4. Связь микробиологии с иммунологией

В диагностике инфекционных заболеваний и в эпидемиологии решающую роль играют микробиологические исследования, так как с их помощью определяется этиология заболевания или при­чина развития эпидемий, т.е. вызвавший их микроб.

В то же время микробиологические исследования включают комплекс иммунологических методов (иммунные реакции in vitro и in vivo), которые применяют для индикации и идентифика­ции микробов. Кроме того, микробиология пользуется иммуно­логическими методами для получения и стандартизации имму­нореагентов (специфических сывороток, антигенов, вакцин), а иммунология, точнее иммунобиотехнология, использует микро­организмы как сырье для получения многих медицинских пре­паратов (вакцин, антибиотиков, адъювантов, пробиотиков и др.). Рекомбинантные штаммы бактерий и вирусов применяют для получения генно-инженерным способом не только вакцин, но и гормонов, интерферонов, интерлейкинов и других медицин­ских препаратов.

5. История развития микробиологии и иммуно тогии

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.

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 III—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 Веррон 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. А.Левенгук (1632-1723)

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: начет 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.

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.Са- мойловича, его героический опыт по самозаражению чу­мой. Подобные эксперименты на себе для выявления болез- нетворности микробов прове­ли затем многие ученые: М.Петтенкоффер, И.И.Меч­ников, Н.Ф.Гамалея, И.Г.Сав- ченко, 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.

Э тиологическую роль микробов в возникновении болезней изучали также на модельных животных. Ф.Генле разработал, а выдающийся немецкий микробиолог Р. Кох (1843—1910) затем четко сформулировал получившую 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, мик­рофотосъемки, 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

Д.И.Ивановский (1864—1920) Л.Пастер (1822—1895)

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.АЛеш, открывший амебиаз, П.Ф Боровский, открывший лейшманиоз, и французский врач Лаверан, описавший возбу­дителя малярии.

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.

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.

С ледовательно, J1.Пастер яв­ляется основоположником не только микробиологии и им­мунологии, но и иммунобио­технологии.

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 J1. Пастер являются основопо­ложниками иммунологии.

И.И.Мечников, окончивший Харьковский университет и ставший профессором в 26 И.И.Мечников (1845—1916)

лет, более 28 лет работал

рядом с JT.Пастером, являясь заместителем по науке Парижс­кого пастеровского института, возглавляемого самим JI. Пасте­ром. Этот институт был создан в 1888 г. на пожертвования как простых людей, так и правительств различных стран. Самое щедрое 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. J1.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.Эр- лиха 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 молекулярно­генетический 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.; осу­ществлен 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.

6. 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 гиб- ридомной 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 (деградации) 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 Т-, В- и Л-клеток.

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

• Создание современных теорий иммунитета: клонально-се- лекционной (Ф.Вернет) и молекулярно-генетической (С.То- негава). Открытие явления иммунологической толерантно­сти (П.Медовар и М.Гашек) и иммунологической памяти (Ф. Вернет).

• 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 J1.Пастера эта премия еще не была учреждена, поэтому 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 помощью 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.

Наша страна всегда на протяжении всех этапов развития мик­робиологии и иммунологии занимала передовые позиции и вне­сла большой вклад в становление и развитие этих наук.

Рядом с именем основоположника микробиологии и имму­нологии J1.Пастера мы вправе поставить имя И.И.Мечникова — творца фагоцитарной теории иммунитета. С JI.Пастером тесно сотрудничали наши соотечественники А.М.Безредка и Н.Ф.Га­малея. Основоположником вирусологии стал отечественный ученый Д.И.Ивановский. Много сделали для развития микро­биологии и иммунологии Г.Н.Габричевский — основатель пер­вого в России бактериологического института и первой кафед­ры микробиологии в Московском государственном университете (ныне кафедра микробиологии с вирусологией и иммунологией Московской медицинской академии им.И.М.Сеченова), Л.А.Та- расевич, Д.К.Заболотный, И.Г.Савченко и др. Академик акаде­мии медицинских наук СССР Л.А.Зильбер является одним из основоположников иммуноонкологии, академик АМН СССР П.Ф.Здродовский внес фундаментальный вклад в разработку проблемы физиологии иммунитета, а также в риккетсиологию (создание вакцин против сыпного тифа и Ку-лихорадки) и учение о бруцеллезе. Академик АМН СССР В.Д.Тимаков и его ученики внесли существенный вклад в проблему изучения L-форм бактерий. Академики АМН СССР М.П.Чумаков и

А.А.Смородинцев решили проблему вакцинопрофилактики по­лиомиелита. Академики АМН СССР В.М.Жданов и О.Г.Анджа­паридзе, профессор С.С.Маренникова внесли огромный вклад в глобальную ликвидацию натуральной оспы в мире. В нашей стране и во всем мире известны также имена микробиологов и иммунологов Г.В.Выгодчикова, П.Н.Косякова, 3.В.Ермольевой, С.В.Прозоровского, Р.В.Петрова, И.Н.Блохиной, С.Г.Дроздо- ва, В.Ф.Семенова, Д.К.Львова, Р.М.Хаитова и др.

В нашей стране существует «сеть» научно-исследовательских институтов, занимающихся фундаментальными и прикладными проблемами бактериологии, вирусологии, протозоологии и им­мунологии. Всему миру известны входящие в состав РАМН Ин­ститут эпидемиологии и микробиологии им.Н.Ф.Гамалеи, Ин­ститут вирусологии им.Д.И.Ивановского, Институт полиомие­лита и вирусных энцефалитов им.М.П.Чумакова, Институт грип­па, Институт вирусных препаратов им. О.Г. Анджапаридзе, Институт вакцин и сывороток им.И.И.Мечникова. В России со здана мощная научно-производственная база по выпуску широ­кого ассортимента иммунобиологических препаратов. Этой про блемой занимаются такие крупные научно-производственные объединения, как Государственный концерн «Биопрепарат», АО «Иммуноген», Томское, Пермское, Электрогорское (Московс­кая обл.) предприятия и др. Производство и качество выпус­каемых иммунобиологических препаратов постоянно контроли­руются Государственным институтом контроля и стандартиза­ции медицинских биологических препаратов им.Л.А.Тарасевича.

В России создана противочумная система, включаюшая на­учно-исследовательские институты и лаборатории, постоянно ве­дущие наблюдения и проводящие профилактические противо- эпизоотические и противоэпидемические мероприятия в возмож­ных очагах чумы. В противочумную систему России входят Са­ратовский, Волгоградский, Ростовский, Ставропольский, Ир­кутский и другие противочумные институты.

Микробиология находится на стыке фундаментальных теоре­тических и клинических дисциплин, а иммунология относится к общемедицинским наукам. Поэтому знание этих дисциплин необходимо каждому врачу и медицинскому работнику незави­симо от его специальности.

Во-первых, инфекционные болезни занимают ведущее место среди болезней человека. Каждый второй — третий больной, обращающийся к врачу, — инфекционный больной. Следова­тельно, врач любой специальности при обращении к нему больного должен прежде всего установить, с чем он имеет дело — с инфекционным или неинфекционным заболеванием, так как за этим следует соответствующая тактика медицинских мероп­риятий.

Во-вторых, практически во всех неинфекционных клиниках (особенно хирургического профиля) врачам приходится сталки- ваться с гнойно-воспалительными заболеваниями и осложнени­ями, вызываемыми условно-патогенными бактериями, т.е. с так называемыми внутрибольничными инфекциями. В связи с этим врач любой профессии должен знать тактику диагностики, про­филактики и лечения внутрибольничных инфекций.

В третьих, санитарное благополучие населения во многом за висит от экологии микробов, их распространения и жизнеде­ятельности в окружающей среде, а это предмет уже экологи­ческой микробиологии.

В-четвертых, для диагностики, профилактики и лечения ин­фекционных и неинфекционных болезней применяют большой арсенал иммунобиологических препаратов, знание которых обя­зательно для каждого медицинского работника, как и знание противобактериальных и противовирусных препаратов.

В-пятых, практически во всех клиниках применяют имму­нологические методы оценки иммунного статуса больного с целью выявления иммунодефицитов, влияющих на течение основного заболевания или являющихся причиной болезни.

В-шестых, широкое распространение аллергических заболева­ний и болезней с иммунологическим механизмом обязывает ме­дицинских работников знать основные особенности патогенеза, диагностики, профилактики и специфического лечения этих бо­лезней.

Следовательно, каждый будущий врач, каждый будущий ме­дицинский работник должен знать основные сведения из обла­сти микробиологии и иммунологии независимо от той специ­альности, которую он выберет.