорганизмов.
Работы французского ученого Л. Пастера (1822–1895) положилиначало физиологическому направлению в микробиологической науке. В конце 1857 г. Л. Пастер опубликовал результаты изучения процессов брожения, доказав, что процессы брожения связаны с жизнедеятельностью определенных групп микроорганизмов и происходят в условиях без доступа воздуха. Он ввел термины «аэробный» и «анаэробный» для обозначения жизни в присутствии или в отсутствии молекулярного кислорода. Почти одновременно Л. Пастер изучил спиртовое, молочнокислое и маслянокислое брожения.
![]() |
![]() |
![]() |
Антоний ван Левенгук (1632–1723) |
Л. Пастер (1822–1895) |
Р. Кох (1843–1910) |
Л. Пастер установил, что болезни шелковичных червей вызываются определенными микроорганизмами. Дальнейшие работы Л. Пастера в области изучения инфекционных заболеваний привели к открытию им возбудителей куриной холеры, остеомиелита, гнойных абсцессов, одного из возбудителей газовой гангрены. Таким путем Л. Пастер показал и доказал, что каждое заболевание порождается специфическим микроорганизмом.
В 1879 г. при изучении куриной холеры Л. Пастер разработал метод получения культур микробов, которые теряют вирулентность, и использовал это открытие для предохранения организма от последующего заражения. Последнее легло в основу создания теории иммунитета, т. е. невосприимчивости организма к инфекционным заболеваниям.
К области теоретических открытий Л. Пастера относятся его работы о невозможности самопроизвольного зарождения жизни. Пастер поместил питательный бульон в склянку с длинным узким горлышком S-образной формы. Воздух в сосуд проходил свободно, но микробы из воздуха проникнуть в него не могли, так как они должны были осесть в S-образном колене горлышка. Затем Пастер прокипятил бульон, чтобы убить всех находившихся в нем микробов. С течением времени содержимое сосудов оставалось стерильным. Однако если один из таких сосудов повернуть, так, чтобы содержавшимся в нем бульоном обмыть S-образное колено горлышка и чтобы жидкость обратно стекла в колбу, в ней вскоре же начинались процессы разложения субстрата. Это происходило потому, что в бульон попадали споры и живые микробы, находившиеся в S-образной части горлышка.
Работы Пастера получили широкую известность и всеобщее признание. Во многом этому способствовало их крупное практическое значение. На основе их были созданы методы стерилизации, разработано учение об асептике и антисептике. Велико было значение этих работ и для развития консервной промышленности.
Одним из основоположников микробиологии наряду с Л. Пастером явился немецкий микробиолог Р. Кох (1843–1910), занимавшийся изучением возбудителей инфекционных заболеваний. Свои исследования Р. Кох начал, будучи сельским врачом, с изучения сибирской язвы и в 1877 г. опубликовал работу, посвященную возбудителю этого заболевания – Bacillus anthracis. Вслед за этим внимание Р. Коха привлекла другая тяжелая и широко распространенная болезнь того времени – туберкулез. В 1882 г. Р. Кох сообщил об открытии возбудителя туберкулеза, который в его честь был назван «палочкой Коха». В 1905 г. за исследование туберкулеза Р. Коху была присуждена Нобелевская премия.
Родоначальником русской микробиологии является Л.С. Ценковский. Объектом его исследований были микроскопические простейшие, водоросли, грибы. Л.С. Ценковский открыл и описал большое число простейших, изучил их морфологию и циклы развития. Это позволило ему сделать вывод об отсутствии резкой границы между миром растений и животных. Л. С. Ценковским была организована одна из первых Пастеровских станций в России и прдедложена вакцина против сибирской язвы.
|
![]() |
Л.С. Ценковский |
И.И. Мечников |
Основоположником медицинской микробиологии справедливо считают И.И. Мечникова. Основные научные интересы И.И. Мечникова были сосредоточены на проблеме изучения взаимоотношений хозяина и микроорганизма-паразита. В 1883 г. он создал фагоцитарную теорию иммунитета. Невосприимчивость человека к повторному заражению после перенесенного инфекционного заболевания была известна давно. И.И. Мечников показал, что защита организма от болезнетворных микроорганизмов – сложная биологическая реакция, в основе которой лежит способность белых кровяных телец (фагоцитов) захватывать и разрушать посторонние тела, попавшие в организм. В 1909 г. за исследования по фагоцитозу И.И. Мечников был удостоен Нобелевской премии.
Русский микробиолог С.Н. Виноградский для выделения в лабораторных условиях группы бактерий с определенными свойствами предложил создавать специфические (элективные) условия, дающие возможность преимущественного развития данной группы организмов.
В 1893 г. ученым был выделен из почвы анаэробный азотфиксатор, названный им в честь Л. Пастера Clostridium pasteurianum. Также ученый выделил из почвы микроорганизмы, представляющие собой совершенно новый тип жизни – хемолитоавтотрофы. В качестве единственного источника углерода для построения всех веществ клетки хемолитоавтотрофы используют углекислоту, а энергию получают в результате окисления неорганических соединений серы, азота, железа, сурьмы или молекулярного водорода.
|
|
С.Н. Виноградский |
В.М. Омельянский |
Основные научные работы русского микробиолога В.М. Омельянского (1867–1928) посвящены изучению роли микробов в круговороте углерода и азота в природе. Открыл культуры анаэробных бактерий, изучил их морфологию и физиологию. Выдвинул идею об участии микроорганизмов в круговороте веществ в природе (1909). Установил возможность применения микроорганизмов в качестве индикаторов на различные химические вещества. В.М. Омельянский – автор первого оригинального русского учебника по микробиологии.
А.Я. Клюйвер
(1888–1956)
К середине XX в. нидерландский микробиолог и биохимик А.Я. Клюйвер на основе изучения биохимии далеко отстоящих друг от друга систематических и физиологических групп микроорганизмов доказал, что все живые организмы построены из однотипных химических макромолекул, универсальной единицей биологической энергии служит АТФ, в основе физиологического разнообразия живых существ лежит несколько основных метаболических путей. Его выводы легли в основу концепции биохимического единства жизни.
В XIX в. от микробиологии отделились новая научная дисциплина –вирусология.
Приоритет открытия вирусов принадлежит Д. И. Ивановскому, который в 1892 г. доказал существование нового типа возбудителя. В содержимом пораженных мозаичной болезнью листьев табака он не обнаружил бактерий, которые могли бы вызвать болезнь. Д. И. Ивановский пропустил сок больного растениячерез мельчайшие бактериальные фильтры (свечи Пастера-Шамберлана), однако фильтрат продолжал вызывать заболевание листьев табака. Д. И. Ивановский приходитк выводу, что возбудитель имеет необычную природу: онфильтруется через бактериальные фильтры и не способенрасти на искусственных питательных средах. Ученый назвал возбудителя «фильтрующийся вирус». Д. И. Ивановский открыл вирус растений – вирус табачной мозаики (ВТМ).
![]() |
![]() |
Д.И. Ивановский (1864–1920) |
М.В. Бейеринк (1851–1931) |
Аналогичные исследования в 1898 г. провел нидерландский ученый М.В. Бейеринк, однако, он сделал ошибочный вывод, что возбудителем табачной мозаики является «заразная живая жидкость».
В 1898 г. немецкий бактериолог Ф. Леффлер и П. Фрош доказали, что возбудитель, вызывающий ящур у животных, также вызывается возбудитем проходящим через бактериальные фильтры, т.е. является вирусом.
![]() |
![]() |
Ф. Леффлер (1852–1915) |
Ф. Раус (1879–1970) |
В 1911 г. американский патолог Ф. Раус установил, что веретеноклеточная саркома кур может быть перенесена другим особям путем инъекции бесклеточных фильтратов опухоли, содержащих вирус (вирус саркомы Рауса). Это открытие явилось первым экспериментальным свидетельством в пользу вирусной природы злокачественных опухолей.
В 1915 г. английский ученый Ф. Туорт описал разрушение гнойного стафилококка (явление бактериофагии). В 1917 г. французско-канадский микробиолог Ф. д’ Эрелль открыл «микроорганизм чрезвычайно малых размеров, паразитирующего на бактериях» и назвал его «бактериофагом». Через два года он успешно провел первый эксперимент по лечению дизентерии с помощью бактериофага, предварительно проверив безопасность нового препарата на себе и сотрудниках института.
![]() |
![]() |
Ф.Х. Д’Эрель (1873–1949) |
У.М.Стэнли (1904–1971) |
В 1935 г. американский вирусолог и биохимик У.М. Стенли впервые очистил и выделил в кристаллическом виде вирус мозаики табака, открыв путь для получения чистых препаратов вирусов и их изучения (в 1946 г. совместно с Дж. Самнером и Дж. Нортропом получил Нобелевскую премию по химии).