Лекция № 1

Тема:

«Микробиология как наука. Задачи медицинской микробиологии. Основоположники микробиологии. Классификация микроорганизмов. Понятия род, вид, штамм, клон. Основные отличия эукариот, прокариот и вирусов. Морфология бактерий. Формы бактериальных клеток. Особенности метаболизма бактерий. Дыхание. Распространение микроорганизмов в природе. Нормальная микрофлора человека и ее значение»

Вопросы:

Классификация микроорганизмов. Понятия род, вид, штамм, клон. Основные отличия эукариот, прокариот и вирусов.

Морфология бактерий.

Формы бактериальных клеток.

Особенности метаболизма бактерий. Дыхание. Распространение микроорганизмов в природе. Нормальная микрофлора человека и ее значение.

МИКРОБИОЛОГИЯ КАК НАУКА И ЭТАПЫ ЕЕ РАЗВИТИЯ

Микробиология (mikros - малый, bios - жизнь, logos -учение) - наука о микроорганизмах, их строении и жизне­деятельности, наследственности и изменчивости, значе­нии в природе и народном хозяйстве. Микроорганизмы могут иметь клеточное и неклеточное строение. Размеры отдельных особей микробов, имеющих клеточное строе­ние, составляют 0,2-20 мкм (чаще 0,5-10 мкм), что позво­ляет легко обнаружить их под иммерсионным микроско­пом. Неклеточные организмы, или вирусы (virus - яд), во много раз меньше. Диаметр самых больших из них, на­пример вируса натуральной оспы, не превышает 300 нм, а у самых мелких составляет 10-15 нм. Для выявления ви­русов используются электронные микроскопы.

Разделы микробиологии. По целевой направленности и решению практических задач различают общую, техни­ческую (промышленную), медицинскую, ветеринарную, санитарную, радиационную и космическую микробиоло­гию. При этом общая микробиология изучает системати­ку, структурную организацию, химический состав, фер­ментные системы, культивирование и генетику микроор­ганизмов; техническая - использование микроорганиз­мов в производстве антибиотиков, ферментов, витаминов, стероидов, аминокислот и прочих биологически активных веществ, молочных и других продуктов, чая, кофе, какао, обработке каучука, хлопка, шелка, дублении кож и др.; медицинская и ветеринарная - закономерности жизнед ятельности патогенных для человека и животных микр организмов, механизмы инфекции и иммунитета, метод специфической профилактики и терапии инфекционны заболеваний; санитарная - микробную обсемененност окружающей среды, в частности выживаемость на раз личных объектах санитарно-показательных и патогенны микробов, их влияние на здоровье человека и естествен ные процессы; радиационная и космическая — влияние ио низирующих излучений и космических частиц на микро­организмы.

Связь микробиологии с фундаментальными и общест­венными науками. Микробиология тесно связана с биоло­гией, биохимией, биофизикой, а медицинская и ветери­нарная - со смежными дисциплинами, прежде всего с ин­фекционной патологией у людей и животных, эпидемио­логией, гигиеной. Так как закономерности возникнове­ния и распространения инфекционных болезней в челове­ческом обществе не могут быть правильно поняты без уче­та социальных условий жизни, то медицинская микробио­логия к тому же должна опираться на общественные на­уки, в частности на статистику, политическую экономию, историю, на основе которых разрабатываются профилак­тические мероприятия.

Краткий очерк истории микробиологии

Задолго до открытия микроорганизмов человек сталки­вался с процессами их жизнедеятельности. С незапамят­ных времен люди использовали брожение теста, сквашива­ние молока, брожение виноградного сока. Издавна знако­мы человечеству и повальные заболевания, уносившие население целых селений и городов. Уже в трудах врача Древней Греции Гиппократа появляются предположения о связи заразных болезней и особых болезнетворных испа­рений, названных им «миазмами». Подобная гипотеза высказана итальянским врачом Джироламо Фракасторо (XVI век). Он создал учение о живом «контагии» — «мельчайших и недоступных нашим чувствам частиц», которые, проникая в организм человека, вызывают бо­лезнь. Мнение о том, что причиной заразных болезней

я вляются живые суще­ства, высказал в начале XVII века Афанасий Кирхер.

Окончательное под­тверждение этих предположений было полу­чено голландским нату­ралистом Антони Ван Левенгуком Шлифуя стекла, он сумел изго­товить двояковыпуклые линзы, дававшие увели­чение в 160 раз и более. Рассматривая в создан­ной им оптической си­стеме настой, дождевую Воду, зубной налет и другие объекты., он увидел, зарисовал и описал «живых зверь­ков», которых и сегод­ня можно рассматри­вать, как основные формы микроорганизмов: шаровидные, извитые, палочко­видные, плесень, дрожжи.

Предположения о причинах заразных болезней не были доказаны, но практическая деятельность врачей со времен древности подтверждала их.

Законы индусов (1800—800 гг. до н. э.) предусматрива­ли первые «противоэпидемические» мероприятия — больной чахоткой приравнивался по степени опасности его для окружающих к прокаженному, а брамину запреща­лось вступать в брак с девушкой, имевшей среди предков чахоточных. Широко известны предписания об изоляции прокаженных, дезинфекции их вещей и жилищ (1700— 500 гг. до н. э.).

В 1771 —1772 гг. во время эпидемии чумы в Москве военный врач Данила Самойлович, считая, что «чума вызывается особливым и совсем отменным существом», впервые производит дезинфекцию вещей больных чумой, делает прививку «заразного ослабленного начала чумы» здоровым людям, соприкасавшимся с больными.

Одна из наиболее интересных глав в истории медици­ны— создание метода оспопрививания, который с давних времен практиковался у турков, персов и китайцев. При­менение прививок было основано на убеждении, что при искусственном заражении болезнь протекает легче, чем при естественном. Оспа производила чудовищные опустошения. Только за 1723 г. в Париже умерло от оспы 20 тыс. человек, в Неаполе в 1768 г.—16 тыс. человек за несколько недель. Английский врач Эдуард Дженнер заметил, что многие люди, которые не болели оспой, не заражаются и при контакте с больными. Особенно часто это явление наблюдали у доярок, заражавшихся при доении животных, больных коровьей оспой. Это явилось отправным пунктом его исследований, продолжавшихся более 10 лет. В 1796 г. Дженнер привил здоровому мальчику содержимое гнойного пузырька от коровы, больной оспой. Через полтора месяца он привил этому же мальчику материал от человека, больного оспой. Мальчик не заболел. С тех пор прививки против оспы принесли человечеству избавление от этой страшной болезни, уносившей миллионы человеческих жертв.

Прошло много лет. Открытые Левенгуком микроскопические существа не связывали с возникновением заразных заболеваний. И только в XIX веке гениальные работы французского ученого Луи Пастера (1822—1895) дали научные доказательства значения микроорганизмов в воз­никновении заразных болезней и обоснование для разви­тия методов борьбы с ними.

Химик по образованию, Пастер показал, что микроор­ганизмы способны изменять среду обитания и вызывать ее химические превращения. Но он не остановился на химических явлениях, а описал процессы брожения и гниения и показал, что они вызываются микроорга­низмами.

Им впервые выявлены микроорганизмы, которые мо­гут существовать без доступа кислорода (анаэробы).

Одной из наиболее важных заслуг Пастера является доказательство невозможности самопроизвольного зарождения живых существ. Этот вопрос волновал умы ученых в течение долгого времени.

Хотя еще в 1775 г. русский исследователь М. М. Тереховский высказал мнение, что микроскопические существа («инфузории») не возникают путем самозарож­дения, вопрос о возникновении живого из неживого оставался спорным.

Опыты Пастера показали, что микроорганизмы попада­ют в питательную среду только из воздуха. Прокипятив бульон в колбе с горлышком, вытянутым в форме латинской буквы S, он сохранял бульон прозрачным (стерильным), так как микроорганизмы, проникая в труб­ку вместе с воздухом, оседали под действием силы тяжести в его изогнутом колене и не достигали бульона на дне колбы.

Круг исследований Пастера весьма широк. Доказав роль микроорганизмов в развитии процессов брожения и гниения, он занялся изучением болезней шелковичных червей, которые наносили в то время большой урон экономике Франции. И в этой работе он сумел найти причину поражения червей — их заболевания были также вызваны микроорганизмами, и Пастер нашел средство борьбы с ними.

Пастером разработаны впервые в истории науки мето­ды уничтожения микроорганизмов при воздействии на них высокой температуры. Этот метод обеспложивания среды называют стерилизацией.

Для пищевых продуктов, которые изменяют свои свойства при кипячении, он предложил более «мягкую» стерилизацию, названную пастеризацией. Продукты обрабатываются несколько раз при сравнительно невысо­кой температуре.

Пастер не остановился на изучении процессов в окру­жающем нас мире. Он показал роль микроорганизмов в жизни человека, впервые доказав, что заразные болезни человека также являются результатом жизнедеятельности микроорганизмов. Это открытие сыграло огромную роль в развитии биологии и дало начало новой науке — медицинской микробиологии.

Следующим этапом деятельности Пастера было созда­ние вакцин (от лат. vacca — корова). Этим термином Пастер назвал ослабленные культуры микроорганизмов, введение которых не вызывает заболевания, но делает людей и животных невосприимчивыми к нему.

Он приготовил вакцину из ослабленной прогреванием культуры возбудителей куриной холеры, привил ее курам, вызвав у них не смертельное заболевание, и после их выздоровления вновь заразил их очень «сильной» культурой возбудителя. Куры остались живы и здоровы. П тому же принципу была создана вакцина против сибирской язвы животных — предварительные прививки сделали не чувствительными к этому заболеванию коров и овец.

В 1885 г. Пастер предложил прививки против бешенства; поскольку возбудителя бешенства не удавалось обнаружить ни под микроскопом, ни на искусственно) среде, Пастер использовал для изготовления вакцины мозг бешеной собаки, который многократно последовательно перевивал от кролика к кролику, уменьшая период протекающий от заражения до заболевания и ослабляя силу прививочного материала. Применение таких вакцин на собаках давало хорошие результаты, и Пастер решился вакцинировать ребенка, искусанного бешеной собакой, и спас его от верной смерти. Следующий шаг — вакцинация русских крестьян, пешком прибывших в Париж после укусов бешеного волка.

Успех вакцинации положил начало доверию врачей и населения к новому средству борьбы с самыми страшны ми инфекциями прошлого.

На основании открытий Пастера английский хирург Д. Листер (1867) создал метод антисептики — промывания ран и перевязочных материалов раствором карболовой кислоты, чтобы предотвратить развитие в ранах микроор­ганизмов.

Открытия, сделанные Луи Пастером, коротко изложе­ны на мемориальной доске на здании его первой лабо­ратории:

«Здесь была лаборатория Пастера:

1857 — брожение

1860 — самопроизвольное зарождение 1865 — болезни вина и пива 1868 —болезни шелковичных червей 1881 — зараза и вакцины

1885 — предохранение от бешенства».

Научные исследования Пастера показали роль микроорганизмов в возникновении инфекции. Он научился выращивать их в искусственных питательных средах, но не знал способа обнаружения возбудителя в каждом отдельном случае инфекции.

Немецкий ученый Роберт Кох (1843—1910) впервые ввел_в практику плотные питательные среды, позволившие получить отдельные колонии и чистую культуру микроорганизмов. Кох впервые предложил анилиновые красители для окраски микроорганизмов, ввел освещение при микроскопировании (конденсор Аббе), применил иммерсионную систему и микрофотографирование.

О н открыл возбуди-теля туберкулеза (1882), названного в честь ученого «палоч­кой Коха» и возбудите­ля холеры (1883).

Методы выращивания и выделения микроорганизмов, которые разработал Кох, привели к целому ряду открытий. В конце XIX века были описаны возбудители дифтерии (Э. Клебс и Ф. Леффлер), брюшно­го тифа (К. Эберт и Г. Гаффки), столбняка (А. Николайер и С. Ки-тазато), дизентерии (А. В. Григорьев, К. Шига) и многие другие.

Открытие возбуди­телей некоторых ин­фекций связано с драматическими страницами истории медицины. Так в 1874 г. профессор Казанского универси­тета Г. Н. Минх заразил себя кровью больного возврат­ным тифом. Он заболел, доказав этим, что возбудители возвратного тифа находятся в крови. Минх высказал предположение, что возбудители передаются через крово­сосущих насекомых. Через два года врач О. О. Мочутковский, повторив опыт Минха, заразил себя кровью больных сыпным и возвратным тифом и подтвердил высказанное Минхом предположение о том, что возбуди­тель этого заболевания находится в крови.

Д. И. Ивановский (1864—1920) в эти же годы изу­чал мозаичную болезнь листьев табака и пришел к выводу, что ее вызывает мельчайший агент. Он не растет на "питательных средах и проходит через фильтры. К такому выводу Ивановский пришел, вызывая болезнь здоровых растений соком из пораженных листьев табака, после фильтрования его через мельчайшие поры (не пропускающие другие микроорганизмы). Это была первая работа, доказавшая вирусную природу инфекционных болезней.

В истории микробиологии можно условно выделить несколько периодов: морфологический,, для которого характерно опи­сание микроорганизмов (А.Левенгук); физиологический, развитие которого связано с работами Л. Пастера й Р. Коха, раскрывших сущность жизнеде­ятельности микроорга­низмов и законов их развития; иммунологический. В этот период жил и работал И. И. Мечников, его исследования и положи­ли начало учению об иммунитете.

Очерк истории отече­ственной микробиоло­гии. Большой вклад в развитие микробиоло­гии внесли отечествен­ные ученые.

Еще в 1698 г. Петр I, находясь в Гол­ландии, познакомился с

А. Левенгуком, который продемонстрировал ему микро­скоп и показал ряд микроскопических объектов.

В период становления микробиологии Л. С. Ценковский (1822—1887) опубликовал работу «О низших водо­рослях и инфузориях», в которой впервые отнес бактерии к растительным организмам. Он же, в соответствии с принципами Пастера, получил ослабленный вариант бацилл сибирской язвы и использовал его для прививки животных.

Наряду с Пастером и Кохом, одним из основополож­ников микробиологии является великий русский ученый И. И. Мечников (1845—1916). Его классическая, до сих пор всеобъемлющая теория иммунитета основана на приз­нании роли клеточной защиты в развитии невоспри­имчивости к инфекционным болезням. Он показал, что многие клетки организма (лейкоциты, клетки селезенки, костного мозга и пр.) способны захватывать и перевари­вать различные чужеродные элементы, в том числе и бактерии. Такие клетки он назвал фагоцитами (от греч. phago — пожираю, cytos — клетка), а открытое явление — фагоцитозом. Учение о фагоцитозе явилось основой для изучения в о спя пения которое, как показал Мечни­ков, является активной реакцией организма на внедрение болезнетворных микробов.

Научная деятель­ность Мечникова мно­гогранна и широка. Он исследовал причины старения и искал спосо­бы продления жизни человека. Мечников считал, что ядовитые продукты, образующи­еся в результате жизне­деятельности гнило­стных микроорганиз­мов, обитающих в тол­стом кишечнике, отрав­ляют организм челове­ка. Чтобы избежать этого вредного воздей­ствия, он предлагал за­селить кишечник молочно-кислыми бакте­риями — антагонистами гнилостных.

При таком измене­нии микрофлоры ки­шечника, считал Меч­ников, гнилостные яды не будут пагубно действовать на организм человека и жизнь его продлится. В настоящее время доказано, что нельзя полностью менять естествен­ную флору кишечника, но идея использования од­ного вида микроорганизмов в борьбе с други­ми (болезнетворными), высказанная Мечниковым, сегод­ня претворена в жизнь при применении антибиотиков для лечения многих инфекционных болезней, бактерийных препаратов для лечения кишечных заболеваний.

Мечников изучал холеру, брюшной гиф и туберкулез. Он разработал метод экспериментального воспроизведе­ния сифилиса (совместно с французским ученым Э. Ру), исследовал многие другие вопросы биологии и медицины.

В 1886 г. он организовал в Одессе первую в стране бактериологическую станцию и создал школу микроби­ологов. Однако его прогрессивная научная и общественная деятельность вызвала недовольство царского правитель­ства и он был вынужден покинуть родину. С 1887 г. и до конца жизни он жил в Париже и работал в институте Пастера. В нашей стране и за рубежом его именем названы многие научные институты и лаборатории.

Одним из ближайших помощников и учеников Мечни­кова был. А. М. Безредка (1868—1940). Его работы, посвященные проблемам иммунитета и анафилаксии, на­шли широкое применение в практике.

Л. А. Тарасевич (1868—1927) также является учени­ком Мечникова. Он вел исследования в области изучения механизма иммунитета и анафилаксии, являлся блестящим организатором борьбы с эпидемиями в России, проводил вакцинацию против туберкулеза и кишечных инфекций. В 1918 г. он организовал Институт контроля сывороток и вакцин, который носит его имя (ГИСК им. Л. А. Тарасевича).

К числу выдающихся микробиологов и учеников Мечникова относится П. В. Циклинская (1859—1923) — первая женщина-профессор бактериологии, руководитель кафедры бактериологии Московских высших женских курсов. Основные работы Циклинской посвящены изуче­нию кишечной флоры и ее значения для здоровья челове­ка. Результаты исследований Циклинской по изучению природы детских поносов до сих пор имеют теоретическое и практическое значение.

Ближайшим помощником Мечникова во время его работы на бактериологической станции в Одессе был Н. Ф. Гамалея (1859—1949). Это был крупный иммуно­лог, впервые применивший так называемые химические вакцины. Он изучал бешенство, возбудителей тубер­кулеза, холеры. В 1898 г. Гамалея впервые наблюдал бактериофагию — растворение бактерий. Имя Н. Ф. Гама­леи присвоено нескольким микробиологическим институ­там нашей страны.

Имя Г. Н. Габричевского (1860—1907), главы Московской школы микробиологов, связано с изучением и производством вакцин и сывороток в России. Он показал значение гемолитического стрептококка как возбудителя скарлатины и предложил вакцину, снизившую смертность от этого заболевания. Внедрение Габричевским в практику лечения дифтерии сыворотки также имело несомненный успех. Габричевский был председателем Пироговского общества русских врачей, автором первого русского учебника медицинской микробиологии. Его именем назван Московский институт микробиологии и эпидемиологии. О Д. К. Заболотный(1866—1929) —выдающийся микробиолог и эпидемиолог. Его по праву можно считать основоположником отечественной эпидемиологии. Труды Заболотного посвящены борьбе с чумой, холерой, сифили­сом. Он заразил себя взвесью холерных вибрионов, чтобы выяснить возможность вакцинации против этой болезни через рот убитой вакциной. Такой же опыт проделал над собой И. Г. Савченко.

Особое место в общей микробиологии занимает микробиология почвы. Основоположник этой науки С. Н. Виноградский (1856—1953) установил роль микроорганиз­мов в круговороте азота, углерода, фосфора, серы и железа. Он изучил нитрифицирующие и азотфиксирующие бактерии почвы.

Его ученик В. Л. Омелянский (1867—1928) посвя­тил свои исследования выяснению роли бактерий в круго­вороте азота и углерода, анаэробному разложению клет­чатки.

Можно назвать еще много имен отечественных микро­биологов, которым принадлежит честь открытия возбуди­телей разных инфекционных болезней, создания лечебных препаратов, разработки вакцин и сывороток для предупреждения инфекций. Нельзя забыть и тех, кто рисковал своей жизнью при изучении возбудителей инфекционных болезней или в борьбе с ними: И. А. Деминского, В.Хавкина, М. А. Лебедевой, А. Л. Берлина и др.

Великая Октябрьская социалистическая революция раскрыла широкие возможности для плодотворной работы ученых-микробиологов.

Первый период развития советской микробиологии был связан с ликвидацией эпидемий сыпного и возвратно­го тифов, холеры; предотвращением заноса чумы и натуральной оспы. Решение этой задачи требовало органи­зации производства вакцин и сывороток для проведения профилактических прививок, организации санитарно-просветительной работы, подготовки высококвалифициро­ванных кадров. Блестящая плеяда советских ученых-микробиологов помогла решить поставленные задачи.

Л. А. Зильбер (1894—1966) — микробиолог, иммуно­лог, эпидемиолог. Его работы но изучению весенне-летнего энцефалита привели к открытию возбудителя и переносчиков этого заболевания. В течение длительного времени Зильбер изучал этиологию и иммунологию злока­чественных опухолей и создал вирусогенетическую те­орию их происхождения. ₀ Исследования 3. В. Ермольевой (1898—1974) были посвящены изучению холеры и борьбе с этой инфекцией. Она впервые в СССР получила пенициллин, который в годы Великой Отечественной войны спас тысячи жизней.

Автор классических трудов по изучению бруцеллеза и риккетсиозов П. Ф. Здродовский (1890—1976) создал и внедрил в практику ряд профилактических и лечебных препаратов. Он занимался также вопросами иммунологии малярии и кишечных заболеваний, вызванных простейшими.

1950—1970 гг. были периодом небывалого расцвета советской микробиологии. В это время развернули свою работу крупные ученые: М. П. Чумаков, А. А. Смородинцев, В.М.Жданов, В. Д. Тимаков и др. Их исследования связаны с разработкой и внедрением вакцин против различных инфекций. Созданы и используются вакцины из ослабленных возбудителей чумы, туляремии, бруцеллеза. Разработана и повседневно применяется вакцина против полиомиелита. Введение этой вакцины почти ликвидировало полиомиелит (детский паралич) в нашей стране.

Дальнейшее развитие микробиологии, вирусологии и иммунологии тесно связано с успехами молекулярной биологии и генетики. Эти дисциплины поднимают микробиологические исследования на новый, более высокий уровень, позволяя широко проникать в сущность патогенности, структуры клетки, закономерности иммунного от­вета организма и т. д.

В этом очень кратком очерке истории микробиологии освещена лишь малая часть проблем и вопросов, над разрешением которых непрестанно трудятся советские микробиологи. Их преданность своему Делу, высокая квалификация и творческое горение — залог будущих успехов отечественной медицины.