Л. М. Закарян

МИКРОБИОЛОГИЯ

Учебник для студентов факультета высшего сестринского и акушерского образования

в медицинских университетах и институтах

Предисловие

Факультеты высшего сестринского и акушерского образования в медицинских университетах и институтах созданы впервые, поэтому учебника по микробиологии для них нет. При составлении данного учебника учитывались особенности факультета. Необходимо было в возможно кратком виде представить материал на уровне современно­го состояния науки и требований, предъявляемых к высшему меди­цинскому образованию. Учитывалось также то, что студенты факуль­тета имеют среднее медицинское образование, и целый ряд понятий, терминов им уже знаком.

В подготовке и техническом оформлении учебника принимали участие П.В. Калуцкий и А.М. Смирнов, за что автор приносит им благодарность.

Список сокращений

БГКП - бактерии группы кишечной палочки

ВИЧ - вирус иммунодефицита человека

ГЧЗТ - гиперчувствительность замедленного типа

ГЧНТ - гиперчувствительность немедленного типа

ИФА - иммуноферментный анализ

ИЭМ - иммунная электронная микроскопия

МПА - мясопептонный агар

МПБ - мясопептонный бульон

РА - реакция агглютинации

РАР - реакция агглютинации риккетсий

РИФ - реакция иммунофлюоресценции

РН - реакция нейтрализации

РНГА - реакция непрямой (пассивной) гемагглютинации

РСК - реакция связывания комплемента

РТГА - реакция торможения гемагглютинации

СИБ - системы индикаторные бумажные

ЦПД - цитопатическое действие (вирусов)

Ig - иммуноглобулин

Введение

Микробиология (греч. micros - малый, bios - жизнь, logos - учение) - наука о микроскопически малых живых существах - микро­организмах. Она изучает морфологию и структуру микроорганизмов, их физиологию, взаимоотношения с внешней средой, с организмом человека или животного.

Медицинская микробиология изучает патогенные для человека микроорганизмы, их морфологию и физиологию, устойчивость во внешней среде, генетику, чувствительность к антимикробным средс­твам, взаимодействие с организмом человека - процесс инфекции и ответные реакции человека - иммунитет.

Частная медицинская микробиология изучает возбудителей оп­ределенных болезней, методы микробиологической диагностики, спе­цифической профилактики и лечения. В разделе санитарная микроби­ология изучаются методы обнаружения микроорганизмов в объектах внешней среды.

Некоторые разделы медицинской микробиологии приобрели важ­ное значение и накопили множество ценных сведений, особенно в последнее время. Поэтому они были выделены в самостоятельные от­расли науки и предметы в курсе обучения. Это иммунология - уче­ние об иммунитете и вирусология - учение о вирусах.

Конечная цель, к которой направлена медицинская микробиоло­гия во взаимодействии с другими науками - это ликвидация инфек­ционных болезней. Задачи, решаемые этой наукой - разработка ме­тодов диагностики инфекционных болезней и создание биологических диагностических, лечебных и профилактических препаратов.

История развития микробиологии.

Историю развития микробиологии можно разделить на этапы:

1) морфологический

2) физиологический

3) иммунологический

4) развитие микробиологии в XX веке.

Задолго до открытия существования микробов, еще в глубокой древности человек бессознательно применял в своем быту микробы, получая с их помощью некоторые пищевые продукты. Это относится к закваскам в хлебопечении, к получению кочевниками молочнокислых

продуктов (кумыс), к получению уксуса, вина и т.д.

Более того, не видя микробов, не зная об их существовании, еще в древности предполагали, что заразные болезни вызываются каким-то живым агентом. При этом полагали, что этот живой агент может передаваться от больного человека к здоровому. Об этом пи­сал еще в I веке до нашей эры известный римский публицист - Вар­рон.

Мысль о живой природе возбудителей заразных болезней полу­чила широкое распространение в средние века. Эту мысль высказал в XVI веке итальянский врач и поэт Фракасторо.

Однако все это были лишь одни предположения, никто не имел доказательств живой природы возбудителей заразных болезней. Для доказательства этого не было еще ни научных, ни материальных предпосылок. Микробы из-за своих малых размеров стали доступны для наблюдения лишь после того, как были изобретены увеличитель­ные приборы: лупы, микроскопы.

Только в конце XVI века был изобретен первый такой прибор, и с этого времени стало возможным изучать микроскопически малые существа. Первым человеком, увидевшим микробы, был Антоний Ле­венгук (1632-1723). Левенгук не был профессиональным ученым, он был самоучкой. Весь свой досуг он посвящал шлифованию мелких стекол, мечтая создать увеличительные стекла невиданной чистоты и силы. Лупы, изготовленные Левенгуком, им самим отлитые и отш­лифованные, были действительно лучшими из лучших. Они увеличива­ли в 300 раз и давали четкую картину. Изучая дождевую воду, нас­той навоза, ил, собственный зубной налет, Левенгук неизменно об­наруживал мельчайших "зверюшек" (анималькулюс) оживленно двигав­шихся во всех направлениях, как щуки в воде. По внешнему виду это были то тончайшие палочки, шарики, очень часто собранные в затейливую цепочку, то короткие спиральки. Судя по описанию и по рисункам, Левенгук видел основные формы бактерий. Свои наблюде­ния он регулярно сообщал в письмах в Лондонское Королевское об­щество, а в 1695 году изложил в книге "Тайны природы, открытые Антонием Левенггуком." В 1698 г. Петр I при посещении Голландии беседовал с Левенгуком, заинтересовался микроскопом и привез микроскоп в Россию. В мастерской при дворе Петра I в 1716 г. бы­ли изготовлены первые в России простые микроскопы.

С работами Левенгука связано начало первого, морфологичес­кого этапа развития микробиологии. Однако ни в своих письмах, ни

в опубликованной работе Левенгук не указывал, какую роль в при­роде и в жизни человека играют открытые им микроорганизмы. Вос­полнить этот пробел были не в силах и современники. В течение многих лет замечательные открытия Левенгука не были использова­ны. И только через 80 лет была высказана мысль о том, что мель­чайшие живые существа, открытые Левенгуком, являются возбудите­лями болезней человека и животных. Эта мысль принадлежала венс­кому ученому М. Пленчицу (1705-1786). Пленчиц даже сделал смелое для своего времени предположение о том, что каждая заразная бо­лезнь вызывается особым возбудителем. Однако экспериментально доказать эту идею Пленчиц не мог.

Одним из первых ученых, пытавшихся доказать роль микробов в возникновении заразных болезней, был русский врач Данило Самой­лович (1724 - 1805). Работая на эпидемии чумы, которая в те годы была в России, Самойлович высказал блестящую мысль о том, что существует мельчайший живой возбудитель этой страшной болезни. С помощью микроскопа он пытался найти его в органах умерших людей. Самойлович был глубоко убежден, что чума вызывается "неким особ­ливым и совсем отменным существом". Он пытался получить искусс­твенную невосприимчивость к чуме. Во время вскрытия чумного бу­бона Самоулович заразился и переболел этой болезнью в легкой форме. Убедившись в возможности переболеть чумой в легкой форме, он предложил проводить прививки против чумы, причем в качестве материала для прививки рекомендовал брать гной из созревшего бу­бона, так как только такой бубон содержит ослабленный яд. Ре­зультаты своих исследований Самойлович опубликовал в монографии, опубликованной в Страсбурге в 1782 г. Эти исследования произвели большое впечатление на западноевропейских ученых. Дижонская ака­демия наук так характеризовала труды Самойловича: "В сочинениях его предъявляются такие предметы, о коих даже никто не помышлял, ибо ни в каких преданиях древних и новых врачей не упоминается чтобы яд, столь лютый, каков есть язвенный, мог быть удобно ук­рощен".

Впервые в медицинскую практику вакцинация была введена анг­лийским врачом Эдуардом Дженнером. Почва для работы Дженнера бы­ла подготовлена народным опытом вариоляции, то есть искусствен­ного заражения здоровых людей материалом, взятым от больных. Но вариоляция у многих приводила к тяжелой форме заболевания, а са­ми привитые становились источником заражения. Поэтому такой ме-

тод скоро был оставлен. Дженнер, наблюдая в течение 25 лет за

возникновением невосприимчивости к заражению натуральной оспой у

людей, переболевших коровьей оспой, пришел к мысли, что можно

искусственно создавать такую невосприимчивость. В 1796 году он

произвел прививку коровьей оспы мальчику и через 1,5 месяца за­разил его натуральной оспой. Мальчик не заболел. Метод получил популярность. Но это было лишь гениальным эмпирическим достиже­нием. На первых этапах развития микробиологии гениальные догадки отдельных ученых и открытие микробов не были связаны.

В первой половине XIX века, благодаря усовершенствованию микроскопов, были обнаружены микроорганизмы при некоторых болез­нях: возбудитель парши человека - микроскопический гриб, возбу­дитель сибирской язвы. Но эти открытия заключались только в опи­сании найденного микроба.

Из науки описательной микробиология стала наукой экспери­ментальной со второй половины XIX века. Такой расцвет микробио­логии был подготовлен развитием естествознания в эти годы, что в свою очередь связано с подъемом промышленности и сельскохозяйс­твенного производства. Микробиологическая наука вступила в новый этап развития - физиологический. Он связан прежде всего с именем гениального французского ученого Луи Пастера (1822-1895) - осно­воположника научной микробиологии. Пастер был по образованию хи­миком. Его исследования в области молекулярной ассиметрии послу­жили основой для развития стереохимии. В Академию наук он был избран за исследования по диморфизму - изучение веществ, способ­ных кристаллизоваться различным образом. С вопросами микробиоло­гии Пастер столкнулся при изучении процессов брожения. В те вре­мена в науке брожение считалось чисто химическим процессом. Пас­тер, выращивая плесневые грибы в среде с рацемической винной кислотой, наблюдал, что брожению подвергается только правовраща­ющая часть. Ученый предположил, что брожение связано с жизнью и точными опытами доказал, что брожение происходит под действием микробов. Более того, он установил, что различные типы брожения: уксуснокислое, молочнокислое, маслянокислое, - вызываются строго определенными видами микробов, т.е., что брожение - процесс спе­цифический.

Без понятия о специфичности невозможно было последующее развитие медицинской микробиологии.

Изучение процессов брожения привело Пастера еще к одному

открытию, что некоторые микробы, в частности, возбудитель масля­нокислого брожения, развиваются только в бескислородных услови­ях. Это явление получило название анаэробиоза, то есть жизни без воздуха. Это открытие сделало переворот в учении о дыхании.

При изучении брожения Пастер невольно остановился перед следующим вопросом: откуда же берутся эти микроскопические су­щества. Иначе говоря, он столкнулся с давнишним вопросом самоза­рождения жизни - вопросом, который давно уже волновал ученых. Считалось, что микробы возникают из органических веществ той жидкости, в которой они размножаются. Французская академия наук назначила премию тому, кто внесет ясность в этот вопрос. Те уче­ные, которые пытались доказать в своих опытах, что микробы не самозарождаются, а проникают извне, тщательно стерилизовали пи­тательный бульон в плотно закрытом сосуде. Их противники возра­жали, что микробы не развиваются потому, что кипячение убивает в воздухе "воспроизводящую силу". Пастер разрешил этот спор гени­альным по своей простоте опытом: стерильный бульон находился в сосуде с горлышком, изогнутым так, что воздух в сосуд проникал свободно, а микробы оседали в изгибе трубки. Бульон оставался прозрачным. Так был решен спор о самозарождении живых микробов.

Изучая процесс гниения, Пастер доказал участие микробов в этом процессе. Сделанные им открытия были использованы для раз­работки методов асептики и антисептики, созданных английским хи­рургом Листером.

Исследования в области брожения послужили основой для реше­ния Пастером вопроса о причинах "болезни" (скисания) вина и пи­ва, причинявших значительные убытки французской промышленности. Ученый доказал, что болезни вина и пива вызываются определенными микробами и для борьбы с этим явлением предложил способ, назван­ный впоследствии пастеризацией. Логическим продолжением работ Пастера было изучение болезни шелковичных червей, которая в 1865 г. приняла размеры эпидемии, грозившей серьезно подорвать эконо­мику Франции. По поручению Французской академии Пастер провел исследования, обнаружил возбудителей болезни и предложил меры борьбы с ними.

Результаты, полученные Пастером при изучении болезней вина: пива, шелковичных червей натолкнули его на вопрос не могут ли микроскопические существа вызывать заболевания у животных и у человека. Свои исследования в области заразных болезней Пастер

начал с сибирской язвы, исследовал пути распространения этого

заболевания. Доклад об этом 30-го апреля 1878 г. на заседании

Французской академии наук можно считать днем рождения научно обоснованной медицинской микробиологии.

С этого времени Пастер все свои силы отдает изучению возбу­дителей инфекционных заболеваний человека и животных. Он открыл возбудителей куриной холеры, родильной горячки, остеомиелита, одного из возбудителей газовой гангрены.

Пастер разработал научные основы получения живых вакцин пу­тем ослабления вирулентности (аттенуации) микроорганизмов. Рабо­тая с микробами куриной холеры, он столкнулся с фактом, что про­стоявшая длительное время пробирке культура этого микроба теряет свою вирулентность. Курица, зараженная этой культурой, не погиб­ла. По ходу работы этот случай был неудавшимся экспериментом. Поэтому через несколько дней эта же курица была заражена свежей вирулентной культурой, однако результат был парадоксальным: ку­рица оказалась невосприимчивой к заражению. У Пастера возникло предположение о возможности получения ослабленных культур для создания невосприимчивости. В этом его убеждало также успешное применение прививок против оспы Дженнером, над исследованиями которого Пастер неоднократно задумывался и впоследствии назвал такие аттенуированные микробы вакцинами, чтобы увековечить па­мять Э. Дженнера, применившего для прививок вирус коровьей оспы (лат. vacca - корова). Таким образом Дженнер открыл единичный факт, общий принцип получения живых вакцин открыт Л. Пастером. Он получил вакцины против куриной холеры, сибирской язвы. Завер­шением блестящей научной деятельности Пастера было создание вак­цины против бешенства. Первая прививка этой вакциной была прове­дена 6 июля 1885 г. Мальчик, искусанный бешеным животным, был спасен от смерти с помощью пастеровской антирабической вакцины. К Пастеру стали обращаться за помощью люди из разных стран, и к 1 марта 1886 г. в Париже было привито 350 человек. Одной из пер­вых стран, где было налажено производство антирабической вакци­ны, была Россия. В июне 1886 г. Н.Ф. Гамалея привез из Парижа двух кроликов - носителей вакцинного штамма, и в Одессе была ор­ганизована Пастеровская станция, в которой начали готовить вак­цину и проводить прививки против бешенства.

В 1888 году по международной подписке в Париже был основан Пастеровский институт, который до сих пор является одним из ве-

дущих научных учреждений мира. К.А. Тимирязев писал: "Грядущие

поколения, конечно, дополнят дело Л. Пастера, но исправлять им

сделанное едва ли придется, и как бы далеко они не зашли, впредь

они будут идти по проложенному им пути, а более этого в науке не

сможет сделать даже гений."

Физиологический этап развития микробиологии связан также с работами Роберта Коха (1843-1910) - выдающегося немецкого учено­го. Р. Кох изобрел плотные питательные среды, на которых можно выделить чистые культуры микробов, ввел методику окрашивания микробов и микрофотографии, открыл возбудителей туберкулеза и холеры. За свои работы Р. Кох стал нобелевским лауреатом в 1905 году.

К этому же этапу развития микробиологии относятся многие работы русских ученых. В 1899 г. русский ботаник Д.И. Ивановский (1864-1920) сообщил об открытии вируса, вызывающего мозаичную болезнь табака и таким образом положил начало изучению нового царства живых существ - царства вирусов.

В героическом опыте самозаражения русский врач О.О. Мочут­ковский (1845-1903) доказал, что возбудитель сыпного тифа может быть передан здоровому человеку с кровью больного и то же дока­зал Г.Н. Минх (1836-1896) в отношении возвратного тифа. Эти опы­ты подтвердили мысль о роли кровососущих насекомых как перенос­чиков этих болезней. Основателем сельскохозяйственной микробио­логии является русский ученый С.Н. Виноградский (1856-1953).

Ф.А. Леш (1840-1903) открыл дизентерийную амебу, П.Ф. Боровский (1863-1932) - возбудителя кожного лейшманиоза.

Третий этап в развитии микробиологии - иммунологический. Он был открыт работами Л. Пастера по вакцинации. Основы нового нап­равления были созданы также работами по антитоксическому иммуни­тету. В 1888 г. Э. Ру и А. Иерсен выделили дизентерийный экзо­токсин, а затем Э. Ру и Э. Беринг получили антитоксическую про­тиводифтерийную сыворотку (Э. Беринг - лауреат Нобелевской пре­мии 1901 года). Исследования механизмов формирования невосприим­чивости к заразным болезням сложились в новую науку - иммуноло­гию. Выдающуюся роль в этом сыграл И.И. Мечников (1845-1916) - ближайший помощник и последователь Л. Пастера, возглавивший впоследствии Пастеровский институт. По образованию он был зооло­гом, но значительную часть своих исследований посвятил медицине. Он создал стройную и законченную фагоцитарную теорию иммунитета.

С именем И.И. Мечникова тесно связано развитие микробиологии. в

России, он был учителем многих русских микробиологов.

Одновременно с И.И. Мечниковым исследованием невосприимчи­вости к инфекционным болезням занимался немецкий врач, бактерио­лог, химик П. Эрлих (1854-1916), выдвинувший гуморальную (лат. humor - жидкость) теорию иммунитета, согласно которой основу им­мунитета составляют антитела. Разносторонний ученый, П. Эрлих построил основы химиотерапии, впервые описал явление лекарствен­ной устойчивости микробов. Он создал теорию иммунитета, объясня­ющую происхождение антител и взаимодействие их с антигенами. В своей теории боковых цепей он предсказал существование рецепто­ров, специфически взаимодействующих с определенными антигенами. Эта теория была много позже подтверждена при изучении процесса образования антител на молекулярном уровне.

Дискуссия между сторонниками фагоцитарной (клеточной) и гу­моральной теориями иммунитета получила логическое завершение - эти теории не исключают, а взаимно дополняют друг друга. В 1908 г. И.И. Мечникову и П. Эрлиху совместно была присуждена Нобе­левская премия.

В первой половине XX века были открыты риккетсии - возбуди­тели сыпного тифа и других риккетсиозов (американский микробио­лог Г.Т. Риккетс и чешский микробиолог С. Провацек).

Открыты первые опухолеродные (онкогенные) вирусы (П. Раус - вирус саркомы кур, 1911 г.); открыты вирусы, поражающие бактерии

- бактериофаги (французский ученый д'Эрелль, 1917 г.) сформули­рована вирусо-генетическая теория рака Л.А. Зильбера (1894 - 1966).

Происходит дальнейшее развитие вирусологии. Открыто нес­колько сотен вирусов. В 1937 г. советские ученые под руководс­твом Л.А. Зильбера в экспедиции на Дальнем Востоке открыли вирус клещевого энцефалита, изучили это заболевание, разработали меры лечения и профилактики.

Французские врачи А. Кальметт и М. Герен получили вакцину против туберкулеза - БЦЖ. Сотрудник Пастеровского института Г. Рамон в 1923 г. получил дифтерийный, а затем столбнячный анаток­сины. Созданы вакцины для профилактики туляремии (Б.Я. Эльберт,

Н.А. Гайский), клещевого энцефалита (А.А. Смородинцев).

Положено начало химиотерапии. П. Эрлих синтезировал проти­восифилитический препарат сальварсан, затем неосальварсан. В

1932 г. Г. Домагк в Германии получил первый антибактериальный препарат - стрептоцид (Нобелевская премия 1939 г.)

В 1928 г. английский микробиолог А. Флеминг наблюдал анти­бактериальное действие зеленой плесени, а в 1940 г. Г. Флори и

Э. Чейн получили препарат пенициллина. В СССР был получен пени­циллин из штамма зеленой плесени, выделенной в лаборатории З.В. Ермольевой. Начались широкие исследования новых антибактериаль­ных веществ, выделяемых грибами и актиномицетами. Эти вещества были названы антибиотиками, по предложению американского микро­биолога Э. Ваксмана, получившего в 1944 г. стрептомицин.

Во второй половине XX века, благодаря созданию новых мето­дов, техники и аппаратуры для научных исследований, стали разви­ваться новые направления науки, появилась возможность изучать явления на молекулярном уровне.

Доказана роль ДНК как материальной основы наследственности: в 1944 г. американские ученые О. Эвери, К. Мак-Леод и К. Мак-Ка­рти показали, что наследственные признаки у пневмококков пере­дает ДНК, а в 1953 г. Д. Уотсон и Ф. Крик раскрыли структуру ДНК и генетический код.

Появились новые науки: генетическая инженерия, биотехноло­гия. Методы этих наук позволяют получать биологически активные вещества (гормоны, интерфероны, вакцины, ферменты) путем перено­са генов человека, генов вирусов в микробные клетки.

Современные технические и методические возможности позволи­ли в 1983 г. Л. Монтанье (Пастеровский институт, Париж) и Р. Галло (США) в короткие сроки выделить вирус, вызывающий новое заболевание - СПИД.

Складывается новое учение об иммунитете, об иммунной систе­ме, об органах и клетках, формирующих иммунный ответ. Большой вклад в исследование строения и функции иммунной системы, взаи­модействия клеток в процессе иммунного ответа внесли отечествен­ные иммунологи Р.В. Петров, Ю.М. Лопухин и другие. Создана кло­нально-селекционная теория иммунитета (М.Ф. Бернет), расшифрова­на структура антител (Р. Портер и Д. Эдельман, 1961), открыты классы иммуноглобулинов. Важным достижением современной иммуно­логии является получение высокоспецифических моноклональных ан­тител с помощью гибридом (Д. Кёлер, Ц. Мильстайн, 1965). Часть первая. Общая микробиология.