Введение

Микробиология (от греч. micros - малый, bios -жизнь, logos - учение) -наука, изучающая строение, жизнедеятельность и экологию микроорганизмов мельчайших форм жизни растительного или животного происхождения, не видимых невооруженным глазом.

Микробиология изучает всех представителей микромира (бактерии, грибы, простейшие, вирусы). По своей сути микробиология является биологической фундаментальной наукой. Для изучения микроорганизмов она использует методы других наук, прежде всего физики, биологии, биоорганической химии, молекулярной биологии, генетики, цитологии, иммунологии. Как и всякая наука, микробиология подразделяется на общую и частную. Общая микробиология изучает закономерности строения и жизнедеятельности микроорганизмов на всех уровнях. молекулярном, клеточном, популяционном; генетику и взаимоотношения их с окружающей средой. Предметом изучения частной микробиологии являются отдельные представители микромира в зависимости от проявления и влияния их на окружающую среду, живую природу, в том числе человека. К частным разделам микробиологии относятся: медицинская, ветеринарная, сельскохозяйственная, техническая, морская, космическая микробиология.

Медицинская микробиология изучает патогенные для человека микроорганизмы: бактерии, вирусы, грибы, простейшие. В зависимости от природы изучаемых патогенных микроорганизмов медицинская микробиология делится на бактериологию, вирусологию, микологию, протозоологию.

Каждая из этих дисциплин рассматривает следующие вопросы: морфологию и физиологию, т.е. осуществляет микроскопические и другие виды исследований, изучает обмен веществ, питание, дыхание, условия роста и размножения, генетические особенности патогенных микроорганизмов; роль микроорганизмов в этиологии и патогенезе инфекционных болезней; основные клинические проявления и распространенность вызываемых заболеваний; специфическую диагностику, профилактику и лечение инфекционных болезней; экологию патогенных микроорганизмов.

К медицинской микробиологии относят также санитарную, клиническую и фармацевтическую микробиологию.Санитарная микробиология изучает микрофлору окружающей среды, взаимоотношение микрофлоры с организмом, влияние микрофлоры и продуктов ее жизнедеятельности на состояние здоровья человека, разрабатывает мероприятия, предупреждающие неблагоприятное воздействие микроорганизмов на человека. В центре внимания клинической микробиологии. Роль условно-патогенных микроорганизмов в возникновении заболеваний человека, диагностика и профилактика этих болезней.Фармацевтическая микробиология исследует инфекционные болезни лекарственных растений, порчу лекарственных растений и сырья под действием микроорганизмов, обсемененность лекарственных средств в процессе приготовления, а также готовых лекарственных форм, методы асептики и антисептики, дезинфекции при производстве лекарственных препаратов, технологию получения микробиологических и иммунологических диагностических, профилактических и лечебных препаратов.

Ветеринарная микробиология изучает те же вопросы, что и медицинская микробиология, но применительно к микроорганизмам, вызывающим болезни животных.

Микрофлора почвы, растительного мира, влияние ее на плодородие, состав почвы, инфекционные заболевания растений и т.д. находятся в центре внимания сельскохозяйственной микробиологии.

Морская и космическая микробиология изучает соответственно микрофлору морей и водоемов и космического пространства и других планет.

Техническая микробиология , являющаяся частью биотехнологии, разрабатывает технологию получения из микроорганизмов разнообразных продуктов для народного хозяйства и медицины (антибиотики, вакцины, ферменты, белки, витамины). Основа современной биотехнологии - генетическая инженерия.

История развития микробиологии

Микробиология прошла длительный путь развития, исчисляющийся многими тысячелетиями. Уже в V.VI тысячелетии до н.э. человек пользовался плодами деятельности микроорганизмов, не зная об их существовании. Виноделие, хлебопечение, сыроделие, выделка кож. не что иное, как процессы, проходящие с участием микроорганизмов. Тогда же, в древности, ученые и мыслители предполагали, что многие болезни вызываются какими-то посторонними невидимыми причинами, имеющими живую природу.

Следовательно, микробиология зародилась задолго до нашей эры. В своем развитии она прошла несколько этапов, не столько связанных хронологически, сколько обусловленных основными достижениями и открытиями.

Историю развития микробиологии можно "разделить на пять этапов: эвристический, морфологический, физиологический, иммунологический и молекулярно-генетический.

ЭВРИСТИЧЕСКИЙ ПЕРИОД (IV III вв. до н.э. XVI в.) Связан скорее с логическими и методическими приемами нахождения истины, то есть эвристикой, чем с какимилибо экспериментами и до казательствами. Мыслители этого периода (Гиппократ, римский писатель Варрон, Авиценна и др.) высказывали предположения о природе заразных болезней, миазмах, мелких невидимых животных. Эти представления были сформулированы в стройную гипотезу спустя многие столетия в сочинениях итальянского врача Д. Фракасторо (1478 1553 гг.), высказавшего идею о живом контагии (contagiumvivum), который вызывает болезни. При этом каждая болезнь вызывается своим контагием. Для предохранения от болезней им были рекомендованы изоляция больного, карантин, ноше ние масок, обработка предметов уксусом.

Таким образом, Д. Фракасторо был одним из основоположников эпидемиологии, т. е. науки о причинах, условиях и механизмах формирования заболеваний и способах их профилактики.С изобретением микроскопа А.Левенгуком начинается следующий этап в развитию микробиологии, получивший название морфологического.

По профессии Левенгук был торговцем сукном, занимал должность городского казначея, а с 1679 г. был ещё и виноделом.

Левенгук сам шлифовал простые линзы, которые оптически были настолько совершенны, что давали возможность увидеть мельчайшие существа- микроорганизмы (линейное увеличение в 160 раз).

Он проявил необыкновенную наблюдательность и поразительную по своему времени точность описаний. Первой им была описана плесень, выросшая на мясе, позже он описывает «живых зверьков» в дождевой и колодезной воде, различных настоях, в испражнениях, в зубном налёте. А. Левенгук проводил все исследования один, не доверяя никому. Он ясно понимал разницу между наблюдениями и их интерпретаци­ей.

В 1698 г А. Левенгук пригласил к себе русского царя Петра Великого, который был в то время в Голландии. Царь был в восхи­щении от увиденного в микроскоп. А. Левенгук подарил Петру два микроскопа. Они и послужили началом исследования микро­организмов в России.

В 1675 г А. ван Левенгук ввёл в науку термины: микроб, бак­терии, простейшие. Открытие А. Левенгуком мира микроорганизмов дало мощ­ный импульс изучению этих таинственных существ. Целое столе­тие открывали и описывали всё новые и новые микроорганизмы. «Сколько чудес таят в себе эти крохотные создания» - писал А. ван Левенгук.

МОРФОЛОГИЧЕСКИЙ ПЕРИОД (XVII ПЕРВАЯ ПОЛОВИНА XIX вв.) Начинается с открытия микроорганизмов А. Левенгуком. На этом этапе было подтверждено повсеместное распространение микроорганизмов, описаны формы клеток, характер движения, места обитания многих представителей микромира. Окончание этого периода знаменательно тем, что накопленные к этому времени знания о микроорганизмах и научно методический уровень (в частности, наличие микроскопической техники) позволили ученым разрешить три очень важные (основные) для всех естественных наук проблемы: изучение природы процессов брожения и гниения, причины возникновения инфекционных заболеваний, проблему само зарождения микроорганизмов.

Изучение природы процессов брожения и гниения. Термин «брожение» (fermentatio) для обозначения всех процессов, идущих с выделени ем газа, впервые употребил голландский алхимик Я.Б. Гельмонт (1579-1644 гг.). Многие ученые пытались дать определение этому процессу и объяснить его. Но ближе всех к пониманию роли дрожжей в процессе брожения подошел французский химик А.Л. Лавуазье (1743 1794 гг.) при изучении количественных химических превращений сахара при спиртовом брожении, но он не успел завершить свою работу, так как стал жертвой террора французской буржуазной революции.

Многие ученые изучали процесс брожения, но к заключению о связи процессов брожения с жизнедеятельностью микроскопических живых существ одновременно, независимо друг от друга пришли французский ботаник Ш. Каньяр де Латур (исследовал осадок при спиртовом брожении и обнаружил живых существ), немецкие естествоиспытатели Ф. Кютцинг (при образовании уксуса обратил внимание на слизистую пленку на поверхности, которая также состоя ла из живых организмов) и Т. Шванн. Но их исследования были подверг нуты суровой критике сторонниками теории физикохимической природы брожения. Их обвинили в «легкомыслии в выводах» и отсутствии доказательств. Вторая основная проблема о микробной природе инфекционных заболеваний также была решена в морфологический период развития микробиологии.

Первыми высказали предположения о том, что заболевания вызывают невидимые существа, древнегреческий врач Гиппократ (ок. 460 377 гг. до н.э.), Авиценна (ок. 980 1037 гг.) и др. Несмотря на то, что появление болезней теперь уже связывалось с открытыми микроорганизмами, необходимы были прямые доказательства. И они были полу ченырусским врачом эпидемиологом Д.С. Самойловичем (1744 1805 гг.). Микроскопы того времени имели увеличение примерно в 300 раз и не позволяли обнаружить возбудителя чумы, для выявления которого, как сейчас известно, необходимо увеличение в 800 1000 раз. Чтобы доказать, что чума вызывается особым возбудителем, он заразил себя отделяемым бубона больного чумой человека и заболел чумой.

К счастью, Д.С. Самойлович остался жив. Впоследствии героические опыты по само заражению для доказательства заразности того или иного микроорганизма провели русские врачи Г.Н. Минх и О.О. Мочутковский, И.И. Мечников и др. Но приоритет в решении вопроса о микробной природе инфекционных заболеваний принадлежит итальянскому естествоиспытателю А. Баси (1773 1856 гг.), который впервые экспериментально установил микробную природу заболевания шелковичных червей, он обнаружил передачу болезни при переносе микроскопического грибка от больной особи к здоровой. Но большинство исследователей были убеждены в том, что причинами всех заболеваний являются нарушения течения химических процессов в организме. Третья проблема о способе появления и размножения микроорганизмов была решена в споре с господствовавшей тогда теорией самозарождения.

Несмотря на то, что итальянский ученый Л. Спалланцанив се редине XVIII в. наблюдал под микроскопом деление бактерий, мнение о том, что они самозарождаются (возникают из гнили, грязи и т.д.), не было опровергнуто. Это было сделано выдающимся французским ученым Луи Пастером (1822 1895 гг.), который своими работами положил начало со временной микробиологии. В этот же период начиналось развитие микробиологии в России. Основоположником русской микробиологии является Л.Н. Ценковский (1822 1887 гг.). Объекты его исследований простейшие, водоросли, грибы. Он открыл и описал большое число простейших, изучил их морфологию и циклы развития, показал, что нет резкой границы между миром растений и животных. Им была организована одна из первых пастеровских станций в России и предложена вакцина против сибирской язвы (живая вакцина Ценковского).

ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЙ ПЕРИОД (ВТОРАЯ ПОЛОВИНА XIX в.)

Бурное развитие микробиологии в XIX в. привело к открытию многих микроорганизмов: клубеньковых бактерий, нитрифицирующих бактерий, возбудителей многих инфекционных болезней (сибирская язва, чума, столбняк, дифтерия, холера, туберкулез и др.), вируса табачной мозаики, вируса ящура и др. Открытие новых микроорганизмов сопровождалось изучением не только их строения, но и их жизнедеятельности, то есть на смену морфологосистематическому изучению первой половины XIX в. пришло физиологическое изучение микроорганизмов, основанное на точном эксперименте.

Поэтому вторую половину XIX в. принято называть физиологическим периодом в развитии микробиологии. Этот период характеризуется выдающимися открытиями в области микробиологии, и его без преувеличения можно было бы назвать в честь гениального французского ученого Л. Пастера Пастеровским, потому что научная деятельность этого ученого охватывала все основные проблемы, связанные с жизнедеятельностью микроорганизмов. Первым из современников Л. Пастера, кто оценил значение его открытий, был английский хирург Дж. Листер (1827 1912 гг.), который, основываясь на достижениях Л. Пастера, впервые ввел в медицинскую практику обработку всех хирургических инструментов карболовой кислотой, обеззараживание операционных и добился снижения числа смертельных исходов после операций.

Основной заслугой Пастера является то, что он впервые связал микроорганизмы с процессами, ими вызываемыми. Исследования Пастера завершили многовековой спор о возможности самопроизвольного зарождения жизни. Он экспериментально доказал, что в питательных средах, в которых убиты микроорганизмы, жизнь не зарождается даже при соприкосновении с воздухом, если в последнем они отсутствуют.

Открытия Пастера:

1. Установил, что процессы брожения имеют микробиологическую природу, и каждый вид брожения обусловлен своим специфическим возбудителем.

2. Исследуя болезни пива и вина, он открыл, что эти пороки обусловлены развитием посторонних микроорганизмов. Он предложил метод борьбы с посторонней микрофлорой – пастеризацию.

3. Объяснил, что инфекционные болезни имеют микробиологическую природу и возникают в результате попадания в организм болезнетворных микроорганизмов. Л. Пастер предложил метод борьбы с инфекционными заболеваниями при помощи прививок, для которых применяются культуры микроорганизмов с ослабленным болезнетворным действием (вакцины).

4. Доказал, что некоторые микроорганизмы могут существовать без доступа кислорода, т.е. открыл явление анаэробиоза. Изучая масляно кислые бактерии, он показал, что воздух вреден для них. Эти результаты вызвали бурю протеста, так как было признано, что без молекулярного кислорода жизнь невозможна. Таким образом, Луи Пастер является основоположником всех основных направлений современной микробиологии.

Свои выдающиеся исследования Пастер выполнял в небольшой лаборатории, в которой, по его словам, «недоставало света, воздуха и места». В 1988 г. в Париже, на средства, собранные по подписке, был открыт Пастеровский институт, в строительство которого большой вклад внесло русское правительство. В этом институте работали многие известные микробиологи, в том числе и русские. Историограф Пастеровского института А. Делане в шутливой форме говорил, что не знает, являлся ли в конце XIX века институт Пастера французским или русско-французским учреждением.

Одним из основоположников медицинской микробиологии является Роберт Кох (1843 1910 гг.), которому принадлежит разработка методов получения чистых культур бактерий, окра ска бактерий при микроскопии, микрофотографии. Известна также сформулированная Р. Кохом триада Коха, которой до сих пор пользуются при установлении возбудителя болезни. В 1877 г. Р. Кох выделил возбудителя сибирской язвы, в 1882 г. возбудителя туберкулеза, а в 1905 г. ему была присуждена Нобелевская премия за открытие возбудителя холеры.

В физиологический период, а именно в 1867 г., М.С. Воронин описал клубеньковые бактерии, а почти через 20 лет Г. Гельригель и Г. Вильфарт показали их способность к азотфиксации. Французские химики Т. Шлезинг, А. Мюнц обосновали микробиологическую природу нитрификации (1877 г.), а в 1882 г. П. Дегерен установил природу денитрификации, природу анаэробного разложения растительных остатков.

Российский ученый П.А. Костычев создал теорию микробиологической природы процессов почвообразования.

Наконец, в 1892 г. русский ботаник Д. И. Ивановский (1864 1920 гг.) открыл вирус табачной мозаики. В 1898 г. независимо от Д.И. Ивановского этот же вирус был описан М. Бейеринком. Затем был открыт вирус ящура (Ф. Леффлер, П. Фрош, 1897 г.), желтой лихорадки (У. Рид, 1901 г.) и многие другие вирусы. Однако увидеть вирусные частицы стало возможным только после изобретения электронного микроскопа, так как в световые микроскопы они не видны. К настоящему времени царство вирусов насчитывает до 1000 болезнетворных видов. Только за последнее время открыт ряд новых Д. И. Ивановский вирусов, в том числе вирус, вызывающий СПИД.

Несомненно, что период открытия новых вирусов и бактерий и изучения их морфологии и физиологии продолжается до настоящего времени.

С.Н. Виноградский (1856 1953 гг.) и голландский микробиолог М. Бейеринк (1851 1931 гг.) ввели микроэкологический принцип исследования микроорганизмов. С.Н. Виноградский предложил создавать специфические (элективные) условия, дающие возможность преимуществен ного развития одной группы микроорганизмов, открыл в 1893 г. анаэроб ный азотфиксатор, названный им в честь Пастера Clostridiumpasterianum, выделил из почвы микроорганизмы, представляющие совершенно новый тип жизни и получившие название хемолитоавтотрофных.

Микроэкологический принцип был развит и М. Бейеринком и применен при выделении различных групп микроорганизмов. Через 8 лет после открытия С.Н. Виноградским азотфиксатора М. Бейеринк выделил в аэробных условиях Azotobacterchroococcum, исследовал физиологию клубеньковых бактерий, процессы денитрификации и сульфатредукции и т.д. Оба этих исследователя являются основоположниками экологического на правления микробиологии, связанного с изучением роли микроорганизмов в круговороте веществ в природе. К концу XIX в. Намечается дифференциация микробиологии на ряд частных направлений: общая, медицинская, почвенная.

ИММУНОЛОГИЧЕСКИЙ ПЕРИОД (НАЧАЛО ХХ в.)

С наступлением ХХ в. начинается новый период в микробиологии, к которому привели открытия XIX в.

Работы Л. Пастера по вакцинации, И.И. Мечникова по фагоцитозу, П.Эрлиха по теории гуморального иммунитета составили основное содер жание этого этапа в развитии микробиологии, по праву получившего на звание иммунологического.

Пауль Эрлих (1854 1915 гг.) немецкий врач, бактериолог и био химик, один из основоположников иммунологии и химиотерапии, выдви нувший гуморальную (от лат. humor жидкость) теорию иммунитета. Он считал, что иммунитет возникает в результате образования в крови анти тел, которые нейтрализуют яд. Подтверждением этому было открытие ан титоксинов антител, нейтрализующих токсины у животных, которым вводили дифтерийный или столбнячный токсин (Э. Беринг, С. Китазато).

В 1883 г. он сформулировал фагоцитарную теорию иммунитета. Невосприимчивость человека к повторному заражению была известна давно, но природа этого явления была непонятна даже после

И.И. Мечников того, как стала широко применяться вакцинация против многих заболеваний. И.И. Мечников показал, что защита организма от болезне творных бактерий это сложная биологическая реакция, в основе которой лежит способность фагоцитов (макро и микрофаги) захватывать и разру шать посторонние тела, попавшие в организм, в том числе бактерии. Ис следования И.И. Мечникова по фагоцитозу убедительно доказали, что, по мимо гуморального, существует клеточный иммунитет.

И.И. Мечников и П. Эрлих были научными противниками на протя жении многих лет, каждый экспериментально доказывал справедливость своей теории. Впоследствии оказалось, что противоречия между гумо ральным и фагоцитарным иммунитетами нет, так как эти механизмы осу ществляют защиту организма совместно. И в 1908 г. И.И. Мечникову со вместно с П. Эрлихом была присуждена Нобелевская премия за разработку теории иммунитета.

Иммунологический период характеризуется открытием основных ре акций иммунной системы на генетически чужеродные вещества (антиге ны): антителообразование и фагоцитоз, гиперчувствительность замедлен ного типа (ГЗТ), гиперчувствительность немедленного типа (ГНТ), толе рантность, иммунологическая память.

Особенно бурное развитие получили микробиология и иммунология в 50 60 гг. двадцатого

столетия. Этому способствовали важнейшие от крытия в области молекулярной биологии, генетики, биоорганической хи мии; появление новых наук: генетической инженерии, молекулярной био логии, биотехнологии, информатики; создание новых методов и использо вание научной аппаратуры.

Иммунология является основой для разработки лабораторных мето дов диагностики, профилактики и лечения инфекционных и многих неин фекционных болезней, а также разработки иммунобиологических препара тов (вакцин, иммуноглобулинов, иммуномодуляторов, аллергенов, диагно стических препаратов). Разработкой и производством иммунобиологиче ских препаратов занимается иммунобиотехнология самостоятельный раз дел иммунологии. Современная медицинская микробиология и иммуноло гия достигли больших успехов и играют огромную роль в диагностике, профилактике и лечении инфекционных и многих неинфекционных болез ней, связанных с нарушением иммунной системы (онкологические, ауто иммунные болезни, трансплантация органов и тканей и др.).

МОЛЕКУЛЯРНОГЕНЕТИЧЕСКИЙ ПЕРИОД (С 50х гг. ХХ в.)

Он характеризуется рядом принципиально важных научных достижений и открытий:

1. Расшифровка молекулярной структуры и молекулярно биологической организации многих вирусов и бактерий; открытие простейших форм жизни «инфекционного» белка приона.

2. Расшифровка химического строения и химический синтез некоторых антигенов.

Например, химический синтез лизоцима (Д. Села, 1971 г.), пептидов вируса СПИДа (Р.В. Петров, В.Т. Иванов и др.).

3. Расшифровка строения антителиммуноглобулинов (Д. Эдельман, Р. Портер, 1959 г.).

4. Разработка метода культур животных и растительных клеток и их выращивание в промышленных масштабах с целью получения вирусных антигенов.

5. Получение рекомбинантных бактерий и рекомбинантных вирусов.

6. Создание гибридом путем слияния иммунных В лимфоцитов продуцентов антител и раковых клеток с целью получения моноклональных антител (Д. Келлер, Ц. Мильштейн, 1975 г.).

7. Открытие иммуномодуляторов иммуноцитокининов (интерлейкины, интерфероны, миелопептиды и др.) эндогенных природных регуляторов иммунной системы и их использование для профилактики и лечения различных болезней.

8. Получение вакцин с помощью методов биотехнологии и приемов генетической инженерии (гепатита В, малярии, антигенов ВИЧ и других антигенов) и биологически активных пептидов (интерфероны, интерлейкины, ростовые факторы и др.).

9. Разработка синтетических вакцин на основе природных или синтетических антигенов и их фрагментов.

10. Открытие вирусов, вызывающих иммунодефициты.

11. Разработка принципиально новых способов диагностики инфекционных и неинфекционных болезней (иммуноферментный, радиоиммунный анализы, иммуноблотинг, гибридизация нуклеиновых кислот).

Создание на основе этих способов тестсистем для индикации, идентификации микроорганизмов, диагностики инфекционных и неинфекционных болез ней. Во второй половине ХХ в. продолжается формирование новых на правлений в микробиологии, от нее отпочковываются новые дисциплины со своими объектами исследований (вирусология, микология), выделяются направления, различающиеся задачами исследования (общая микробиология, техническая, сельскохозяйственная, медицинская микробиология, генетика микроорганизмов и т.д.). Было изучено много форм микроорганизмов и примерно к середине 50х гг. прошлого века А. Клюйвером (1888 1956 гг.) и К. Нилем (1897 1985 гг.) была сформулирована теория биохимического единства жизни.

Реакция Вассермана (RW или ЭДС-Экспресс Диагностика Сифилиса) - устаревший метод диагностики сифилиса при помощи серологической реакции. В настоящее время заменён микрореакцией преципитации (антикардиолипиновый тест, MP, RPR - RapidPlasmaReagin). Названа по имени немецкого иммунолога Августа Вассермана <#"justify">Это реакция агглютинации применяемая для диагностики брюшного тифа и некоторых тифо-паратифозных заболеваний.

Предложена в 1896 французским врачом Ф. Видалем (F. Widal, 1862-1929). В. р. основана на способности антител (агглютининов), образующихся в организме в течение болезни и длительно сохраняющихся после выздоровления, вызывать склеивание брюшнотифозных микроорганизмов, специфические антитела (агглютинины) обнаруживаются в крови больного со 2-ой недели болезни.

Для постановки реакции Видаля берут шприцем кровь из локтевой вены в количестве 2-3 мл и дают ей свернуться. Образовавшийся сгусток отделяют, а сыворотку отсасывают в чистую пробирку и готовят из неё 3 ряда разведений сыворотки больного от 1:100 до 1:800 следующим образом: во все пробирки разливают по 1 мл (20 капель) физиологического раствора; затем этой же пипеткой наливают 1 мл сыворотки, разведенной 1:50 в первую пробирку, перемешивают с физиологическим раствором, таким образом получают разведение 1:100, Из этой пробирки переносят 1 мл сыворотки в следующую пробирку, перемешивают с физиологическим раствором, получают разведение 1:200 также получают разведения 1:400 и 1:800 в каждом из трёх рядов.

Реакция агглютинации Видзля ведётся в объеме 1 мл жидкости, поэтому из последней пробирки после смешения жидкости удаляют 1 мл. В отдельную контрольную пробирку наливают 1 мл физиологического раствора без сыворотки. Этот контроль ставится для проверки возможности спонтанной агглютинации антигена (диагностикума) а каждом ряду {контроль антигена). Во все пробирки каждого ряда, соответствующего надписям, закапывают по 2 капли диагностикума. Штатив ставят в термостат на 2 часа при 37 «С и затем на сутки оставляют при комнатной температуре. Учёт реакции производится на следующем занятии.

В сыворотках больных могут быть как специфические, так и групповые антитела, которые различаются по высоте титра. Специфическая реакция агглютинации идёт обычно до более высокого титра. Реакция считается положительной, если агглютинация произошла хотя бы в первой пробирке с разведением 1:200. Обычно она наступает в больших разведениях. Если наблюдается групповая агглютинация с двумя или тремя антигенами, то возбудителем болезни считают того микроба, с которым произошла агглютинация в наиболее высоком разведении сыворотки.

Огромный вклад в развитие микробиологии внесли отечественные ученые:

И.И. Мечников (1845-1916) создал фагоцитарную теорию иммунитета, основанной на способности клеток макроорганизма противостоять инородным телам; установил антагонизм между молочнокислыми и гнилостными бактериями; работал с возбудителями инфекционных болезней. В 1908 г. ему была присуждена Нобелевская премия.

Л.С. Ценковский (1822-1877) разработал методы борьбы с сибирской язвой в виде прививок. Кроме того, он доказал бактериальную природу сахарного клека и разработал способы предупреждения его в сахарном производстве.

Д.И. Ивановский (1886-1920) по праву считается основоположником вирусологии. Он при изучении мозаичной болезни табака обнаружил микроорганизмы, которые проходили через биологические фильтры. Эти микроорганизмы получили название вирусов. Это послужило толчком к открытию возбудителей ящура, оспы, невидимых в обычные световые микроскопы.

С.Н. Виноградский (1856-1953) – основоположник почвенной микробиологии, установил роль микроорганизмов в круговороте веществ в природе. Разработал методы выделения отдельных групп микроорганизмов с использованием элективных (избирательных) питательных сред.

В.Л. Омелянский (1867-1928) – ученик С.Н. Виноградского, открыл возбудителей брожения клетчатки, изучал процессы нитрификации, азотфиксации, а также экологию микроорганизмов почвы. В.Л. Омелянский написал в 1909 г. первый учебник по общей микробиологии в России, который выдержал десять изданий и по настоящее время является настольной книгой микробиологов. В 1923 г. им издано первое в нашей стране «Практическое руководство по микробиологии».

Микробиологией называют науку о микроскопических живых существах, размер которых не превышает 1 мм. Такие организмы можно рассмотреть только с помощью увеличительных приборов. Объектами микробиологии являются представители разных групп живого мира: бактерии, археи, простейшие, микроскопические водоросли, низшие грибы. Все они характеризуются малыми размерами и объединяются общим термином «микроорганизмы».

Микроорганизмы представляют собой самую большую группу живых существ на Земле, и ее члены распространены повсеместно.

Место микробиологии в системе биологических наук определяется спецификой ее объектов, которые, с одной стороны, в большинстве своем представляют собой одну клетку, а с другой - являются полноценным организмом. Как наука об определенном классе объектов и их разнообразии микробиология аналогична таким дисциплинам, как ботаника и зоология. В то же время она относится к физиолого-биохимической ветви биологических дисциплин, так как изучает функциональные возможности микроорганизмов, их взаимодействие с окружающей средой и другими организмами. И наконец, микробиология - это наука, исследующая общие фундаментальные законы существования всего живого, явления на стыке одно- и многоклеточности, развивающая представления об эволюции живых организмов.

Значение микроорганизмов в природных процессах и человеческой деятельности

Роль микробиологии определяется значением микроорганизмов в природных процессах и в человеческой деятельности. Именно они обеспечивают протекание глобального круговорота элементов на нашей планете. Такие его стадии, как фиксация молекулярного азота, денитрификация или минерализация сложных органических веществ, были бы невозможны без участия микроорганизмов. На деятельности микроорганизмов основан целый ряд необходимых человеку производств продуктов питания, различных химических веществ, лекарственных препаратов и т.д. Микроорганизмы используются для очистки окружающей среды от различных природных и антропогенных загрязнений. В то же время многие микроорганизмы являются возбудителями заболеваний человека, животных, растений, а также вызывают порчу продуктов питания и различных промышленных материалов. Представители других научных дисциплин часто используют микроорганизмы в качестве инструментов и модельных систем при проведении экспериментов.

История микробиологии

История микробиологии исчисляется примерно с 1661 г, когда голландский торговец сукном Антони ван Левенгук (1632-1723) впервые описал микроскопические существа, наблюдаемые им в микроскоп собственного изготовления. В своих микроскопах Левенгук использовал одну короткофокусную линзу, закрепленную в металлическую оправу. Перед линзой находилась толстая игла, к кончику которой прикреплялся исследуемый объект. Иглу можно было передвигать относительно линзы с помощью двух фокусирующих винтов. Линзу следовало приложить к глазу и через нее рассматривать объект на кончике иглы. Будучи по складу характера любознательным и наблюдательным человеком, Левенгук изучил различные субстраты естественного и искусственного происхождения, рассмотрел под микроскопом огромное количество объектов и сделал очень точные рисунки. Он исследовал микроструктуру растительных и животных клеток, сперматозоиды и эритроциты, строение сосудов растений и животных, особенности развития мелких насекомых. Достигнутое увеличение (50-300 раз) позволило Левенгуку увидеть микроскопические существа, названные им «зверушками», описать их основные группы, а также сделать вывод о том, что они вездесущи. Свои заметки о представителях мира микробов (простейших, плесневых грибах и дрожжах, различных формах бактерий - палочковидных, сферических, извитых), о характере их движения и устойчивых сочетаниях клеток Левенгук сопровождал тщательными зарисовками и в виде писем направлял в Английское Королевское общество, которое имело целью поддерживать обмен информацией среди научной общественности. После смерти Левенгука изучение микроорганизмов долго сдерживалось несовершенством увеличительных приборов. Только к середине XIX века были созданы модели световых микроскопов, позволившие другим исследователям детально описать основные группы микроорганизмов. Этот период истории микробиологии можно условно назвать описательным.

Физиологический этап развития микробиологии начался приблизительно с середины 19-го века и связан он с работами французского химика-кристаллографа Луи Пастера (1822-1895) и немецкого сельского врача Роберта Коха (1843-1910). Эти ученые положили начало экспериментальной микробиологии и существенно обогатили методологический арсенал этой науки.

При исследовании причин прокисания вина Л.Пастер установил, что сбраживание виноградного сока и образование спирта осуществляют дрожжи, а порчу вина (появление посторонних запахов, вкусов и ослизнение напитка) вызывают другие микробы. Для предохранения вина от порчи Пастер предложил способ тепловой обработки (нагревание до 70 о С) сразу после брожения, чтобы уничтожить посторонние бактерии. Такой прием, применяемый и сегодня для предохранения молока, вина и пива, получил название «пастеризация».

Исследуя другие виды брожения, Пастер показал, что каждое брожение имеет главный конечный продукт и вызывается микроорганизмами определенного типа. Эти исследования привели к открытию неизвестного ранее образа жизни - анаэробного (бескислородного) метаболизма , при котором кислород не только не нужен, но и часто вреден для микроорганизмов. В то же время для значительного числа аэробных микроорганизмов кислород является необходимым условием их существования. Изучая на примере дрожжей возможность переключения с одного типа обмена веществ на другой, Л.Пастер показал, что анаэробный метаболизм энергетически менее выгоден. Микроорганизмы, способные к такому переключению, он назвал факультативными анаэробами .

Пастер окончательно опроверг возможность самозарождения живых существ из неживой материи в обычных условиях. К тому времени вопрос о самозарождении животных и растений из неживого материала был уже решен отрицательно, а относительно микроорганизмов спор продолжался. Опыты итальянского ученого Ладзаро Спалланцани и французского исследователя Франсуа Аппера по длительному прогреванию питательных субстратов в герметичных сосудах для предотвращения развития микробов подвергались критике сторонников теории самозарождения: они считали, что именно укупорка сосудов препятствует проникновению внутрь некой «жизненной силы». Пастером был проведен изящный эксперимент, поставивший точку в этой дискуссии. Прогретый питательный бульон был помещен в открытый стеклянный сосуд, горлышко которого было вытянуто трубкой и S-образно изогнуто. Воздух мог беспрепятственно проникать внутрь колбы, а клетки микроорганизмов оседали в нижнем изгибе горлышка и не попадали в бульон. В этом случае бульон оставался стерильным неопределенно долго. Если же колбу наклоняли так, что жидкость заполняла нижний изгиб, а затем бульон возвращали обратно в сосуд, то внутри быстро начинали развиваться микроорганизмы.

Работы по изучению «болезней» вина позволили ученому предположить, что возбудителями инфекционных заболеваний животных и человека также могут быть микроорганизмы. Пастер выделил возбудителей ряда болезней и изучил их свойства. Опыты с патогенными микроорганизмами показали, что при определенных условиях они становились менее агрессивными и не убивали зараженный организм. Пастер сделал вывод о возможности прививать ослабленных возбудителей здоровым и зараженным людям и животным, чтобы стимулировать защитные силы организма в борьбе с инфекцией. Ученый назвал материал для прививок вакциной, а сам процесс - вакцинацией. Пастер разработал способы прививок против ряда опасных заболеваний животных и человека, в том от бешенства.

Роберт Кох, начав с доказательства бактериальной этиологии сибирской язвы, затем выделил возбудителей многих болезней в чистой культуре. В своих экспериментах он использовал мелких подопытных животных, а также наблюдал под микроскопом развитие бактериальных клеток в кусочках тканей зараженных мышей. Кохом были разработаны способы выращивания бактерий вне организма, различные методы окраски препаратов для микроскопии и предложена схема получения чистых культур микроорганизмов на твердых средах в виде отдельных колоний. Эти простые приемы до сих пор используются микробиологами всего мира. Кох окончательно сформулировал и экспериментально подтвердил постулаты, доказывающие микробное происхождение заболевания:

1. микроорганизм должен присутствовать в материале больного;
2. выделенный в чистой культуре, он должен вызывать ту же болезнь у экспериментально зараженного животного;
3. из этого животного возбудитель должен быть опять выделен в чистую культуру, и две эти чистые культуры должны быть одинаковыми.

Эти правила получили в дальнейшем название «триада Коха». При исследовании возбудителя сибирской язвы ученый наблюдал образование клетками особых плотных телец (спор). Кох пришел к выводу, что устойчивость этих бактерий в окружающей среде связана со способностью к спорообразованию. Именно споры в течение длительного времени способны заражать скот и в тех местах, где ранее находились больные животные или устраивались скотомогильники.

В 1909 г. за труды по иммунитету русский физиолог Илья Ильич Мечников (1845-1916) и немецкий врач-биохимик Пауль Эрлих (1854—1915) получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине.

И.И.Мечников разработал фагоцитарную теорию иммунитета, рассматривавшую процесс поглощения лейкоцитами животных чужеродных агентов как защитную реакцию макроорганизма. Инфекционное заболевание представлялось в этом случае как противостояние патогенных микроорганизмов и фагоцитов организма-хозяина, а выздоровление означало «победу» фагоцитов. В дальнейшем, работая в бактериологических лабораториях сначала в Одессе, а потом в Париже, И.И.Мечников продолжал изучение фагоцитоза, а также принимал участие в исследовании возбудителей сифилиса, холеры и других инфекционных заболеваний и разработке ряда вакцин. На склоне лет И.И.Мечников заинтересовался проблемами старения человека и обосновал полезность использования в пище больших количеств кисломолочных продуктов, содержащих «живые» закваски. Он пропагандировал использование суспензии молочнокислых микроорганизмов, утверждая, что такие бактерии и образуемые ими молочнокислые продукты способны подавлять гнилостные микроорганизмы, производящие вредные шлаки в кишечнике человека.

П.Эрлих, занимаясь экспериментальной медициной и биохимией лекарственных соединений, сформулировал гуморальную теорию иммунитета, согласно которой макроорганизм для борьбы с инфекционными агентами производит специальные химические вещества - антитела и антитоксины, нейтрализующие микробные клетки и выделяемые ими агрессивные субстанции. П.Эрлих разработал методы лечения ряда инфекционных заболеваний и участвовал в создании препарата для борьбы с сифилисом (сальварсана). Ученый первым описал феномен приобретения патогенными микроорганизмами устойчивости к лекарственным препаратам.

Русский эпидемиолог Николай Федорович Гамалея (1859-1948) изучал пути передачи и распространения таких серьезных инфекций как бешенство, холера, оспа, туберкулез, сибирская язва и некоторые заболевания животных. Им усовершенствован разработанный Л.Пастером способ профилактических прививок и предложена вакцина против холеры человека. Ученый разработал и внедрил комплекс санитарно-гигиенических и противоэпидемических мероприятий по борьбе с чумой, холерой, оспой, сыпным и возвратным тифами и другими инфекциями. Н.Ф.Гамалея открыл вещества, растворяющие бактериальные клетки (бактериолизины), описал явление бактериофагии (взаимодействия вирусов и бактериальной клетки) и внес существенный вклад в изучение микробных токсинов.

Признание огромной роли микроорганизмов в биологически важных круговоротах элементов на Земле связано с именами русского ученого Сергея Николаевича Виноградского (1856-1953) и голландского исследователя Мартинуса Бейеринка (1851-1931). Эти ученые изучали группы микроорганизмов, способных осуществлять химические превращения основных элементов и участвовать в биологически важных круговоротах на Земле. С.Н.Виноградский работал с микроорганизмами, использующими неорганические соединения серы, азота, железа и открыл уникальный образ жизни, свойственный только прокариотам, при котором для получения энергии используется восстановленное неорганическое соединение, а для биосинтезов - углерод углекислого газа. Ни животные, ни растения не могут существовать таким способом.

С.Н.Виноградский и М.Бейеринк независимо друг от друга показали способность некоторых прокариот использовать атмосферный азот в своем обмене веществ (фиксировать молекулярный азот). Ими были выделены в виде чистых культур свободноживущие и симбиотические микробы-азотфиксаторы и отмечена глобальная роль таких микроорганизмов в цикле азота. Только прокариотические микроорганизмы могут переводить газообразный азот в связанные формы, используя его для синтеза компонентов клетки. После отмирания азотфиксаторов соединения азота становятся доступными для других организмов. Таким образом, азотфиксирующие микроорганизмы замыкают биологический круговорот азота на Земле.

На рубеже XIX-XX веков русский физиолог растений и микробиолог Дмитрий Иосифович Ивановский (1864-1920) открыл вирус табачной мозаики, тем самым обнаружив особую группу биологических объектов, не имеющих клеточного строения. При исследовании инфекционной природы мозаичной болезни табака ученый попытался очистить сок растения от возбудителя, пропуская его через бактериальный фильтр. Однако после этой процедуры сок был способен заражать здоровые растения, т.е. возбудитель оказался гораздо меньше всех известных микроорганизмов. В дальнейшем оказалось, что целый ряд известных заболеваний вызывается подобными возбудителями. Их назвали вирусами. Увидеть вирусы удалось только в электронный микроскоп. Вирусы являются особой группой биологических объектов, не имеющих клеточного строения, изучением которых в настоящее время занимается наука вирусология.

В 1929 г. английским бактериологом и иммунологом Александром Флемингом (1881-1955) был открыт первый антибиотик пенициллин. Ученый интересовался вопросами развития инфекционных болезней и действия на них различных химических препаратов (сальварсана, антисептиков). Во время Первой мировой войны в госпиталях раненые сотнями умирали от заражения крови. Повязки с антисептиками лишь немного облегчали состояние больных. Флеминг поставил опыт, создав модель рваной раны из стекла и заполнив ее питательной средой. В качестве «микробного загрязнения» он использовал навоз. Промывая стеклянную «рану» раствором сильного антисептика и затем заполняя ее чистой средой Флеминг показал, что антисептики не убивают микроорганизмы в неровностях «раны» и не останавливают инфекционный процесс. Осуществляя множество посевов на твердые среды в чашках Петри, ученый проверял антимикробный эффект различных выделений человека (слюны, слизи, слезной жидкости) и открыл лизоцим, убивающий некоторые болезнетворные бактерии. Чашки с посевами сохранялись Флемингом длительное время и многократно просматривались. В тех чашках, куда случайно попали споры грибов и выросли колонии плесени, ученый заметил отсутствие роста бактерий вокруг этих колоний. Специально поставленные эксперименты показали, что вещество, выделяемое плесневым грибом из рода Penicillium губительно для бактерий, но не опасно для подопытных животных. Флеминг назвал это вещество пенициллином. Использование пенициллина в качестве лекарства стало возможным только после выделения его из питательного бульона и получения в химически чистом виде (в 1940 г.), что в дальнейшем привело к разработке целого класса лекарственных препаратов, названных антибиотиками. Начались активные поиски новых продуцентов антимикробных веществ и выделение новых антибиотиков. Так, в 1944 г. американский микробиолог Зельман Ваксман (1888-1973) получил с помощью ветвящихся бактерий рода Streptomyces широко применяемый антибиотик стрептомицин.

Ко второй половине XIX века микробиологами был накоплен огромный материал, свидетельствующий о чрезвычайном разнообразии типов микробного обмена веществ. Изучению многообразия жизненных форм и выявлению их общих черт посвящены работы голландского микробиолога и биохимика Алберта Яна Клюйвера (1888-1956) и его учеников. Под его руководством было проведено сравнительное изучение биохимии далеко отстоящих друг от друга систематических и физиологических групп микроорганизмов, а также анализ данных физиологии и генетики. Эти работы позволили делать вывод об однотипности макромолекул, составляющих все живое, и об универсальности биологической «энергетической валюты» - молекул АТФ. Разработка общей схемы метаболических путей в значительной степени базируется на исследованиях фотосинтеза высших растений и бактерий, проведенных учеником А.Я.Клюйвера Корнелиусом ван Нилем (1897-1985). К. ван Ниль изучил обмен веществ различных фотосинтезирующих прокариот и предложил обобщающее суммарное уравнение фотосинтеза: CO 2 +H 2 A+ һν → (CH 2 O) n +A, где H 2 A - либо вода, либо другое окисляемое вещество. Такое уравнение предполагало, что именно вода, а не углекислый газ, разлагается при фотосинтезе с выделением кислорода. К середине XX века выводы А.Я.Клюйвера и его учеников (в частности, К. ван Ниля) легли в основу принципа биохимического единства жизни.

Развитие отечественной микробиологии представлено различными направлениями и деятельностью многих известных ученых. Целый ряд научных учреждений нашей страны носит имена многих из них. Так, Лев Семенович Ценковский (1822-1877) изучил большое число простейших, микроводорослей, низших грибов и сделал вывод об отсутствии четкой границы между одноклеточными животными и растениями. Он также разработал способ прививки против сибирской язвы с применением «живой вакцины Ценковского» и организовал пастеровскую станцию вакцинации в Харькове. Георгий Норбертович Габричевский (1860-1907) предложил способ лечения дифтерии с помощью сыворотки и участвовал в создании производства бактериальных препаратов в России. Ученик С.Н.Виноградского Василий Леонидович Омелянский (1867-1928) исследовал микроорганизмы, участвующие в превращениях соединений углерода, азота, серы и в процессе анаэробного разложения целлюлозы. Его работы расширили представления о деятельности микроорганизмов почвы. В.Л.Омелянский предложил схемы круговоротов биогенных элементов в природе. Георгий Адамович Надсон (1867-1939) сначала занимался микробной геохимической деятельностью и воздействием различных повреждающих факторов на микробные клетки. В дальнейшем его работы были посвящены изучению наследственности и изменчивости микроорганизмов и получению устойчивых искусственных мутантов низших грибов под действием излучений. Одним из основоположников морской микробиологии является Борис Лаврентьевич Исаченко (1871-1948). Им была высказана гипотеза о биогенном происхождении месторождений серы и кальция. Владимир Николаевич Шапошников (1884-1968) является основателем отечественной технической микробиологии. Его работы по физиологии микроорганизмов посвящены изучению различных видов брожения. Им открыто явление двухфазности ряда микробиологических процессов и разработка способов управления ими. Исследования В.Н.Шапошникова стали основой для организации в СССР микробиологических производств органических кислот и растворителей. Работы Зинаиды Виссарионовны Ермольевой (1898-1974) внесли существенный вклад в физиологию и биохимию микроорганизмов, медицинскую микробиологию, а также способствовали становлению микробиологического производства ряда отечественных антибиотиков. Так, она исследовала возбудители холеры и другие холероподобные вибрионы, их взаимодействие с организмом человека и предложила санитарные нормы хлорирования водопроводной воды в качестве средства профилактики этого опасного заболевания. Ею был создан и применен для профилактики препарат холерного бактериофага, а в дальнейшем - и комплексный препарат против холеры, дифтерии и брюшного тифа. Применение лизоцима в медицинской практике основано на работах З.В.Ермольевой по обнаружению новых растительных источников лизоцима, установлению его химической природы, разработке метода выделения и концентрирования. Получение отечественного штамма продуцента пенициллина и организация промышленного производства препарата пенициллина-крустозина в годы Великой Отечественной войны - это неоценимая заслуга З.В.Ермольевой. Эти исследования явились импульсом для поиска и селекции отечественных продуцентов других антибиотиков (стрептомицина, тетрациклина, левомицетина, экмолина). Работы Николая Александровича Красильникова (1896-1973) посвящены изучению мицелиальных прокариотических микроорганизмов - актиномицетов. Подробное исследование свойств этих микроорганизмов позволило Н.А.Красильникову создать определитель актиномицетов. Ученый был одним из первых исследователей явления антагонизма в мире микробов, что позволило ему выделить актиномицетный антибиотик мицетин. Н.А.Красильников изучал также взаимодействие актиномицетов с другими бактериями и высшими растениями. Его работы по почвенной микробиологии посвящены роли микроорганизмов в почвообразовании, распределению их в почвах и влиянию на плодородие. Ученица В.Н.Шапошникова, Елена Николаевна Кондратьева (1925-1995) возглавляла изучение физиологии и биохимии фотосинтезирующих и хемолитотрофных микроорганизмов. Ею подробно проанализированы особенности метаболизма таких прокариот и выявлены общие закономерности фотосинтеза и углеродного обмена. Под руководством Е.Н.Кондратьевой был открыт новый путь автотрофной фиксации СО 2 у зеленых несерных бактерий, проведено выделение и подробное изучение штаммов фототрофных бактерий нового семейства. В ее лаборатории была создана уникальная коллекция бактерий-фототрофов. Е.Н.Кондратьева была инициатором исследований метаболизма микроорганизмов-метилотрофов, использующих в своем метаболизме одноуглеродные соединения.

В XX веке микробиология полностью сложилась как самостоятельная наука. Дальнейшее ее развитие происходило с учетом открытий, сделанных в других областях биологии (биохимии, генетике, молекулярной биологии и т.д.). В настоящее время многие микробиологические исследования проводятся совместно специалистами разных биологических дисциплин. Многочисленные достижения микробиологии конца XX - начала XXI веков будут кратко изложены в соответствующих разделах учебника.

Основные направления в современной микробиологии.

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.

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.

Наука о формах, сочетаниях и размерах клеток микроорганизмов, их дифференциации, а также размножении и развитии. - наука о многообразии микроорганизмов и их классификации по степени родства. В настоящее время в основу систематики микроорганизмов положены молекулярно-биологические методы.- наука об обмене веществ (метаболизме) микроорганизмов, включающая способы потребления питательных веществ, их разложение, синтез веществ, а также способы получения микроорганизмами энергии в результате процессов брожения , анаэробного дыхания , аэробного дыхания и фотосинтеза .

Экология микроорганизмов - наука, изучающая влияние факторов внешней среды на микроорганизмы, взаимоотношения микроорганизмов с другими микроорганизмами и роль микроорганизмов в экосистемах.

Прикладная микробиология и биотехнология микроорганизмов - наука о практическом применении микроорганизмов, производстве биологически активных веществ (антибиотиков, ферментов, аминокислот, низкомолекулярных регуляторных соединений, органических кислот) и биотоплива (биогазы, спирты) с помощью микроорганизмов, условиях образования и способы регуляции образования данных продуктов.

Рекомендуемая литература

Поль де Крюи. Охотники за микробами. Научно-популярное издание.

Гучев М.В., Минеева Л.А. Микробиология. Учебник для ВУЗов.

Нетрусов А.И., Котова И.Б. Общая микробиология. Учебник для ВУЗов.

Нетрусов А.И., Котова И.Б. Микробиология. Учебник для ВУЗов.

Практикум по микробиологии. Под ред. А.И. Нетрусова. Учебное пособие для ВУЗов.

Экология микроорганизмов. Под ред. А.И. Нетрусова. Учебное пособие для ВУЗов.

Заварзин Г.А. Лекции по природоведческой микробиологии. Научное издание.

Колотилова Н.Н., Заварзин Г.А. Введение в природоведческую микробиологию. Учебное пособие для ВУЗов.

Кондратьева Е.Н. Автотрофные прокариоты. Учебное пособие для ВУЗов.

Егоров Н.С. Основы учения об антибиотиках. Учебник для ВУЗов.

Промышленная микробиология. Под ред. Н.С. Егорова. Учебное пособие для ВУЗов.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра Санитарно-гигиенических и профилактических дисциплин

ЧЕСТНОВА Т.В., СМОЛЬЯНИНОВА О.Л.

МЕДИЦИНСКАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ, ВИРУСОЛОГИЯ

И ИММУНОЛОГИЯ

(Учебно-практическое пособие для студентов медицинских вузов).

ТУЛА – 2008

УДК 576.8

Рецензенты:…………

Медицинская микробиология, вирусология и иммунология: Учебно-практическое пособие / Под ред. М422 Т.В. Честновой, О.Л. Смольяниновой, –….., 2008. - ….с.

Учебно-практическое пособие написано сотрудниками кафедры санитарно-гигиенических и профилактических дисциплин Тульского государственного университета в соответствии с официально утвержденными программами преподавания микробиологии (бактериологии, вирусологии, микологии, протозоологии) и иммунологии для студентов медицинских вузов всех факультетов.

В учебно-практическом пособии дается описание бактериологической лаборатории, излагаются микроскопические методы исследования, основы приготовления питательных сред, содержатся сведения о морфологии, систематике и физиологии бактерий, грибов, простейших и вирусов. Также дается характеристика различных патогенных микроорганизмов, вирусов и методы их лабораторных исследований.

ОБЩАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ

Введение………………………………………………………………………………………………

Краткая история развития микробиологии…………………………………………………………

Тема 1. Морфология и классификация микроорганизмов………………………………………..

1.1. Микробиологические лаборатории, их оборудование, основы техники безопасности и правила работы в них………………………………………………………………………………..

1.2. Строение и классификация микроорганизмов…………………………………………………

1.3. Строение и классификация бактерий (прокариот)…………………………………………….

1.4. Строение и классификация грибов……………………………………………………………..

1.5. Строение и классификация простейших……………………………………………………….

1.6. Строение и классификация вирусов……………………………………………………………

Тест по теме…………………………………………………………………………………………..

Тема 2. Микроскопия………………………………………………………………………………..

2.1. Микроскопы, их устройство, виды микроскопии, техника микроскопирования микроорганизмов, правила обращения с микроскопом………………………………………………………….

2.2. Методы приготовления и окрашивания микроскопических препаратов……………………..

Тест по теме…………………………………………………………………………………………….

Тема 3. Физиология микроорганизмов……………………………………………………………….

3.1. Рост и размножение бактерий. Фазы размножения…………………………………………….

3.2.Питательные среды, принципы их классификации, требования, предъявляемые к питательным средам, методы культивирования микроорганизмов…………………………………………..

3.3. Питание бактерий………………………………………………………………………………….

3.4. Метаболизм бактериальной клетки……………………………………………………………….

3.5. Виды пластического обмена………………………………………………………………………

3.6. Принципы и методы выделения чистых культур. Ферменты бактерий, их идентификация. Внутривидовая идентификация (эпидемиологическое маркирование)……………………………..

3.7. Особенности физиологии грибов, простейших, вирусов и их культивирование………………

3.8. Бактериофаги, их строение, классификация и применение……………………………………..

Тест по теме……………………………………………………………………………………………

Тема 4. Влияние условий внешней среды на микроорганизмы……………………………………..

4.1. Действие физических, химических и биологических факторов на микроорганизмы………….

4.2. Понятие о стерилизации, дезинфекции, асептике и антисептике. Методы стерилизации, аппаратура. Контроль качества дезинфекции…………………………………………………………..

Тема 5. Нормальная микрофлора организма человека……………………………………………….

5.1. Нормофлора, ее значение для микроорганиз. Понятие о транзиторной флоре, дисбиотических состояниях, их оценка, методы коррекции……………………………………………………..

Тема 6. Генетика микробов. …………………………………………………………………………..

6.1. Строение генома бактерий. Фенотипическая и генотипическая изменчивость. Мутации. Модификации.…………………………………………………………………………………………..

Генетические рекомбинайии микроорганизмов. Основы генной инженерии, практическое применение………………………………………………………………………………………………….

Тест по теме……………………………………………………………………………………………..

Тема 7. Противомикробные препараты……………………………………………………………….

7.1. Антибиотики природные и синтетические. Классификация антибиотиков по химической структуре, механизму, спектру и типу действия. Способы получения…………………………….

7.2. Лекарственная устойчивость бактерий, пути ее преодоления. Методы определения чувствительности к антибиотикам……………………………………………………………………………..

Тема 8. Учение об инфекции…………………………………………………………………………..

8.1. Понятие об инфекции. Формы инфекции и периоды инфекционных заболеваний. Патогенность и вирулентность. Факторы патогенности. Токсины бактерий, их природа, свойства, получение…………………………………………………………………………………………………….

8.2. Понятие об эпидемиологическом надзоре за инфекционным процессом. Понятие о резервуаре, источнике инфекции, путях и факторах передачи……………………………………………

Тест по теме……………………………………………………………………………………………..

ОБЩАЯ ИММУНОЛОГИЯ…………………………………………………………………………….

Тема 9. Иммунология……………………………………………………………………………………

9.1. Понятие об иммунитете. Виды иммунитета. Неспецифические факторы защиты…………….

9.2. Центральные и периферические органы иммунной системы. Клетки иммунной системы. Формы иммунного ответа………………………………………………………………………………

9.3. Комплемент, его структура, функции, пути активации. Роль в иммунитете…………………..

9.4. Антигены, их свойства и типы. Антигены микроорганизмов…………………………………..

9.5. Антитела и антителообразование. Структура иммуноглобулинов. Классы иммуноглобулинов и их свойства ………………………………………………………………………………………

96. Серологические реакции и их применение……………………………………………………….

9.7. Иммунодефицитные состояния. Аллергические реакции. Иммунологическая память. Иммунологическая толерантность. Аутоиммунные процессы……………………………………………

9.8. Иммунопрофилактика, иммунотерапия…………………………………………………………..

ЧАСТНАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ……………………………………………………………………….

Тема 10. Возбудители кишечных инфекций………………………………………………………….

10.1. Сальмонеллы……………………………………………………………………………………..

10.2. Шигеллы………………………………………………………………………………………….

10.3. Эшерихии………………………………………………………………………………………….

10.4. Холерный вибрион……………………………………………………………………………….

10.5. Иерсинии ………………………………………………………………………………………….

Тема 11. Пищевые токсикоинфекции. Пищевые токсикозы…………………………………………

11.1. Общая характеристика и возбудители ПТИ…………………………………………………….

11.2. Ботулизм…………………………………………………………………………………………..

Тема 12. Возбудители гнойно-воспалительных заболеваний………………………………………

12.1. Патогенные кокки (стрептококки, стафилококки)……………………………………………..

12.2. Грамотрицательные бактерии (гемофильная, синегнойная палочки, клебсиеллы, протей)…

12.3. Раневые анаэробные клостридиальные и неклостридиальные инфекции……………………

Тема 13. Возбудители бактериальных воздушно-капельных инфекций…………………………….

13.1. Коринебактерии……………………………………………………………………………………

13.2. Бордетеллы…………………………………………………………………………………………

13.3. Менингококки……………………………………………………………………………………..

13.4. Микобактерии……………………………………………………………………………………..

13.5. Легионеллы………………………………………………………………………………………..

Тема 14. Возбудители заболеваний, передающихся половым путем (ЗППП)………………………

14.1. Хламидии…………………………………………………………………………………………..

14.2. Возбудитель сифилиса…………………………………………………………………………….

14.3. Гонококки………………………………………………………………………………………….

Тема 15. Возбудители риккетсиозов…………………………………………………………………..

Тема 16. Возбудители бактериальных зооантропонозных инфекций……………………………….

16.1. Франциселлы………………………………………………………………………………………

16.2. Бруцеллы………………………………………………………………………………………….

16.3.Возбудитель сибирской язвы……………………………………………………………………..

16.4. Возбудитель чумы…………………………………………………………………………………

16.5. Лептоспиры………………………………………………………………………………………..

Тема 17. Патогенные простейшие……………………………………………………………………..

17.1. Плазмодии малярии……………………………………………………………………………….

17.2. Токсоплазмы……………………………………………………………………………………….

17.3. Лейшмании………………………………………………………………………………………..

17.4. Возбудитель амебиаза…………………………………………………………………………….

17.5. Лямблии……………………………………………………………………………………………

Тема 18. Заболевания, вызываемые патогенными грибами ………………………………………..

ЧАСТНАЯ ВИРУСОЛОГИЯ…………………………………………………………………………..

Тема 19.Возбудители ОРВИ……………………………………………………………………………

19.1. Вирусы гриппа…………………………………………………………………………………….

19.2. Парагрипп. РС-вирусы……………………………………………………………………………

19.3. Аденовирусы………………………………………………………………………………………

19.4. Риновирусы………………………………………………………………………………………..

19.5. Реовирусы………………………………………………………………………………………….

Тема 20. Возбудители вирусных воздушно-капельных инфекций…………………………………..

20.1. Вирусы кори и паротита…………………………………………………………………………..

20.2. Вирус герпеса……………………………………………………………………………………...

20.3. Вирус краснухи……………………………………………………………………………………

Тема 21. Поксивирусы………………………………………………………………………………….

21.1. Возбудитель натуральной оспы………………………………………………………………….

Тема 22. Энтеровирусные инфекции…………………………………………………………………..

22.1. Вирус полиомиелита………………………………………………………………………………

22.2. ЕСНО-вирусы. Вирусы Коксаки…………………………………………………………………

Тема 23. Ретровирусы……………………………………………………………………………….......

23.1. Возбудитель ВИЧ-инфекции……………………………………………………………………..

Тема 24. Арбовирусные инфекции…………………………………………………………………….

24.1.Рабдовирусы……………………………………………………………………………………….

24.2. Флавивирусы………………………………………………………………………………………

24.3. Хантавирусы……………………………………………………………………………………….

Тема 25. Возбудители вирусных гепатитов……………………………………………………………

25.1. Вирус гепатита А………………………………………………………………………………….

25.2. Вирус гепатита В…………………………………………………………………………………..

25.3. Вирус гепатита С…………………………………………………………………………………..

ЧАСТЬ ПЕРВАЯ. ОБЩАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ

Введение.

Микробиология – наука, которая изучает микроскопические существа, называемые микроорганизмами, их биологические признаки, систематику, экологию, взаимоотношение с другими организмами.

К числу микроорганизмов относятся бактерии, актиномицеты, грибы, в том числе мицелиальные грибы, дрожжи, простейшие и неклеточные формы – вирусы, фаги.

Микроорганизмы играют чрезвычайно важную роль в природе – осуществляют круговорот органических и неорганических (N, P, S и др.) веществ, минерализуют растительные и животные остатки. Но могут приносить большой вред – вызывая порчу сырья, пищевых продуктов, органических материалов. При этом могут образовываться токсические вещества.

Многие виды микроорганизмов являются возбудителями болезней человека, животных и растений.

В тоже время микроорганизмы в настоящее время широко используются в народном хозяйстве: с помощью разных видов бактерий и грибов получают органические кислоты (уксусную, лимонную и др.), спирты, ферменты, антибиотики, витамины, кормовые дрожжи. На основе микробиологических процессов работают хлебопечение, виноделие, пивоварение, производство молочных продуктов, квашение плодов и овощей, а также другие отрасли пищевой промышленности.

В настоящее время микробиология подразделяется на следующие разделы:

Медицинская микробиология – изучает патогенные микроорганизмы, вызывающие заболевания человека и разрабатывает методы диагностики, профилактики и лечения этих болезней. Изучает пути и механизмы их распространения и методы борьбы с ними. К курсу медицинской микробиологии примыкает обособленный курс – вирусология.

Ветеринарная микробиология изучает патогенные микроорганизмы, вызывающие заболевания животных.

Биотехнология рассматривает особенности и условия развития микроорганизмов, используемых для получения соединений и препаратов, используемых в народном хозяйстве и медицине. Она разрабатывает и совершенствует научные методы биосинтеза ферментов, витаминов, аминокислот, антибиотиков и других биологически активных веществ. Перед биотехнологией стоит также задача разработки мер предохранения сырья, продуктов питания, органических материалов от порчи микроорганизмами, исследование процессов, протекающих при их хранении и переработке.

Почвенная микробиология изучает роль микроорганизмов в образовании и плодородии почвы, в питании растений.

Водная микробиология исследует микрофлору водоемов, ее роль в пищевых цепях, в круговороте веществ, в загрязнении и очистке питьевой и сточной вод.

Генетика микроорганизмов, как одна из наиболее молодых дисциплин, - рассматривает молекулярные основы наследственности и изменчивости микроорганизмов, закономерности процессов мутагенеза, разрабатывает методы и принципы управления жизнедеятельностью микроорганизмов и получения новых штаммов для использования их в промышленности, сельском хозяйстве и медицине.

Краткая история развития микробиологии.

Заслуга открытия микроорганизмов принадлежит голландскому натуралисту А. Левенгуку (1632-1723г.г.), создавшему первый микроскоп с увеличением в 300 раз. В 1695г. он издал книгу «Тайны природы» с рисунками кокков, палочек, спирилл. Это вызвало большой интерес среди естествоиспытателей. Состояние науки того времени позврляло только описывать новые виды (морфологический период).

Начало физиологического периода связано с деятельностью великого французского ученого Луи Пастера (1822-1895г.г.). С именем Пастера связаны наиболее крупные открытия в облати микробиологии: исследовал природу брожения, установил возможность жизни без кислорода (анаэробиоз), отверг теорию самозарождения, исследовал причины порчи вин, пива. Предложил действенные способы борьбы с возбудителями порчи продуктов (пастеризация), разработал принцип вакцинации и способюы получения вакцин.

Р.Кох, современник Пастера, ввел посевы на плотные питательные среды, подсчет микроорганизмов, выделение чистых культур, стерилизацию материалов.

Иммунологический период в развитии микробиологии связан с именем российского биолога И.И. Мечникова, который открыл учение о невосприимчивости организма к инфекционным заболеваниям (иммунитет), явился родоначальником фагоцитарной теории иммунитета, раскрыл антагонизм у микробов. Одновременно с И.И. Мечниковым механизмы невосприимчивости к инфекционным болезням изучал крупнейший немецкий исследователь П. Эрлих, создавший теорию гуморального иммунитета.

Гамалея Н.Ф. – основоположник иммунологии и вирусологии, открыл бактериофагию.

Д.И. Ивановский впервые открыл вирусы и стал основоположником вирусологии. Работая в Никитском ботаническом саду над изучением мозаичной болезни табака, причинявшей огромный ущерб табачным плантациям, в 1892г. установил, что эта болезнь, распространенная в Крыму, вызывается вирусом.

Н.Г. Габричевский организовал первый бактериологический институт в Москве. Ему принадлежат труды по исследованию скарлатины, дифтерии, чумы и других инфекций. Он организовал в Москве производство противодифтерийной сыворотки и успешно применил ее для лечения детей.

П.Ф. Здродовский – иммунолог и микробиолог, известный своими фундаментальными работами по физиологии иммунитета, а также в области риккетсиологии и по бруцеллезу.

В.М. Жданов – крупнейший вирусолог, один из организаторов глобальной ликвидации натуральной оспы на планете, стоявший у истоков молекулярной вирусологии и генной инженерии.

М.П. Чумаков – иммунобиотехнолог и вирусолог, организатор института полиомиелита и вирусных энцефалитов, автор пероральной вакцины против полиомиелита.

З.В. Ермольева – основоположник отечественной антибиотикотерапии

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

По дисциплине: «Микробиология»

На тему: «История развития микробиологии»

Выполнил: студент, ММУ № 17, группы, 42 М-9

Степаненко Мирослав

Микробиологпя (от греч. mikros -- малый, bios -- жизнь, logos -- учение) -- наука о малой жизни, объектом изучения которой являются микроорганизмы. Особенность их -- простота и очень малый размер.

Микробиологию можно подразделить на общую и частную. Общая микробиология изучает строение, физиологию, биохимию, генетику, экологию и эволюцию микробов. Частная микробиология по объектам изучения делится на медицинскую, ветеринарную, сельскохозяйственную, морскую, космическую, техническую.

Основной задачей медицинской микробиологии является изучение патогенных для человека микробов, механизмов инфекции, методов лабораторной диагностики, специфической терапии и профилактики инфекционных заболеваний человека.

Исторический путь развития древнейшей науки микробиологии можно 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 о существовании на Земле невидимых живых существ, вызывающих болезни.

Микробы существовали на нашей планете задолго до появления животных и человека, о чем догадывались уже древние мыслители и ученые. Еще в III -- IУ вв. до н.э. основоположник античной медицины Гиппократ считал, что болезни человека вызываются какими-то невидимыми частицами, которые он называл миазмами, выделяемыми в болотистых и других местностях. Ибн Сина (Авиценна) (980-1037) писал в Каноне врачебной науки) о том, что причиной чумы, оспы и других болезней являются невидимые простым глазом мельчайшие живые существа, передающиеся через воздух и воду.

Основоположник морфологического периода голландский натуралист Антоний ван Левенгук (1632--1723) сконструировал микроскоп с увеличением в ЗОО раз. Рассматривая под ним капли воды, зубной налет, различные настои, он всюду находил мельчайших «зверюшек» -- amimalcula. Первые наблюдения Левенгук опубликовал ё трудах Лондонского королевского общества. В 1695 г. была издана его книга «Тайны природы, открытые Антонием Левенгуком», где были описаны микроорганизмы с точки зрения их формы, подвижности, окраски - Открытие микробов и доказательство их патогенности для человека связано с именами таких известных ученых и врачей, как д. С. Самойловпч (1744-1805), Р. Кох (1843-1910), И. И. Мечников (1845- 1916), Н.Ф.Гамалея (1859-1949) и многих других. микробиология патогенность человек кох

За это время открыто и описано более 2000 видов бактерий и грибов -- возбудителей болезней человека.

В конце ХIХ века было доказано, что причиной болезней человека и животных могут быть не только бактерии, но и простейшие: амебы, лейшмании, плазмодии малярии и др. Эти открытия послужили основой для создания науки протозоологии -- учения о болезнях, вызываемых простейшими. Основоположниками протозоологии были русские исследователи Ф.А.Леш (1840-1 903), выявивший возбудителя амебиаза, П.Ф.Боровскпй (1863-1 932), изучивший лейшманиоз, и французский врач АЛаверан (1845-1922), описавший возбудителя малярии.

Начало физиологического периода относится к 60-м годам ХIХ в. и связано с деятельностью выдающегося французского ученого Луп Пастера (1822--1895), который заложил основы изучения микроорганизмов с точки зрения их физиологии. Он установил биологическую природу спиртового, масляно-кислого и молочнокислого брожений. Изучил болезни вина и пива и разработал способы предохранения их от порчи.

Общебиологическое значение имеют работы Пастера по самопроизвольному зарождению жизни. На простых и убедительных примерах он показал, что в стерильных бульонах, закрытых ватными пробками во избежание контакта с воздухом, самозарождение микроорганизмов из неживой природы в условиях развитой жизни невозможно. В 1860 г. Пастер как ученый-биолог был награжден премией Парижской Академии наук.

Занимаясь вопросами брожения и гниения, Пастер решал одновременно и практические задачи. Им предложен метод пасте ри зации.

Большое значение для развития микробиологии в этот период имели исследования немецкого ученого Роберта Коха (1813--1910). Он предложил методику получения чистых культур на питательных средах, стал применять в практике изучения микроорганизмов анилиновые красители.

Кох открыл возбудителей холеры и туберкулеза. Возбудитель туберкулеза был назван палочкой Коха. Из него Кох получил препарат туберкулин, который хотел использовать для лечения больных туберкулезом. Однако на практике он себя не оправдал, зато оказался хорошим диагностическим средством и помог в создании ценных противотуберкулезных препаратов. Одним из таких препаратов явилась вакцина BCG, полученная французским микробиологом, учеником Пастера, Альбертом Капьметтом совместно с Шарлем Гереном (название вакцины по заглавным буквам фамилий -- Callmett и Geren). Кох и его ученики открыли также возбудителей дифтерии, столбняка, брюшного тифа, гонореи.

Развитие микробиологии тесно связано также с работами русских и советских ученых. Основоположником общей микробиологии в России следует назвать Льва Семеновича Ценковского (1822--1887), опубликовавшего свою работу до низших водорослях и инфузориях», в которой установил близость бактерий и сине-зеленых водорослей. Он также создал вакцину против сибирской язвы, до настоящего времени успешно применяемую в ветеринарной практике.

Илья Ильич Мечников (1845--1916) занимался вопросами медицинской микробиологии. Изучал взаимоотношения бактерии и «хозяина» и установил, что воспалительный процесс -- реакция организма на внедрившиеся микробы; разработал фагоцитарную теорию иммунитета. Мечников сформулировал общую теорию воспаления как защитную реакцию организма и создал новое направление в иммунологии -- учение об антигенной специфичности. В настоящее время оно приобретает все большее значение в связи с разработкой проблемы пересадки органов и тканей, изучения иммунологии рака.

Развитие микробиологии тесно связано с именем крупнейшего ученого, друга и соратника И. И. Мечникова Н. Ф. Гамалеп (1859-- 1949). Всю жизнь он посвятил изучению инфекционных болезней и разработке мер борьбы с их возбудителями. Он открыл возбудителя холероподобного заболевания птиц, разработал вакцину против холеры человека и оригинальный метод получения оспенной вакцины. Гамалея первый описал лизис бактерий под влиянием бактериофага.

Он организовал первую в России станцию по прививкам против бешенства, принимал участие в ликвидации оспы. Н. Ф. Гамалея является не только одним из основоположников медицинской микробиологии, но и иммунологии и вирусологии.

Основоположником эпидемиологии считается д. К. Забологлный (1866--1920). Он изучал чуму в Индии, Китае, Шотландии; холеру -- на Кавказе, Украине, в Петербурге. В результате им получены научные доказательства о роли диких грызунов как хранителей возбудителя чумы в природе. Им установлены пути заноса холеры, роль бациллоносительства в распространении заболевания, изучена биология возбудителя в природе и разработаны эффективные методы диагностики холеры.

С. Н. Виноградский (1856--1953) внес большой вклад в исследование физиологии серобактерий, нитрифицирующих и железобактерий; открыл хемосинтез у бактерий -- величайшее открытие ХIХ века. Виноградским изучены азотфиксирующие бактерии и открыт новый тип питания микроорганизмов -- автотрофизм. Ученый опубликовал более ЗОО научных работ, посвященных экологии и физиологии почтенных микроорганизмов. Его по праву считают отцом почтенной микробиологии.

Большой вклад в область технической микробиологии внесли В. Н. Шапошников Я. Я. Никитинский (1878--1941). Шапошников написал первый учебник по технической микробиологии, а труды Никитинского и его учеников положили начало развитию микробиологии консервного производства и холодильного хранения скоропортящихся пищевых продуктов. Значительные успехи в области микробиологии молока и молочных продуктов достигнуты школой С. А. Королева (1876--1932) и др.

Экологическое направление в микробиологии успешно развивалось Б. Л. Исаченко (1871--1948). Всеобщую известность приобрели его работы в области водной микробиологии. Он впервые исследовал распространение микроорганизмов в Северном Ледовитом океане и указал на их роль в экологических процессах и в круговоротах веществ в водоемах.

Ведущая роль в изучении изменчивостей микроорганизмов принадлежит работам Г. А. Надсона (1867--1940). Он впервые выделил в чистую культуру и исследовал зеленую бактерию, а также взаимоотношения между микроорганизмами (антагонизм, симбиоз). Научный интерес представляют работы ученого об участии микроорганизмов в круговоротах железа, серы и кальция. Он впервые указал на перспективы развития геологической микробиологии. Надсон допускал возможность сохранения жизнеспособности микроорганизмов в космосе, подчеркивая значение лучей короткой волны в изменении их наследственности и таким образом заложил основу космической микробиологии.

Использован ная литература

1. Микробиология/Под ред. Ф.К.Черкесс. -- М.: Медицина, 1987. -- 512 с.

2. Основы микробиологии, вирусологии и иммунологии: Учебник: А.А.Воробьев, Ю.С.Кривошеин, А.С.Быков и др.; Под ред. А.А.Воробьева, Ю.С.Кривошеина. - 2-е изд., стер. - М.: Издательский центр Академия, 2002. -- 224с.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

История развития микробиологии как науки о строении, биологии, экологии микробов. Науки, входящие в комплекс микробиологии, классификация бактерий как живых организмов. Принцип вакцинации, методы, повышающие резистентность человека к микроорганизмам.

презентация , добавлен 18.04.2019


История развития микробиологии, задачи и связь с другими науками. Роль микробов в народном хозяйстве и патологии животных. Изучение плесеней и дрожжей. Микрофлора животных, почвы и кормов. Понятие и значение антибиотиков, стерилизации и пастеризации.

шпаргалка , добавлен 04.05.2014


Наука, изучающая микроорганизмы, их систематику, морфологию, физиологию, наследственность и изменчивость. Методы и цели микробиологии, этапы становления. Ученые, внесшие существенный вклад в развитии микробиологии, ее практическое значение и достижения.

презентация , добавлен 14.12.2017


Предмет, задачи и этапы развития микробиологии, ее значение для врача. Систематика и номенклатура микроорганизма. Механизмы резистентности бактерий к антибиотикам. Генетика бактерий, учение об инфекции и иммунитете. Общая характеристика антигенов.

курс лекций , добавлен 01.09.2013


Понятие микробиологии и ее основные вопросы. История развития данной науки, основные периоды: эвристический, морфологический, физиологический, иммунологический и молекулярногенетический. Описание методов проведения реакций Вассермана, Видаля и Райта.

реферат , добавлен 16.05.2013


История развития микробиологии. Эвристический, морфологический, физиологический, иммунологический и молекулярно-генетический этапы развития микробиологии. Диссертация Луи Пастера. Работы в области химии, брожения. Изучение инфекционных заболеваний.

презентация , добавлен 21.12.2016


Микроорганизмы как важный фактор естественного отбора в человеческой популяции. Их влияние на круговорот веществ в природе, нормальное существование и патологии растений, животных, человека. Основные этапы развития микробиологии, вирусологии, иммунологии.

реферат , добавлен 21.01.2010


шпаргалка , добавлен 13.01.2012


Возникновение микробиологии как науки. Изобретение микроскопа Левенгуком. Изучение природы брожения. Заслуги Р. Коха в изучении микроорганизмов как возбудителей заразных болезней. Исследование инфекции и иммунитета. Развитие ветеринарной микробиологии.

презентация , добавлен 27.05.2015


Главные направления научной деятельности Э. Чаргаффа. Биография и исследовательские работы Р. Коха. Методы изучения патогенных организмов Р. Коха. Обнаружение Кохом сибирской язвы. Анализ медицинской практики Коха. Изучение Кохом туберкулеза и холеры.

Микробиология.

1 вопрос:

Микробиология (от греч. micros . малый, bios . жизнь, logos . учение) -.наука, изучающая строение, жизнедеятельность и экологию микроорганизмов мельчайших форм жизни растительного или животного происхождения, не видимых невооруженным глазом.

История развития микробиологии

Микробиология зародилась задолго до нашей эры. В своем развитии она прошла несколько этапов обусловленных основными достижениями и открытиями.

Историю развития микробиологии: эвристический, морфологический, физиологический, иммунологический и молекулярно-генетический этапы.

Эвристический период (IV.III тысячелетие до н.э. .XVI в. н. э.) связан с логическими и методическими приемами нахождения истины. Мыслители того времени (Гиппократ) высказывали предположения о природе заразных болезней, миазмах, мелких невидимых животных.

Д. Фракасторо был одним из основоположников эпидемиологии, т. е. науки о причинах, условиях и механизмах формирования заболеваний и способах их профилактики.

Однако доказательство существования невидимых возбудителей болезней стало возможным после изобретения микроскопа. Приоритет в открытии микроорганизмов принадлежит голландскому натуралисту-любителю Антонио Левенгуку (1б32. 1723). Торговец полотном А. Левенгук увлекался шлифованием стекол и довел это искусство до совершенства, сконструировав микроскоп, позволивший увеличивать рассматриваемые предметы в 300 раз.

Изучая под микроскопом различные объекты (дождевую воду, настои, зубной налет, кровь, испражнения, сперму), А. Левенгук наблюдал мельчайших животных, которых он назвал анималькулюсами. Свои наблюдения А. Левенгук регулярно сообщал в Лондонское королевское общество, а в1695 г. обобщил в книге «Тайны природы, открытые Антонием Левенгуком».

2.морфологический этап. (изобретение микроскопа А.Левенгуком). Самозарождения нет.

Это было сделано выдающимся французским ученым Луи Пастером (1822. 1895), который в опыте показал, что самозарождения не существует. Л. Пастер поместил стерильный бульон в колбу, сообщавшуюся с атмосферным воздухом через изогнутую S-образную трубку. В такой, по существу открытой, колбе бульон при длительном стоянии оставался прозрачным, потому что изогнутость трубки не давала возможности микроорганизмам проникнуть с пылью из воздуха в колбу.

Наконец, в 1892 г. русский ботаник Д.И.Ивановский (1864. 1920) открыл вирусы -- представителей царства vira. Эти живые существа проходили через фильтры, задерживающие бактерии, и поэтому были названы фильтрующимися вирусами. Вначале был открыт вирус, вызывающий заболевание табака, известное под названием «табачная мозаика», затем вирус ящура, желтой лихорадки и многие другие вирусы. Однако увидеть вирусные частицы стало возможным только после изобретения электронного микроскопа, так как в световые микроскопы вирусы не видны. К настоящему времени царство вирусов (vira) насчитывает до 1000 болезнетворных видов вирусов. Только за последнее время открыт ряд новых вирусов, в том числе вирус, вызывающий СПИД.

физиологический период XIX в., особенно его вторую половину, принято называть физиологическим периодом в развитии микробиологии. Этот этап связан с именем Л. Пастера, который стал основоположником медицинской микробиологии, а также иммунологии биотехнологии. Л. Пастер сделал ряд "выдающихся открытий. За короткий период с 1857 по 1885 г. он доказал, что брожение (молочнокислое, спиртовое, уксуснокислое) не является химическим процессом, а его вызывают микроорганизмы; опроверг теорию самозарождения; открыл явление анаэробиоза, т.е. возможность жизни микроорганизмов в отсутствие кислорода; заложил основы дезинфекции, асептики и антисептики; открыл способ предохранения от инфекционных болезней с помощью вакцинации.

Многие открытия Л. Пастера принесли человечеству огромную практическую пользу. Путем прогревания (пастеризации) были побеждены болезни пива и вина, молочнокислых продуктов, вызываемые микроорганизмами; для предупреждения гнойных осложнений ран введена антисептика; на основе принципов Л. Пастера разработаны многие вакцины для борьбы с инфекционными болезнями.

Л. Пастер вывел микробиологию и иммунологию на принципиально новые позиции, показал роль микроорганизмов в жизни людей, экономике, промышленности, инфекционной патологии, заложил принципы, по которым развиваются микробиология й иммунология и в наше время.

Физиологический период в развитии Микробиологии связан также с именем немецкого ученого Роберта Коха, которому принадлежит разработка методов получения чистых культур бактерий, окраски бактерий при микроскопии, микрофотографии. Известна также сформулированная Р. Кохом триада Коха, которой до сих пор пользуются при установлении возбудителя болезни.

Работы Л. Пастера по вакцинации открыли новый этап в развитии микробиологии, по праву получивший название ""иммунологического».

Принцип аттенуации (ослабления) микроорганизмов с помощью пассажей через восприимчивое животное или при выдерживании микроорганизмов в неблагоприятных условиях (температура, высушивание) позволило Л. Пастеру получить вакцины против бешенства, сибирской язвы, куриной холеры; этот принцип до настоящего времени используется при приготовлении вакцин. Следовательно, Л. Пастер является основоположником научной иммунологии.

Таким образом, с 50-х годов в развитии микробиологии и иммунологии начался молекулярно-генетический период, который характеризуется рядом принципиально важных научных достижений и открытий. К ним относятся:

Расшифровка молекулярной структуры и молекулярно-биологической организации многих вирусов и бактерий; открытие простейших форм жизни. «инфекционного белка» приона;

Расшифровка химического строения и химический синтез некоторых антигенов. Например, химический синтез лизоцима [Села"Д., 1971], пептидов вируса СПИДа (Р.В.Петров, В. Т. Иванов и др.);

Расшифровка строения антител-иммуноглобулинов

Разработка метода культур животных и растительных клеток и их выращивания в промышленных масштабах с целью получения вирусных антигенов;

Получение рекомбинантных бактерий и рекомбинантных вирусов. Синтез отдельных генов вирусов и бактерий. Получение рекомбинантных штаммов бактерий и вирусов, сочетающих свойства родительских особей или приобретающих новые свойства;

Создание гибридом путем слияния иммунных В-лимфоцитов. продуцентов антител и раковых клеток с целью получения моноклональных антител

Открытие иммуномодуляторов. иммуноцитокинов (интерлей-кины, интерфероны, миелопептиды и др.) .

Получение вакцин (вакцина гепатита В, малярии, антигенов ВИЧ и других антигенов),

Разработка синтетических вакцин на основе природных или синтетических антигенов и их фрагментов, а также искусственного носителя. адъюванта (помощника) . стимулятора иммунитета;

Изучение врожденных и приобретенных иммунодефицитов, их роли в иммунопатологии и разработка иммунокорригиру-ющей терапии. Открытие вирусов, вызывающих иммунодефициты;

Разработка принципиально новых способов диагностики инфекционных и неинфекционных болезней (иммунофермент-ный, радиоиммунный анализы, иммуноблоттинг, гибридизация нуклеиновых кислот). Создание на основе этих способов тест-систем для индикации, идентификации микроорганизмов, диагностики инфекционных и неинфекционных болезней (опухоли, сердечно-сосудистые, аутоиммунные, эндокринные и др.), а также выявления нарушений при некоторых состояниях (беременность, переливание крови, пересадка органов и т.д.) Перечислены только наиболее крупные достижения молекулярно-генетического периода в развитии микробиологии и иммунологии. За это время был открыт ряд новых вирусов

(возбудители геморрагических лихорадок Ласса, Мачупо; вирус, вызывающий СПИД) и бактерий (возбудитель болезни легионеров); созданы новые вакцинные и другие профилактические препараты (вакцины против кори, полиомиелита, паротита, клещевого энцефалита, вирусного гепатита В, полианатоксины против столбняка, газовой гангрены и ботулизма и др.), новые диагностические препараты.

Микробиология изучает всех представителей микромира (бактерии, грибы, простейшие, вирусы). По своей сути микробиология является биологической фундаментальной наукой. Для изучения микроорганизмов она использует методы других наук, прежде всего физики, биологии, биоорганической химии, молекулярной биологии, генетики, цитологии, иммунологии. Как и всякая наука, микробиология подразделяется на общую и частную. Общая микробиология изучает закономерности строения и жизнедеятельности микроорганизмов на всех уровнях. молекулярном, клеточном, популяционном; генетику и взаимоотношения их с окружающей средой. Предметом изучения частной микробиологии являются отдельные представители микромира в зависимости от проявления и влияния их на окружающую среду, живую природу, в том числе человека. К частным разделам микробиологии относятся: медицинская, ветеринарная, сельскохозяйственная, техническая (раздел биотехнологии), морская, космическая микробиология.

Многочисленные открытия в области микробиологии, изучение взаимоотношений между макро- и микроорганизмами во второй половине XIX в. способствовали началу бурного развития иммунологии.

Водоросли авто- и гетеротрофы.

Водоросли обитают: в океанах, морях, реках, озерах, на почве, скалах, деревьях, в снегу и горячих источниках.

Роль водорослей в природе колоссальная. Они являются первопищей для многих организмов, в первую очередь ракообразных с фильтрационным типом питания. Рачков в свою очередь поедают рыбы. На долю водорослей приходится от 30 до 50% выделяемого растениями кислорода.

Способность водорослей адаптироваться к разнообразным условиям уникальна. Они живут в дождевой воде с минимальным количеством солей, в соленых и сверхсоленых водоемах, на высокогорных льдах и поверхности раскаленных скал. Водоросли обнаруживаются даже в верхних слоях почвы, куда едва проникает солнечный свет. Они первыми заселяют безжизненный субстрат скал и почв, создавая условия для дальнейшего развития плодородия почв.

Благодаря широкому распространению, водоросли играют важную роль в круговороте веществ в природе.

Многие виды водорослей (особенно красные и бурые) с давних пор используются человеком в пищу. Из водорослей получают агар-агар, альгинат натрия, некоторые кислоты, используемые во многих отраслях промышленности. Выброшенные на берег водоросли с давних пор используются в виде кормовых добавок в пищу сельскохозяйственным животным и птице, а после перегнивания – в качестве удобрения для растений.

Водоросли используются для получения из них метана.

Водоросли – это растения, обитающие в воде.

Эти водоросли легко переносят высыхание, промерзание и очень быстро оживают при малейшем увлажнении.

Некоторые водоросли обитают в качестве симбионтов внутри организма некоторых животных (простейших, кораллов, червей, моллюсков и др.).

Тело водорослей – слоевище или таллом – по своему строению значительно проще, чем у мхов, папоротников и других наземных растений, часто отсутствует дифференциация клеток на ткани. Споры – органы размножения водорослей, как правило, лишены твердой оболочки. Клеточная стенка водорослей состоит из целлюлозы, пектиновых веществ, кремнийорганических соединений (у диатомовых водорослей), альгина и фуцина (бурые водоросли). В качестве запасных веществ представлены крахмал, гликоген, полисахариды, липиды.

прокариотические и эукариотические водоросли. У прокариотов клетки не имеют ограниченного мембраной ядра. К ним относятся все бактерии и сине-зеленые водоросли (или же Cyanobacteria – цианобактерии). У эукариотов клетки содержат оформленное ядро.

Прокариотические водоросли (Procaryota):

1. Сине-зеленые (Cyanophyta);

2. Прокариотические (первичные) зеленые водоросли (Prochlorophyta).

Эукариотические водоросли (Eukaryota):

1. Эвгленовые (Euglenophyta);

Динофитовые (Dinophyta);

3. Криптофитовые (Cryptophyta);

4. Рафидофитовые (Raphidophyta);

Золотистые водоросли (Chrysophyta);

6. Диатомовые (Bacillariophyta);

7. Желтозеленые (Xanthophyta);

Красные водоросли (Rhodophyta);

9. Бурые водоросли (Phaeophyta);

10. Зеленые водоросли (Chlorophyta);

11. Харовые водоросли (Charophyta).

Синезеленые и прокариотические зеленые водоросли относят к прокариотам (т.е. к неядерным организмам), так как их клетки лишены оформленного ядра.

У Cyanophyta, в отличие от эукариот, нет оформленного ядра, что сближает их с другими прокариотами, основу клеточных стенок составляет гликопептид муреин, половой процесс или отсутствует, или протекает по типу коньюгации,

Жгутиковые формы имеют признаки, как растений, так и животных, что послужило поводом для объединения их всех в общую систематическую группу «жгутиковых организмов» и включения их в систему животного мира. В отличие от животных-жгутиконосцев, водоросли имеют хлорофилл и хроматофоры. Однако в темноте они могут утрачивать пигменты, становятся бесцветными и существуют за счет поглощения растворенных в воде органических веществ. Некоторые виды одноклеточных водорослей (из Dinophyta) способны, подобно простейшим, захватывать органические частицы.

Вопрос

Относится около 100 000 известных видов

Являются эукариотами, имеют в клетках ядро (одно или несколько), есть одноклеточные и многоклеточные организмы.

являются гетеротрофами, так как не имеют хлорофилла, в их клеточных стенках содержится хитин (как у животных), углеводы запасаются в виде гликогена, они способны образовывать мочевину

Признаки, характерные только для грибов:

основу вегетативного тела гриба составляет грибница, или мицелий она состоит из тонких ветвящихся трубчатых нитей, их называют гифами гифы состоят из многоядерных или одноядерных клеток

плотное переплетение гифов образует плодовое тело, в котором образуются споры

Грибы размножаются:

бесполым способом – участками мицелия и спорами

половым способом – в результате слияния специализированных половых клеток

Питание грибов:

поглощают питательные вещества, всасывая их всей поверхностью тела

Грибы живут недолго, но есть среди них и многолетние.

У шляпочных грибов долго живет мицелий.

Роль в природе: Грибы имеют значение как пищевые продукты или продуценты лекарственных веществ. Они играют большую роль в круговороте веществ в природе. Обладая богатым ферментным аппаратом, грибы активно разлагают попадающие в почву останки животных и растений, способствуя образованию плодородного слоя почвы.

2,2 вопрос.

Обзор строения простейших

одноклеточными организмами, тело которых состоит из цитоплазмы и одного или нескольких ядер. Клетка простейшего - это самостоятельная особь она выполняет функции всего организма. Принято считать, что одноклеточные существа более примитивны, нежели многоклеточные.

Большинство представителей класса имеет микроскопические размеры - 3-150 мкм. Только наиболее крупные представители вида (раковинные корненожки) достигают 2-3 см в диаметре.

Строение тела простейшего типично для эукариотической клетки. Имеются органеллы общего (митохондрии, рибосомы, клеточный центр, ЭПС и др.) и специального назначения (ложноножки, или псевдоподии, жгутики, реснички, пищеварительные и сократительные вакуоли). Органоиды общего значения присущи всем эукариотическим клеткам.

Органоиды пищеварения - пищеварительные вакуоли с пищеварительными ферментами. Питание происходит путем пино- или фагоцитоза. Некоторые простейшие имеют хлоропласты и питаются за счет фотосинтеза.

Пресноводные простейшие имеют органы осморегуляции - сократительные вакуоли.

Большинство простейших имеет одно ядро, но есть представители с несколькими ядрами. Ядра некоторых простейших характеризуются полиплоидностью.

Цитоплазма неоднородна. Она подразделяется на более светлый и гомогенный наружный слой, или эктоплазму, и зернистый внутренний слой, или эндоплазму. Наружные покровы представлены либо цитоплазматической мембраной (у амебы), либо пелликулой (у эвглены). Фораминиферы и солнечники, обитатели моря, имеют минеральную, или органическую, раковину.

Особенности жизнедеятельности простейших

Подавляющее большинство простейших - гетеротрофы.

Дыхание, т. е. газообмен, происходит через всю поверхность клетки.

Раздражимость представлена таксисами (двигательными реакциями). Встречаются фототаксис, хемотаксис и др.

Размножение простейших

Бесполое - митозом ядра и делением клетки надвое (у амебы, эвглены, инфузории), а также путем шизогонии - многократного деления (у споровиков).

Половое - копуляция. Клетка простейшего становится функциональной гаметой; в результате слияния гамет образуется зигота.

Многие простейшие способны существовать в двух формах - трофозоита и цисты.

Для многих представителей типа Protozoa характерно наличие жизненного цикла, состоящего в закономерном чередовании жизненных форм. Как правило, происходит смена поколений с бесполым и половым размножением. Образование цисты не является частью закономерного жизненного цикла.

Роль в природе:

1. очищение водоемов от загрязнений (инфузории).

2. Простейшие служат пищей для малька рыб и другим водным обитателям.

3. осуществляя фотосинтез, уменьшают количество углекислого газа и увеличивают содержание кислорода в воде.

4. По количеству инфузорий и эвглен можно определять степень загрязненности воды. Большое количество эвглен говорит о том, что вода загрязнена органическими веществами. Амеба обыкновенная живет там, где мало органических веществ.

5. Раковины простейших (морские фораминиферы) участвуют в образовании мела и известняка.

6. Вызывание различных заболеваний у человека и животных.

7. Наиболее опасен малярийный плазмодий, вызывающий малярию. Он питается эритроцитами человека, разрушая их.

3 вопрос:

К надцарству прокариот относится три царства:

царство бактерий (эубактерий),

царство архебактерий,

царство цианобактерий (цианей, синезеленых водорослей).

К надцарству эукариот относится три царства:

царство растений,

царство животных

царство грибов.

Главное отличие

У прокариот нет ядра, кольцевая ДНК (кольцевая хромосома) расположена прямо в цитоплазме (этот участок цитоплазмы называется нуклеоид).

У эукариот есть оформленное ядро (наследственная информация [ДНК] отделена от цитоплазмы ядерной оболочкой).

Дополнительные отличия

1) Раз у прокариот нет ядра, то нет и митоза/мейоза. Бактерии размножаются делением надвое.

2) У прокариот из органоидов имеются только рибосомы (мелкие, 70S), а у эукариот кроме рибосом (крупных, 80S) имеется множество других органоидов: митохондрии, эндоплазматическая сеть, клеточный центр, и т.д.

3) Клетка прокариот гораздо меньше клетки эукариот: по диаметру в 10 раз, по объему – в 1000 раз.