Перспективы современной микробиологии

Размещено на http://www. allbest. ru/

ГБОУ СПО НО «Арзамасский медицинский колледж»

Выксунский филиал

Реферат на тему:

Предмет «Основы микробиологии и иммунологии»

«Перспективы современной микробиологии»

Студентка: Корнякова М. А.

Группа С-120

Проверил: Шемяков И. Б.

Выкса 2014

Введение

Уже к концу XIX века микробиология в зависимости от выполняемых задач начинает подразделяться на ряд направлений. Так, исследования основных законов существования микроорганизмов и их разнообразия относят к общей микробиологии, а частная микробиология изучает особенности их разных групп. Задача природоведческой микробиологии - выявление способов жизнедеятельности микроорганизмов в естественных местах обитания и их роли в природных процессах. Особенности болезнетворных микроорганизмов, вызывающих заболевания человека и животных, и их взаимодействие с организмом хозяина изучают медицинская и ветеринарная микробиология, а микробные процессы в земледелии и животноводстве исследует сельскохозяйственная микробиология. Почвенная, морская, космическая и т. д. микробиология - это разделы, посвященные свойствам специфических для этих природных сред микроорганизмам и процессам, с ними связанным. И наконец, промышленная (техническая) микробиология как часть биотехнологии изучает свойства микроорганизмов, используемых для различных производств. В то же время от микробиологии отделяются новые научные дисциплины, занимающиеся изучением определенных более узких групп объектов (вирусология, микология, альгология и др. ). В конце XX века усиливается интеграция биологии наук и многие исследования происходят на стыке дисциплин, образуя такие направления, как молекулярная микробиология, генная инженерия и др

1. Начальный период развития микробиологии

микробиология болезнетворный вирус инфекционный

Мысль о существовании невидимых живых существ возникла еще в глубокой древности. Однако открытие мира микроорганизмов произошло только в XVII в. Первооткрывателем микробов явился Антоний Левенгук (1632-1723). Овладев искусством шлифования стекол, он изготовил линии, которые давали большие увеличения. С их помощью Левенгук обнаружил мельчайших «живых зверьков» в дождевой воде, зубном налете, загнившем мясе и других предметах. Таким образом, был установлен сам факт существования микроорганизмов, хотя роль их продолжала оставаться неизвестной. Предположения о роли микроорганизмов в возникновении заразных болезней человека, и прежде всего чумы, высказывались некоторыми учеными и врачами (А. Кирхер, Д. Самойлович и др. ) еще в конце XVI в. Однако только в 30-х годах XIX в. , после обнаружения трихомонад в вагинальном содержимом женщин, страдающих трихомонозом, а также грибов у больных фавусом (пар­шей) и трихофитией (стригущим лишаем), позволило французскому медику Я. Генле сформулировать идею о связи между инфекциями и их возбудителями. Эта связь проявлялась в способности возбудителя размножаться в тканях и вызывать типичное течение инфекционных болезней. В 1849-1850 гг. были описаны палочковидные бактерии, обнаруженные в крови коров и овец, больных сибирской язвой. Эти и другие наблюдения предшествовали признанию этиологической роли микроорганизмов в инфекционных заболеваниях людей и животных.

2. Развитие микробиологии во второй половине XIX в.

Развивающаяся винодельческая промышленность Франции и других стран требовала решения ряда биотехнологических вопросов. В частности, выяснения и устранения причин скисания вина. Однако его природа оставалась загадкой. В области медицины также назрела необходимость установления причин нагноения ран и природы заразных заболеваний. Французский химик Луи Пастер (1822-1895) экспериментально доказал, что спиртовое брожение вызывается определенными видами микроорганизмов, а скисание вина связано с попаданием в виноградный сок посторонних видов, вызывающих уксуснокислое брожение. Для борьбы с ним он предложил метод термической обработки виноградного сока. Полученные данные позволили Пастеру допустить, что инфекционные болезни человека представляют по сути «брожение соков организма», вызванное определенными микроорганизмами. Они же являются виновниками гнойных послеоперационных осложнений. Идеи Пастера разделил и английский хирург Д. Листер, который впервые использовал раствор карболовой кислоты для обеззараживания ран. В эти же годы Пастер доказал, что родильная горячка, фурункулез, остеомиелит и сибирская язва вызываются определенными микроорганизмами. Работая с микроорганизмами -- возбудителями куриной холеры, он получил культуры, потерявшие болезнетворные свойства. Прививка здоровым птицам такового штамма предохраняла их от последующего заражения болезнетворными возбудителями. Пастер назвал данный метод вакцинацией в честь Э. Дженнера, который еще в 1797 г. использовал прививки материала, взятого от больных оспой коров (осповакцины) для предупреждения заболеваний натуральной оспой среди людей. Таким образом, открытие Дженнером отдельного факта, сущность которого оставалась неясной на протяжении почти 100 лет, было преобразовано Пастером в общую закономерность, свойственную болезнетворным микроорганизмам. Он открыл способ превращения смертельного «яда» в «противоядие» -- вакцину. Вершиной всей научной деятельности Пастера и апофеозом торжества микробиологической науки стали исследования, закончившиеся в 1886 г. изготовлением вакцины против бешенства. Хотя Пастеру не удалось обнаружить возбудителя бешенства у больных собак, он доказал, что последний находится в головном мозге больных животных. Одной из первых стран, где было налажено производство антирабической вакцины по методу Пастера, оказалась Россия. В июне 1886 г. II. И. Мечников и Н. Ф. Гамалея организовали в Одессе лабораторию, в которой начали проводить прививки против бешенства. Эта лаборатория в честь Пастера была названа Пастеровской станцией. Гениальные идеи и открытия JI. Пастера составили целую эпоху в биологии и медицине и нашли широкое практическое применение. Он явился основоположником микробиологии как фундаментальной науки, так и основателем французской школы микробиологов, которая оказала существенное влияние на развитие микробиологии в других странах и прежде всего в России.

Примерно в те же годы сформировалась и успешно работала немецкая школа микробиологов во главе с Робертом Кохом (1843-1910). . Велика роль Коха в разработке основных методов изучения микроорганизмов. Так, он ввел в микробиологическую практику метод выделения чистых культур бактерий на твердых питательных средах, использовал анилиновые красители для окраски микробных клеток и применил для их микроскопического изучения иммерсионные объективы и микрофотографирование. В 1882 г. Кох доказал, что выделенный им микроорганизм является возбудителем туберкулеза, который был впоследствии назван палочкой Коха. В 1883 г. Кох с сотрудниками выделил возбудителя холеры -- холерный вибрион (вибрион Коха). С 1886 г. Кох полностью посвящает свои исследования поискам средств, эффективных для лечения или профилактики туберкулеза. В ходе исследований был получен первый противотуберкулезный препарат -- туберкулин. Хотя туберкулин не обладает лечебным действием, его с успехом применяют для диагностики туберкулеза. В 1905 г. ему была присуждена Нобелевская премия по медицине. Используя методы, разработанные Кохом, французские и немецкие бактериологи открыли многие бактерии, спирохеты и простейшие -- возбудители инфекционных болезней человека и животных. Среди них возбудители гнойных и раневых инфекций: стафилококки, стрептококки, клостридии анаэробной инфекции, кишечная палочка и возбудители кишечных инфекций (брюшнотифозная и паратифозные бактерии, дизентерийные бактерии Шига), возбудитель кровяной инфекции -- спирохета возвратного тифа, возбудители респираторных и многих других инфекций, в том числе вызванных простейшими (плазмодии малярии, дизентерийная амеба, лейшмании). Этот период называют «золотым веком» микробиологии. Тогда же была открыта способность некоторых бактерий образовывать токсины (экзотоксины).

3. Развитие микробиологии в первой половине XX В.

Бурное развитие микробиологии в последние десятилетия XIX в. закончилось к началу XX в. Основные цели и задачи, которые встали перед микробиологией в этот период, заключались в дальнейшем изучении болезнетворных микроорганизмов, открытии новых возбудителей, особенно вирусов, а также средств борьбы с вызываемыми ими инфекционными заболеваниями и усовершенствовании методов их диагностики. В первые десятилетия текущего столетия продолжалось выделение и изучение возбудителей инфекционных болезней, вызывающих возвратный тиф, лептоспироз, сифилис и др. В данный период американским микробиологом Риккетсом и независимо от него Э. Роха-Лимой и С. Провацеком была открыта новая группа микроорганизмов, получившая впоследствии название риккетсий (возбудители сыпного тифа и других лихорадок). Позднее были открыты хламидии, вызывающие трахому, орнитозы; болезнетворные простейшие возбудители токсоплазмоза. Особый интерес представили открытия фильтрующихся агентов, размеры которых были значительно меньше размеров бактерий и простейших, что позволяло им проходить через фильтры, задерживающие другие микроорганизмы. Поэтому они получили название фильтрующихся вирусов. После открытия вируса табачной мозаики и вируса ящура в 1901 г. был выделен первый фильтрующийся вирус, вызывающий желтую лихорадку у человека. Затем были описаны подобные агенты, вызывающие полиомиелит, ветряную оспу, грипп и другие заболевания человека. Таким образом, в течение двух десятилетий были описаны необычные возбудители инфекционных заболеваний растений, животных и человека. Они были названы фильтрующимися вирусами (лат. virus -- яд). Точнее, были открыты не сами вирусы, а инфекционное начало, содержащееся в фильтрате материалов, взятых для исследования. Впоследствии, когда оказалось, что фильтруемость присуща не только вирусам, но и некоторым формам бактерий (L-формы) и микоплазмам, их просто стали называть вирусами. Следует особо отметить открытие П. Раусом в 1911 г. онкогенного вируса, вызывающего саркому у кур, и д'Эррелем в 1917 г. Бактериофага -- вируса, поражающего бактерий. В 1944 г. в Институте им. Листера М. Итоном и др. был выделен возбудитель атипичной пневмонии, являющийся первым представителем нового класса микроорганизмов -- микоплазм. Классические работы Пастера по вакцинопрофилактике сибирской язвы и бешенства стимулировали поиски новых вакцин. Французскими ветеринарными врачами Ш. Кальметом и К. Гереном была получена вакцина из туберкулезной палочки, названная БЦЖ (BCG -- первые буквы фамилий этих ученых), которая до сих пор используется для вакцинации детей против туберкулеза. В 20-х годах Г. Рамоном были созданы анатоксины (токсины, обезвреженные формалином) для профилактики дифтерии и столбняка. Кроме того, продолжались исследования по серологической диагностике инфекционных заболеваний, основанные на выявлении антител в сыворотке крови больных и переболевших людей. Так были разработаны серологические реакции для диагностики сифилиса (реакция Вассермана), брюшного тифа и паратифов (реакция Видаля), сыпного тифа (реакция Вейля -- Феликса). Вместе с тем применение лечебных сывороток, содержащих антитела к возбудителям заболеваний или их токсинам, нередко сопровождалось тяжелыми осложнениями и даже смертельным исходом. Так было положено начало изучению иммунопатологических реакций организма (аллергия и др. ), которое продолжается и в настоящее время. В первой половине XX столетия произошло и другое важное событие в истории микробиологии и медицины -- становление и развитие химиотерапии. Основоположник этого направления -- П. Эрлих. Химиотерапевтические идеи Эрлиха, соответствующие его иммунологическим воззрениям, получили свое выражение в концепции «большой стерилизующей терапии». Они заключались в создании химических соединений ,которые избирательно фиксируясь на рецепторах микробной клетки, оказывают угнетающее действие только на нее, не затрагивая при этом клеток организма. В начале 30-х годов был синтезирован противомалярийный препарат-- плазмахин, заменяющий естественный алкалоид хинин, который позднее под названием плазмоцид был получен в СССР. В 1932 г. в Германии, а затем в СССР был синтезирован второй заменитель хинина -- атебрин (акрихин). В те же годы в Германии Г. Домакгом был получен первый антибактериальный препарат, действующий на стрептококки, гонококки и некоторые другие бактерии. Он представлял собой производное сульфаниламида, связанное с красителем. Вскоре было показано, что его антибактериальная активность обусловлена сульфаниламидом, а не красителем. Очищенный препарат был выпущен в продажу под названием белого стрептоцида. В 1937 г. советскими химиками И. И. Постовским и Л. Н. Гульдеревым и независимо от них Эваном и Филипсом было синтезировано другое производное сульфаниламида-- сульфидин, который действовал на пневмококки и другие бактерии. В последующие годы было получено огромное количество сульфамиламидов, из которых практическое применение нашли немногие. Это объясняется довольно узким антибактериальным спектром этих препаратов, формированием резистентных к ним бактерий и другими причинами После начала Второй мировой войны потребовались новые лечебные препараты, прежде всего для борьбы с гнойными раневыми инфекциями. Еще в 1928 г. английский микробиолог А. Флеминг обратил внимание на отсутствие роста стафилококков вокруг колоний зеленой плесени -- гриба рода Penicillium. Однако выделить продуцируемое этим грибом антибактериальное вещество, названное Флемингом пенициллином, ему не удалось. Только в 1940 г. английскими исследователями Г. Флори и Э. Чейном была получена стабильная форма пенициллина (в виде его соли). Огромный успех, сопутствующий клиническому применению пенициллина при гнойных инфекциях и сепсисе, стимулировал проведение широких исследований, направленных на поиски новых антибактериальных веществ, выделяемых грибами. Эти вещества, по предложению американского микробиолога Э. Ваксмана, были названы антибиотиками. В 1944 г. Ваксман с сотрудниками получили новый антибиотик из актиномицетов, который они назвали стрептомицином. Он обладал высокой антибактериальной активностью в отношении многих бактерий, в том числе туберкулезной палочки. В 1943 г. производство пенициллина было налажено в США. В конце Великой Отечественной войны пенициллин начал производиться в нашей стране под руководством З. В. Ермольевой. Сенсационными успехами химиотерапии заканчивается первая половина XX в.

4. Развитие микробиологии во второй половине XX в.

Конец 40-х и начало 50-годов характеризуется начавшейся научно-технической революцией. Выход проводившихся исследований на молекулярный уровень стимулировал бурное развитие микробиологии, вирусологии, иммунологии и других естественных наук. В 1944 г. американские ученые О. Эвери, К. Мак-Леод и К. Мак-Карти представили экспериментальные данные, свидетельствующие о роли ДНК в передаче наследственных признаков у пневмококков. Таким образом, были получены первые доказательства, что материальной основой наследственности является ДНК. Окончательный переворот в сознании генетиков, микробиологов и других специалистов произошел в 1953 г. , когда аспирант Д. Уотсон и научный сотрудник биохимик Ф. Крик в Кембриджском университете раскрыли структуру ДНК.

Особое внимание микробиологов в эти годы привлекли к себе работы по генетике. Открытие обособленных фрагментов ДНК -- плазмид, а позднее других внехромосомных факторов наследственности транспозонов и Is-последовательностей, было качественно новым этапом развития генетики микроорганизмов. В течение 60-70-х годов было доказано, что плазмиды существенно влияют на болезнетворные свойства микроорганизмов, их резистентность к химиотерапевтическим препаратам и на другие признаки. Вместе с тем универсальность генетического кода позволила установить с помощью бактерий и вирусов общие молекулярно-генетические закономерности, свойственные всем живым организмам. Уже в 60-70-х годах произошло становление генной инженерии, которая внесла принципиально новые идеи и методы в биотехнологию промышленного производства биологически активных веществ (гормонов, ферментов, интерферона, вакцин и др. ).

5. Перспективы развития микробиологии

В современной микробиологии можно выделить несколько основных направлений. С развитием и совершенствованием методологического арсенала биологии активизировались фундаментальные микробиологические исследования, посвященные выяснению путей метаболизма и способов их регуляции. Бурно развивается систематика микроорганизмов, ставящая цель создать такую классификацию объектов, которая отражала бы место микроорганизмов в системе всего живого, родственные связи и эволюцию живых существ, т. е. осуществить построение филогенетического древа. Изучение роли микроорганизмов в природных процессах и антропогенных системах (экологическая микробиология) крайне актуально в связи с повышенным интересом к современным экологическим проблемам. Значительное внимание привлекают исследования популяционной микробиологии, занимающейся выяснением природы межклеточных контактов и способов взаимодействия клеток в популяции. Не теряют актуальности те направления микробиологии, которые связаны с применением микроорганизмов в человеческой деятельности. Дальнейшее развитие микробиологии в XXI веке наряду с накоплением фундаментальных знаний призвано помочь решению ряда глобальных проблем человечества. В результате варварского отношения к природе и повсеместного загрязнения окружающей среды антропогенными отходами возник значительный дисбаланс в круговоротах веществ на нашей планете. Только микроорганизмы, обладая широчайшими метаболическими возможностями, высокой пластичностью обмена веществ и значительной устойчивостью к повреждающим факторам, могут преобразовать стойкие и токсичные загрязнения в безвредные для природы соединения, а в ряде случаев и в пригодные для дальнейшего использования человеком продукты. Тем самым понизится выброс так называемых «парниковых газов» и стабилизируется газовый состав атмосферы Земли. Осуществляя защиту окружающей среды от загрязнений, микроорганизмы одновременно будут способствовать постоянству глобального круговорота элементов. Микроорганизмы, развиваясь на отходах промышленности и сельского хозяйства, могут служить альтернативными источниками топлива (биогаза, биоэтанола и других спиртов, биоводорода и т. д. ). Это позволит решить энергетические проблемы человечества, связанные с истощением полезных ископаемых (нефти, угля, природного газа, торфа). Восполнение продовольственных ресурсов (особенно белковых) возможно путем введения в рацион питания дешевой микробной биомассы быстрорастущих штаммов, полученной на отходах пищевой промышленности или на очень простых средах. Сохранению здоровья человеческой популяции будут способствовать не только тщательное изучение свойств патогенных микроорганизмов и выработка методов защиты от них, но и переход на «природные лекарства» (пробиотики), повышающие иммунный статус человеческого организма. Для развития общей микробиологии в последние десятилетия характерна все более углубляющаяся дифференциация, приводящая к выделению новых самостоятельных направлений. Наряду с продолжающимся развитием экологического направления, связанного с изучением разнообразия мира микробов, принципов и методов их систематики, изучением морфологических, цитологических и цитохимических особенностей микробной клетки шло развитие физиологии микроорганизмов. Оно касалось не только изучения уже названных физиологических свойств микроорганизмов на клеточном, субклеточном и молекулярном уровнях, но и способности отдельных групп микроорганизмов синтезировать биологически активные вещества, белки и аминокислоты, а также подвергать молекулярной трансформации сложные органические соединения. Следует отметить, что увлечение исследованиями биохимии микробиологических процессов привело к некоторому стиранию граней между биохимией, физиологией и общей микробиологией, к утрате последней ее научной специфики и конкретности в определении научных задач. Оно сопровождалось также некоторым отвлечением внимания ученых от выяснения специфики микроорганизмов как живых биологических объектов. Сложившаяся в общей микробиологии ситуация явилась предметом детального обсуждения на XI Международном микробиологическом конгрессе в Мексике (1970).

Заключение

С начала ХХ-го века, наука достигла огромных успехов. Созданы атомная энергетика, радиолокация, телевидение, магнитофоны, компьютеры, сверхзвуковая авиация, полимеры, волоконная оптика, транзисторы и интегральные микросхемы, жидкокристаллические дисплеи, лазеры, сотовая связь и Интернет, ракетно-комическая техника. В значительной степени всё это стало возможно благодаря достижениям фундаментальной физики XIX-XX вв., прежде всего, максвелловской электродинамики и квантовой механики.

Открыты структура ДНК, генетический код живых организмов и на этой основе развиваются генная инженерия и клонирование, механизм мутаций и эволюции биологических организмов. Проводится пересадка органов. Возникли новые отрасли науки, например, синергетика и фрактальная геометрия.

Нет никаких оснований считать, что развитие мысли остановится. Наоборот, развитие науки и технологии пойдет еще быстрее. Следует заметить, что 80% ученых, когда-нибудь живших на земле, - это наши современники.

Размещено на Allbest. ru