Этапы развития микробиологии

МИКРОБИОЛОГИЯ

ЭМПИРИЧЕСКИЙ ПЕРИОД

Микробиология (от греч. mikros -- малый) как наука о микроорганизмах, их строении и жизнедеятельности, а также изменениях, вызываемых ими в организмах людей, животных, растений и в неживой природе, возникла во второй половине XIX в. Ее формирование проходило в тесной связи с практической деятельностью человека, историческим развитием, общим прогрессом науки (биологии, физики, химии) и техники (открытие и совершенствование микроскопии и других методов исследования). В процессе своего развития микробиология дифференцировалась на общую, медицинскую, сельскохозяйственную, ветеринарную, санитарную, промышленную и др. Для подготовки специалистов-медиков особое значение имеет медицинская микробиология. Она подразделяется на бактериологию, вирусологию, микологию, иммунологию, протозоологию.

В истории микробиологии выделяют два основных периода: эмпирический (до второй половины XIX в.) и экспериментальный, начало которого связано с деятельностью Л. Пастера.

Идея о живой природе заразного начала, уносившего тысячи (а во время крупных эпидемий и пандемий миллионы) человеческих жизней, формировалась в течение тысячелетий. Эмпирические догадки о живом возбудителе высказывались в трудах Тита Лукреция Кара (95--55 гг. до н. э.), Плиния Старшего (23--75 гг. н. э.), Галена (ок. 131--ок. 201 гг. н. э.), Ибн Сины (980--1037) и других выдающихся мыслителей прошлого.

Частые эпидемии повальных болезней в средневековой Европе способствовали накоплению сведений о путях заражения. Выдающимся обобщением этого опыта явился классический труд итальянского ученого эпохи Возрождения Джироламо Фракасторо (1478--1553) «О контагии, контагиозных болезнях и лечении».

Создание первых оптических приборов в начале XVII в. открыло новую эру в истории микробиологии. А. ван Левенгук (см. с. 228) был первым исследователем, который обнаружил живые микроорганизмы и описал их в своем труде «Тайны природы, открытые Антонием Левенгуком» (1695). Тем не менее, до обнаружения первых патогенных микроорганизмов и научно обоснованного метода борьбы с ними оставалось почти два столетия эмпирических поисков.

Важным этапом этого пути явилась деятельность российского врача Д. С. Самойловича, который впервые высказал идею о специфичности чумы. Будучи убежденным, что чума вызывается «особливым и совсем отменным существом», он пришел к идее предупреждения этой болезни посредством введения в организм ослабленного заразного начала. В подтверждение тому в 1803 г. Д. С. Самойлович ввел себе заразный материал, взятый от человека, выздоравливавшего от чумы бубонной формы.

Оспопрививание

«Исследовать, -- писал канадский патофизиолог и эндокринолог Ганс Селье, -- это видеть то, что видят все, и думать так, как не думал никто». Эти слова в полной мере относятся к английскому врачу Эдварду Дженнеру (Jenner, Edward, 1749--1823), который заметил, что у крестьянок, доивших коров, больных коровьей оспой, на руках образуются пузырьки, напоминающие оспенные пустулы. Через несколько дней они нагнаиваются, подсыхают и рубцуются, после чего эти крестьянки никогда не заболевают натуральной оспой.

В течение 25 лет Дженнер проверял свои наблюдения и 14 мая 1796 г. провел публичный эксперимент по методу вакцинации (от. лат. vacca---корова): привил восьмилетнему мальчику Джеймсу Фиппсу (Phipps James) содержимое пустулы с руки крестьянки Сары Нельме (Nelmes Sarah), заразившейся коровьей оспой (рис. 122). Полтора месяца спустя Э. Дженнер ввел Джеймсу содержимое пустулы больного натуральной оспой -- мальчик не заболел. Повторная попытка заразить мальчика оспой спустя пять месяцев также не дала никаких результатов--Джеймс Фиппс оказался невосприимчивым к этому заболеванию. Повторив этот эксперимент 23 раза, Э. Дженнер в 1798 г.. опубликовал статью «Исследование причин и действий коровьей оспы». В том же году вакцинация была введена в английской армии и на флоте, а в 1803 г. было организовано Королевское дженне-ровское общество (Royal Jennerian Society), возглавлявшееся самим Дженнером. Общество ставило своей целью широкое введение вакцинации в Англии. Только за первые полтора года его деятельности было привито 12 тыс. человек, и смертность от оспы снизилась более чем в три раза.

В 1808 г. оспопрививание в Англии стало государственным мероприятием. Э. Дженнер был избран почетным членом почти всех научных обществ Европы. «Ланцет Дженнера,-- писал Дж. Симпсон,-- спас гораздо больше человеческих жизней, чем погубила шпага Наполеона». Тем не менее, даже в Англии долгое время широко бытовало скептическое отношение к методу Дженнера: невежды полагали, что после прививок коровьей оспы у пациентов вырастут рога, копыта и другие признаки анатомического строения коровы.

Борьба с оспой -- выдающаяся глава в истории человечества. За много веков до открытия Дженнера на древнем Востоке применяли метод инокуляции (вариаоляции): содержимое пустул больного натуральной оспой средней тяжести втирали в кожу предплечья здорового человека, который, как правило, заболевал нетяжелой формой оспы, хотя наблюдались и смертельные исходы.

В XVIII в. жена английского посла в Турции Мэри Уортлей Монтегю перенесла метод инокуляции с Востока в Англию. Врачи вели широкую полемику о положительных и отрицательных сторонах инокуляции, которая все же широко распространялась в странах Европы и Америки.

В России Екатерина II и ее сын Павел в 1768 г. подвергли себя инокуляции, для чего из Англии был выписан врач Т. Димсдаль. Во Франции в 1774 г., в год смерти от оспы Людовика XV, был инокулирован его сын Людовик XVI. В США Дж. Вашингтон приказал инокулировать всех солдат своей армии.

Открытие Дженнера явилось поворотным пунктом в истории борьбы с оспой. Первая вакцинация против оспы в России по его методу была сделана в 1802 г. профессором Е. О. Мухиным мальчику Антону Петрову, который в честь этого знаменательного события получил фамилию Вакцинов. Одновременно в Прибалтике вакцинацию по методу Дженнера успешно внедрял И. Гун.

Вакцинация того времени значительно отличалась от сегодняшнего оспопрививания. Антисептики не существовало (о ней не знали до конца XIX в.). Прививочным материалом служило содержимое пустул привитых детей, .а значит, была опасность побочного заражения рожей, сифилисом и т. п. Исходя из этого, А. Негри в 1852 г. предложил получать противо-оспенную вакцину от привитых телят.

Понадобилось почти 200 лет для того, чтобы человечество проделало путь от открытия Дженнера до открытия вируса натуральной оспы (Э. Пашен, 1906) и добилось полной ликвидации этого опасного инфекционного заболевания на всем земном шаре.

Программа ликвидации оспы предложена делегацией СССР на XI Ассамблее ВОЗ в 1958 г. и осуществлена совместными усилиями всех стран мира.

Антисептика и асептика

Эмпирические начала антисептики (от греч. anti -- против и septicos -- гнилостный, вызывающий нагноение) связаны с именем венгерского врача Игнаца Земмельвейса (Semmelweis, Ignaz Philipp, 1818--1865). Работая в акушерской клинике профессора Клейна в Вене, он обратил внимание на то, что в одном отделении, где обучались студенты, смертность от родильной горячки достигала 30%, а в другом, куда студенты не допускались, смертность была невысокой. После длительных поисков, не зная еще о роли микроорганизмов в развитии сепсиса, Земмельвейс показал, что причиной родильной горячки являются грязные руки студентов, которые приходят в родильное отделение после анатомирования трупов. Объяснив причину, он предложил метод защиты -- мытье рук раствором хлорной извести, и смертность снизилась до 1--3% (1847). Тем не менее при жизни Земмельвейса крупнейшие западно-европейские авторитеты в области акушерства и гинекологии не признали его открытия.

В России мытье рук обеззараживающими растворами применяли И. В. Буяльский и Н. И. Пирогов, которые внесли свой вклад в развитие антисептики и асептики.

Научного обоснования антисептики и асептики не было до работ Л. Пастера, который показал, что процессы брожения и гниения связаны, с жизнедеятельностью микроорганизмов (1863). Идею Пастера в хирургию впервые принес английский хирург Джозеф Листер (Lister, Joseph, 1827--1912), который связал нагноение ран с попаданием и развитием в них бактерий. Дав научное объяснение - хирургической инфекции, Листер впервые разработал теоретически обоснованные мероприятия по борьбе с ней. Его система основывалась на применении 2--5% растворов карболовой кислоты (водных, масляных и спирторых) и включала в себя элементы антисептики (уничтожение микробов в самой ране) и асептики (обработка предметов, соприкасающихся С раной: рук хирурга, .инструментов, перевязочного материала). Придавая большое значение воздушной инфекции, Листер распылял карболовую кислоту и в воздухе операционной (carbolic spray) (рис. 123). В 1867 г. в журнале «Lancet» Дж. Листер опубликовал ряд статей («On the antiseptic principle iri the practice of surgery» и др.). в которых изложил существо своего метода, подробно раскрытое в его последующих работах.

Учение Дж. Листера открыло новую антисептическую эру в хирургии. Дж. Листер был избран почетным членом многих европейских научных обществ и являлся президентом Лондонского королевского общества (1895-- 1900).

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ ПЕРИОД

Медицинская микробиология как наука оформилась во второй половине XIX в. Ее становление и первые важнейшие открытия связаны с деятельностью выдающегося французского ученого химика и микробиолога Луи Пастера (Pasteur, Louis, 1822-- 1895) --основоположника научной микробиологии и иммунологии.

Достижения в области микробиологии открыли большие перспективы в развитии промышленности (от изготовления уксуса, вина и пива во Франции времен Пастера до синтеза биологически активных веществ), сельского хозяйства (развитие шелководства, борьба с эпизоотиями, сохранение продуктов), сделали возможным научно обоснованную борьбу с эпидемиями (изготовление вакцин, сывороток и т. п.).

Успехи микробиологии обострили борьбу в философии между сторонниками материализма и идеализма (например, в вопросе о самопроизвольном зарождении) и еще раз обратили внимание ученых на значение социальных факторов в развитии инфекционных заболеваний.

Развитие иммунологии

Еще до открытий Пастера ученые разных стран показали, что некоторые инфекционные заболевания вызываются специфическими микроорганизмами. Тем не менее, как заметил Роберт Брйль еще в XVII в., природу заразных болезней поймет тот, кто объяснит природу брожения.

Этим ученым стал Паетер. В возрасте 36 лет он защитил докторскую диссертацию, представив две работы: по химии и физике кристаллов. Основными открытиями Пастера являются: ферментативная природа молочно-кислого (1857), спиртового (1860) и масляно-кислого (1861) брожения, изучение болезней вина и пива (с 1857 г.), опровержение гипотезы самопроизвольного зарождения (1860, премия Французской Академии наук), исследование болезней шелковичных червей--пебрина (1865), основы представлений об искусственном иммунитете (на примере куриной холеры, 1880), создание вакцины против Сибирской язвы (1881) путем искусственного изменения вирулентности микроорганизмов, создание антирабической вакцины (1885). Даты этих великих открытий запечатлены на мемориальной доске дома Пастера в Париже, где располагалась его первая лаборатория.

Их значение для экономики Франции было столь велико, что английский естествоиспытатель и врач Томас Гексли имел все основания сказать, «то прибыли, полученные Францией в результате открытий Пастера, превысили контрибуцию, наложенную на нее Пруссией в 1871 г. Однако только к концу жизни Л. Пастер получил мировое признание.

Открытия Пастера явились основой для развития медицинской микробиологии и борьбы с инфекционными заболеваниями. В 1885 г. Пастер организовал в Париже первую в мире антирабическую станцию. Вторая антирабическая станция была создана И. И. Мечниковым в Одессе в 1886 г. Затем бактериологические станции стали организовываться в Петербурге, Москве, Варшаве, Самаре и других городах России раньше, чем в других странах.

В 1888 г. в Париже на средства, собранные по международной подписке, был создан специальный институт по борьбе с бешенством и другими инфекционными заболеваниями. Работой института руководил Пастер. Впоследствии Институт Пастера (как он был назван по предложению Французской Академии наук) стал крупнейшим центром научной мысли в области микробиологии. В его стенах работали Э. Ру. Айерсен, Э. Дюкло, российские ученые: И. И. Мечников (вице-директор, 1904--1916), Н. Ф. Гамалея, А. М. Безредка, Д. К. Заболотный, Ф. Я. Чистович, Г. Н. Габричевский, Л. А. Тарасевич, В. М. Хавкйн и другие.

Организатором первой в России Пастеровской станции по борьбе с бешенством и другими инфекционными заболеваниями был Илья Ильич Мечников (1845--1916)--выдающийся русский биолог, патолог, иммунолог и бактериолог, создатель фагоцитарной теории иммунитета, один из основоположников эволюционной эмбриологии.

Изучая процессы внутриклеточного пищеварения, И. И. Мечников открыл, что мезодермальные клетки (лейкоциты, клетки селезенки, костного мозга и др., которые он назвал фагоцитами) выполняют функцию защиты организма от болезнетворных микроорганизмов. Первый доклад о фагоцитарной теории «О защитных силах организма» И. И. Мечников сделал на VII съезде русских естествоиспытателей и врачей в Одессе в 1883 г. Его теория явилась основой для понимания сущности процесса воспаления.

И. И. Мечников создал крупнейшую школу российских микробиологов, иммунологов и патологов. В его лаборатории в Институте Пастера постоянно работали российские ученые, которые стали его учениками и последователями. Среди них Г. Н. Габричевский, который в 1892 г. начал читать курс микробиологии в Московском университете и организовал в Москве производство противодифтерийной сыворотки; Д. К. Заболотный, основавший первую в России кафедру микробиологии (1898) в Петербургском женском медицинском институте и внесший большой вклад в изучение эпидемиологии чумы; Н. Ф. Гамалея, занимавшийся профилактикой сыпного тифа, оспы и чумы; А. М. Безредка, Л. А. Тарасевич и многие другие.

В конце XIX в. немецкий ученый Пауль Эрлих (Ehrlich, Paul, 1854-- 1915) положил начало учению об антителах как факторах гуморального иммунитета. Бурная полемика и многочисленные исследования, предпринятые после этого открытия, привели к весьма плодотворным результатам: было установлено, что иммунитет определяется как клеточными, так и гуморальными факторами. Таким образом, было создано учение об иммунитете. Его авторы И. И. Мечников и П. Эрлих в 1908 г, были удостоены Нобелевской премии.

Важным достижением микробиологической науки явилось открытие фильтрующихся вирусов (1892) русским ученым Дмитрием Иосифовичем Ивановским (1864--1920), заложившим основы вирусологии -- нового направления в микробиологической науке.

Большое значение для развития медицинской микробиологии имели открытия немецкого ученого Роберта Коха (Koch, Robert, 1843--1910, рис. 125) -- основоположника бактериологии, лауреата Нобелевской премии 1905 г. Кох установил правило, которое получило название триады Ген-ле--Коха: для доказательства этиологической роли микроорганизма в возникновении данной заразной болезни необходимо: 1) обнаруживать данный микроб в каждом случае данного заболевания (причем при других болезнях или у здорового человека он не должен встречаться); 2) выделить его из тела больного в чистой культуре; 3) вызвать такое же заболевание у подопытного животного, заразив его чистой культурой этого микроба. Кох первым предложил метод выращивания чистых бактериальных культур на плотных питательных средах (1877), окончательно установил этиологию Сибирской язвы (1876), открыл возбудителей туберкулеза (1882) и холеры (1883).

Успехи микробиологии по изучению возбудителей инфекционных заболеваний сделали возможной их успешную специфическую профилактику.