Исторические этапы развития микробиологии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Казахстанско-Российский Медицинский Университет

Кафедра микробиологии, вирусологии и иммунологии

Исторические этапы развития микробиологии

Алматы 2011

Введение

Весь многообразный мир микробов изучает наука микробиология (от греч. micros -- малый, bios -- жизнь, logos -- учение). Микробиологию можно определить как науку, изучающую строение, биологию, экологию микробов -- мельчайших форм жизни животного и растительного происхождения, невидимых невооруженным глазом.

Она делится на ряд разделов и дисциплин, прежде всего на общую и частную. Общая микробиология по методам познания делится на анатомию (строение), физиологию, биохимию, генетику, экологию и эволюцию микробов. Частная микробиология по объектам изучения делится на медицинскую, ветеринарную, сельскохозяйственную, морскую, космическую, техническую.

Медицинская микробиология изучает микробов, патогенных для человека; ветеринарная -- болезнетворных для животных; сельскохозяйственная -- вызывающих заболевания у растений. Морская и космическая микробиология изучают микробов, соответственно обитающих в морях и океанах, водных бассейнах или в космическом пространстве.

Техническая микробиология изучает и реализует в практике возможности и свойства микробов синтезировать и производить в процессе своей жизнедеятельности ценные для человека продукты, например сахара, спирты, углеводы, белки, в том числе ферменты, кислоты и т.д. На базе технической микробиологии возникла биотехнология (см. главу 6).

В соответствии с объектами изучения микробиология подразделяется на ряд дисциплин: бактериологию, микологию, вирусологию, протозоологию, изучающих соответственно бактерии, грибы, вирусы и простейшие.

Медицинская микробиология изучает строение микробов, способных вызвать у человека болезни, их жизнедеятельность (физиологию), генетику, экологию, патогенез (механизм болезнетворности), основные клинические проявления инфекционных болезней, специфическую диагностику, профилактику и лечение инфекционных болезней, а также их эпидемиологические особенности.

1. Исторические этапы развития

Микробиология является довольно древней наукой, прошедшей длительный путь развития. Этот путь целесообразно разбить на 5 этапов, в зависимости от уровня и методов познания мира микробов: эвристический, морфологический, физиологический, иммунологический, молекулярно-генетический.

1.Эвристический этап связан с неожиданными находками и догадками {эврика -- неожиданная находка) о существовании на Земле каких-то невидимых живых существ, вызывающих болезни.

Как известно, микробы существовали на нашей планете задолго до появления животных и человека. Об этом свидетельствует обнаружение антигенов патогенных микробов, в частности возбудителя чумы, в останках древних захоронений человека. О существовании микробов догадывались уже древние мыслители и ученые. Еще в IIF--IV вв. до нашей эры основоположник медицины Гиппократ считал, что болезни человека вызываются какими-то невидимыми частицами, которые он называл неживыми миазмами, выделяемыми в болотистых и других местностях. О живой природе этих частиц начали догадываться только в III--IV вв. Поэт Ворон уж определенно писал о живой сущности миазмов.

В XIV--XV вв. итальянский врач Д.Фракасторо (1478-- 1553), изучая заболевания, передающиеся от человека к человеку, считал, что они вызываются "живыми контагиями". Д.Фракасторо впервые описал принципы борьбы с контагиозными болезнями и стал, таким образом, основоположником эпидемиологии.

Однако впервые человек увидел микробов своими глазами лишь в XVII в. Это стало возможным благодаря изобретению микроскопа. В XVI--XVII вв. широкое распространение в Европе (особенно в Голландии) получило шлифование стекол. Этим, в частности, занимался голландский коммерсант, торговец сукном Антони Ван Левенгук (1632--1723), проживавший в Дерпте. Он сконструировал на основе увеличительных стекол микроскоп с высокой разрешающей способностью, увеличивавший предметы в 300 раз. Будучи по своей природе пытливым и любознательным, А.Левенгук начал рассматривать под микроскопом все, что его интересовало: налет с зубов, кровь, слюну, сперму, пищевые продукты и т.д. К его удивлению, он обнаружил живые микроскопические существа, которые различались по форме и размерам. Он назвал их "анималькулюсами" ("зверьки"). Свои наблюдения, зарисовки "анималькулюсов" и их описания А.Левенгук направлял в виде писем (всего 120) в Британское королевское научное общество, а затем издал в виде отдельного труда. Все зарисовки и описания А.Левенгука были настолько точны, что сохранили свое значение и до наших дней. Первым россиянином, кто увидел микробов в микроскоп, был Петр I, работавший в те времена в Голландии на корабельных верфях; он увез в Россию первый микроскоп.

2. Морфологический этап

С момента открытия А.Левенгуком микробов начался морфологический период в развитии микробиологии. Он продолжается и до наших дней, так как наука открывает все новые и новые микробы. После открытия А.Левенгука было описано множество патогенных для человека и животных микробов. Однако необходимо было выяснить роль микробов в природе, их жизнедеятельность, биологические свойства и этиологическую роль в возникновении болезней человека и животных. Большое значение в изучении этиологии микробов сыграли работы русского эпидемиолога Д.Самойловича, его героический опыт по самозаражению чумой. Подобные эксперименты на себе для выявления болезнетворности микробов провели затем многие ученые: М.Петтенкоффер, И.И.Мечников И.Г.Савченко, Д.К.Заболотный, М.С.Балоян и многие другие. Эти ученые, рискуя своей жизнью, выполнили свой долг перед человечеством. Таким образом родилась наука деонтология -- наука о долге. И в наши дни многие ученые -- авторы разработанных новых микробиологических, иммунобиологических, фармацевтических препаратов, руководствуясь долгом, испытывают эти препараты прежде всего на себе.

Этиологическую роль микробов в возникновении болезней изучали также на модельных животных. Ф.Генле разработал, а выдающийся немецкий микробиолог Р.Кох (1843--1910) затем четко сформулировал пoлyчившyю название триаду Генле--Коха, по которой можно судить об этиологической роли микроба в возникновении болезни. Эта триада сводится к необходимости: 1) обнаружения микроба только при данной болезни и ни при какой другой; 2) выделения чистой культуры микроба; 3) доказательства в эксперименте способности чистой культуры возбудителя вызывать специфическую болезнь. Р.Кох внес большой вклад в развитие микробиологии, разработав способ получения чистых культур микроорганизмов, метод их окраски, микрофотосъёмки, открыв возбудителей холеры (запятая Коха) и туберкулеза (палочка Коха).

Открытие все новых возбудителей болезней продолжалось на протяжении XVII--XX вв. и осуществляется и в наши дни. За это время открыто и описано более 2000 видов бактерий и грибов -- возбудителей болезней человека. Выдающимся было обнаружение в 1892 г. вирусов -- нового царства микробов, примитивно устроенных, не имеющих клеточного строения, паразитирующих только в животных, растительных и бактериальных клетках. Честь открытия вирусов принадлежит русскому ученому, ботанику Санкт-Петербургского университета Д.И.Ивановскому (1864--1920). Со времени открытия Д.И.Ивановским первого вируса, вызывающего мозаичную болезнь табака, было обнаружено более 1000 вирусов, вызывающих болезни у человека, и огромное число вирусов, поражающих животных, птиц, членистоногих, растений и бактерий. Возникла новая дисциплина -- вирусология, основоположником которой и стал Д.И.Ивановский.

В конце XIX в. было обнаружено, что болезни человека и животных могут вызывать не только бактерии, но и простейшие: амебы, лейшмании, плазмодии малярии и др. Возникла протозоология -- учение о болезнях, вызываемых простейшими. Основоположниками протозоологии были русские исследователи Ф.А.Леш, открывший амебиаз, П.Ф.Боровский, открывший лейшманиоз, и французский врач Лаверан, описавший возбудителя малярии.

3. Физиологический этап

Открытие возбудителей болезней сопровождалось изучением их биологических свойств, разработкой номенклатуры и их классификации. Данный этап в развитии микробиологии можно назвать физиологическим. В этот период были изучены процессы и характеристики обмена веществ у бактерий: дыхание, потребность в органических и минеральных веществах, ферментативная активность, размножение и рост, культивирование на искусственных питательных средах и т.д.

Огромное значение для развития микробиологии в этот период имели открытия гениального французского ученого Луи Пастера (1822--1895). Он не только обосновал этиологическую роль микробов в возникновении болезней, но и открыл ферментативную природу брожения -- анаэробиоз (т.е. дыхание в отсутствие кислорода), опроверг положение о самозарождении бактерий, обосновал процессы дезинфекции и стерилизации, а также открыл и обосновал на примере бешенства и других инфекций принципы вакцинации, т.е. предохранительных прививок против микробов.

4. Иммунологический период

микробиология вирусология иммунологический медицина

С Л.Пастера начинается четвертый, иммунологический период в развитии микробиологии. Ученый в блестящих экспериментах на животных, использовав в качестве модели холеру кур, сибирскую язву и бешенство, разработал принципы создания специфической невосприимчивости к микробам путем вакцинации ослабленными, а также убитыми микробами. Он разработал способ аттенуации, т.е. ослабление (снижение) вирулентности микробов путем многократных пассажей через организм животных, а также путем выращивания их на искусственных питательных средах в неблагоприятных условиях. Введение животным штаммов с пониженной вирулентностью обеспечивало впоследствии защиту от заболеваний, вызываемых вирулентными микробами. Эффективность вакцинации аттенуированными штаммами микробов была блестяще подтверждена Л.Пастером при спасении людей, зараженных вирусом бешенства.

До Л.Пастера была известна возможность предохранительных прививок против натуральной оспы людей путем нанесения на кожу содержимого пустул (оспин), взятых от коров, больных коровьей оспой. Это впервые более 200 лет назад осуществил английский врач Э.Дженнер (1749--1823). Человечество с благодарностью отмечает это событие. Так, 1996 г., когда исполнилось 200 лет со дня оспопрививания, во всем мире был объявлен годом Дженнера. Однако вакцинации против оспы человека материалом, содержащим возбудителя оспы коров, носили чисто эмпирический характер и не привели к разработке общих научных принципов вакцинопрофилактики. Это было сделано Л.Пастером, который с большим уважением относился к Э.Дженнеру и в его честь предложил называть препараты, использующиеся для прививок, вакцинами (от фр. vaca -- корова).

Л.Пастер разработал не только принцип вакцинации, но и способ приготовления вакцин, который не потерял своей актуальности и в наши дни. Следовательно, Л.Пастер является основоположником не только микробиологии и иммунологии, но и иммунобио- технологии.?

Развитие иммунологии в конце XIX--начале XX вв. связано с именами двух выдающихся ученых -- русского зоолога И.И.Мечникова (1845--1916) и немецкого химика П.Эрлиха (1854--1915). Оба этих ученых, а также Пастер являются основоположниками иммунологии. И.И.Мечников, окончивший Харьковский университет и ставший профессором в 26 лет, более 28 лет работал рядом с Л.Пастером, являясь заместителем по науке Парижского пастеровского института, возглавляемого самим Л.Пастером. Этот институт был создан в 1888 г. на пожертвования как простых людей, так и правительств различных стран. Самое шедрое пожертвование сделал российский император Александр III. Пастеровский институт и в наши дни является одним из ведущих институтов мира. Не случайно именно в этом институте в 1983 г. Л.Монтанье открыл вирус иммунодефицита человека.

И.И.Мечников разработал фагоцитарную теорию иммунитета, т.е. заложил основы клеточной иммунологии, за что ему была присуждена Нобелевская премия. Одновременно эта же премия была присуждена и П.Эрлиху за разработку гуморальной теории иммунитета, объяснявшей механизмы защиты с помощью антител. Подтверждением гуморальной теории П.Эрлиха послужили работы Э.Беринга и С.Китазато, впервые приготовивших антитоксические дифтерийные сыворотки путем иммунизации лошадей дифтерийным токсином.

Наряду с разработкой вакцин и сывороток развивалось направление поиска химических противобактериальных препаратов, оказывающих бактериостатическое и бактерицидное действие. Основоположником этого направления был П.Эрлих, искавший "волшебную пулю" против микробов. Им впервые был создан препарат "Сальварсан" (препарат 606), губительно действующий на спирохеты -- возбудителя сифилиса. Это направление химиотерапии и химиопрофилактики интенсивно развивается и в настоящее время, имеет множество достижений, венцом которых является создание антибиотиков, открытых английским врачом А.Флемингом.

Иммунологический период развития микробиологии заложил прочную основу для выделения в качестве самостоятельной дисциплины иммунологии, а также обогатил микробиологию новыми иммунологическими методами исследования, что позволило поднять микробиологию на более высокий научный и практический уровень. Этому способствовали также успехи в области биохимии, молекулярной биологии, генетики, а впоследствии генной инженерии и биотехнологии. Начиная с 40--50-х годов XX в. микробиология и иммунология вступили в 5. молекулярно- генетический этап развития. Этот этап характеризуется расцветом молекулярной биологии, открывшей универсальность генетического кода человека, животных, растений и бактерий; молекулярные механизмы биологических процессов. Были расшифрованы химические структуры жизненно важных биологически активных веществ, таких как гормоны, ферменты и др.; осуществлён химический синтез биологически активных веществ. Расшифрованы, клонированы и синтезированы отдельные гены, созданы рекомбинантные ДНК; в практику внедряются генно- инженерные способы получения сложных биологически активных веществ и т.д.

5. Достижения современных микробиологии и иммунологии

Открытия в молекулярной биологии, генетике и генной инженерии не могли не сказаться на общем уровне развития микробиологии и иммунологии. Перечислим только основные, наиболее существенные и современные достижения микробиологии и иммунологии.

* Расшифровка на молекулярном уровне биологических процессов микробных клеток, обеспечивающих их жизнедеятельность.

* Выявление факторов патогенности микробов и процессов патогенеза инфекционных болезней.

* Расшифровка антигенной структуры бактерий и создание более чувствительных и информативных методов индикации и идентификации микробов. Осуществление химического и генно-инженерного синтеза многих антигенов.

* Установление химической структуры антител (иммуноглобулинов) и синтез антител в биологических системах. Разработка способа получения моноклональных антител гибридомной техникой.

* Расшифровка генома многих бактерий и вирусов, в том числе таких как ВИЧ, вируса гепатита В, оспы и др.

* Создание рекомбинантных штаммов бактерий и вирусов, не существовавших ранее в природе.

* Использование рекомбинантных штаммов бактерий и вирусов для получения в промышленных условиях разнообразных биологически активных веществ (антибиотиков, гормонов, ферментов, иммуномодуляторов, антигенов и др.), а также для разрушения (дефадации) с помощью микробов веществ, загрязняющих окружающую среду.

* Разработка диагностических систем, основанных на иммунологических и генетических принципах, для клинической микробиологии и иммунологии.

* Разработка принципиально новых молекулярных и генно- инженерных противобактериальных и противовирусных вакцин.

* Развитие учения об иммунитете как способе зашиты организма от генетически чужеродных веществ инфекционной и неинфекционной природы. Расшифровка строения и основных принципов функционирования иммунной системы, основанных на кооперации Г-, В- и Л-клеток.

* Открытие основных форм реагирования иммунной системы и принципов ее регуляции с помощью иммуноцитокинов.

* Создание современных теорий иммунитета: клонально-селекционной (Ф.Бернет) и молекулярно-генетической (С.Тонегава). Открытие явления иммунологической толерантности (П.Медовар и М.Гашек) и иммунологической памяти (Ф.Бернет).

* Развитие клинической иммунологии. Разработка комплекса методов для оценки нормального состояния иммунной системы (иммунный статус) и отклонений в ее функционировании (первичные и вторичные иммунодефициты). Разработка способов коррекции работы иммунной системы с помощью иммуномодуляторов.

* Генодиагностика и генотерапия иммунодефицитов.

Перечисленные основные достижения микробиологии и иммунологии имели огромное значение для профилактической и клинической медицины. Свидетельством этому является присуждение Нобелевской премии за более чем 20 работ в области микробиологии и иммунологии: И.И.Мечникову, П.Эрлиху, Р.Коху, Ф.Бернету, П.Медовару и М.Гашеку, Д.Эдельману и Р.Портеру, Д.Келлеру и У.Мильштейну, С.Тонегаве и др. Во времена Л.Пастера эта премия еще не была учреждена, этот гениальный ученый ее не получил.

Достижения фундаментальной микробиологии и иммунологии дали "толчок" к быстрому и интенсивному развитию биотехнологии и ее раздела иммунобиотехнологии. Современная биотехнология широко использует микробы, как природные, так и рекомбинантные штаммы для получения в промышленных условиях антибиотиков, ферментов, вакцин, гормонов, антигенов, иммуномодуляторов (интерфероны, интерлейкины, факторы роста и активации и др.), диагностических препаратов, иммуноглобулинов и других иммунореагентов. В настоящее время с помошью иммунобиотехнологических методов разработаны и произведены более тысячи иммунобиологических препаратов, применяющихся для диагностики, профилактики и лечения инфекционных и неинфекционных болезней. Успехи микробиологии и иммунологии последних десятилетий позволили резко снизить уровень инфекционных болезней, предотвратить развитие обширных угрожающих эпидемий, а некоторые болезни полностью ликвидировать. Благодаря вакцинации исчезла натуральная оспа, практически ликвидированы эпидемии полиомиелита, резко снижена заболеваемость корью, коклюшем, дифтерией, столбняком, туляремией, сибирской язвой и другими опасными болезнями. Большие надежды на иммунопрофилактику возлагаются в системе борьбы с ВИЧ-инфекцией, вирусными гепатитами, краснухой, паротитом и др.

Заключение

Таким образом все эти ученые внесли огромный вклад в развитие современной микробиологии и иммунологии. И знание того, как они сделали открытия, могут помочь для более новые исследования.

Размещено на Allbest.ru