Страница 33 из 36
Микробиология
Микробиология – это наука, изучающая микроорганизмы (бактерии, микроскопические грибы, водоросли), их систематику, морфологию, физиологию, биохимию, наследственность и изменчивость, их распространение и роль в круговороте веществ в природе, а также их практическое значение.
Возникновение и развитие микробиологии.
Начало микробиологии связывают с именем голландского исследователя А. Левенгука (1632-1723), который впервые увидел бактерии и дрожжи, рассматривая с помощью изготовленных им микроскопов зубной налёт, растительные настои, пиво и т.д. Однако подлинным творцом микробиологии как науки был Л. Пастер, выяснив-ший роль микроорганизмов в брожении (виноделие, пивоварение) и в возникновении болезней животных и человека. Исключительное значение для борьбы с заразными болезнями имел предложенный Пастером метод предохранительных прививок, основанный на введении в организм животного или человека ослабленных культур болезнетворных микроорганизмов. Задолго до открытия вирусов Пастер предложил прививки против вирусной болезни - бешенства. Работы Пастера послужили научной основой стерилизации хирургических инструментов и перевязочных материалов, приготовления консервов, пастеризации пищевых продуктов и т.д. Идеи Пастера о роли микроорганизмов в круговороте веществ в природе были развиты основоположником общей микробиологии в России С.Н. Виноградским, открывшим хемоавто-трофные микроорганизмы, которые усваивают углекислый газ атмосферы за счет энергии окисления неорганических веществ, и бактерии, разлагающие целлюлозу в аэробных условиях.
В развитии медицинской микробиологии важная роль принадлежит Р. Коху, открывшему возбудителей туберкулеза и холеры и предложившему плотные питательные среды для выращивания микроорганизмов. Существенный вклад в развитие медицинской микробиологии и иммунологии внесли Э. Беринг (Германия), Э. Ру (Франция), С. Китазато (Япония), а в России и СССР – И.И. Мечников, Л.А. Тарасевич, Д.К. Заболотный, Н.Ф. Гамалея.
Развитие микробиологии и потребности практики привели к обособлению ряда разделов микробиологии в самостоятельные научные дисциплины, в частности, такие как:
1. Общая микробиология, которая изучает фундаментальные закономерности биологии микроорганизмов.
2. Техническая, или промышленная микробиология, задачей которой является изучение и осуществление микробиологических процессов, применяемых для получения дрожжей, кормового белка, липидов, бактериальных удобрений, а также получение путем микробиологического син-теза антибиотиков, витаминов, ферментов, аминокислот, нуклеотидов, органических кислот и т.п.
3. Сельскохозяйственная микробиология, которая выясняет состав почвенной микрофлоры, её роль в круговороте веществ в почве, а также её значение для структуры и плодородия почвы, влияние обработки на микробиологические процессы в ней, действие бактериальных препаратов на урожайность растений. В ее задачу входят также изучение микроорганизмов, вызывающих заболевания растений, и борьба с ними, разработка микробиологических способов борьбы с насекомыми - вредителями, методов консервирования кормов, мочки льна, предохранения урожая от порчи, вызываемой микроорганизмами.
4. Геологическая микробиология, объектом изучения которой является роль микроорганизмов в круговороте веществ в природе, в образовании и разрушении залежей полезных ископаемых. Результатом прикладных исследований в этой области являются методы получения (выщелачи-вания) из руд металлов (медь, германий, уран, олово) и др. ископаемых с помощью бактерий.
5. Водная микробиология изучающая количественный и качественный состав микрофлоры соленых и пресных вод и ее роль в биохимических процессах, протекающих в водоемах, осуществляет контроль за качеством питьевой воды, совершенствует микробиологические методы очистки сточных вод.
6. Медицинская микробиология, которая исследует микроорганизмы, вызывающие заболева-ния человека, и разрабатывает эффективные методы борьбы с ними.
Следует отметить, что если ранее к объектам изучения микробиологии относили также и вирусы, то в настоящее время своеобразие строения и размножения вирусов, а также применение специальных методов их исследования привели к возникновению вирусологии как самостоятельной науки, не относящейся к микробиологии. В наши дни микробиология бурно развивается. Существуют три основных причины такого развития:
– благодаря успехам физики, химии и техники микробиология получила большое число новых методов исследования;
– начиная с 40-х гг. XX в. резко возросло практическое применение микроорганизмов;
– микроорганизмы стали использовать для решения важнейших биологических проблем, таких, как наследственность и изменчивость, биосинтез органических соединений, регуляция обмена веществ и др.
Успешное развитие современной микробиологии невозможно без гармонического сочетания исследований, проводимых на популяционном, клеточном, органном и молекулярном уровнях. Для исследования морфологии и цитологии микроорганизмов разработаны новые виды микроско-пической техники. Так, в СССР был изобретён метод капиллярной микроскопии, позволивший открыть новый, ранее не доступный для наблюдения мир микроорганизмов, обладающих своеобразной морфологией и физиологией.
Для изучения обмена веществ и химического состава микроорганизмов получили распространение различные методы физико-химической биологии: хроматография, масс-спектрометрия, метод изотопных индикаторов, электрофорез. С помощью электронного микрос-копа стало возможным изучение тонких особенностей строения цитоплазматических мембран и рибосом, их состава и функций (например, роль цитоплазматических мембран в процессах транспорта различных веществ или участие рибосом в биосинтезе белка).
Широкое распространение получило непрерывное культивирование микроорганизмов, основанное на постоянном притоке свежей питательной среды и оттоке жидкой культуры. Установлено, что наряду с размножением клеток (ростом культуры) происходит развитие куль-туры, т.е. возрастные изменения у клеток, составляющих культуру, сопровождающиеся измене-нием их физиологии. Примером может служить тот факт, что молодые клетки, даже интенсивно размножаясь, не способны синтезировать многие продукты жизнедеятельности, например ацетон, бутанол, антибиотики, образуемые более старыми культурами. Современные методы изучения физиологии и биохимии микроорганизмов дали возможность расшифровать особенности их энергетического обмена, пути биосинтеза аминокислот, многих белков, антибиотиков, некоторых липидов, гормонов и др. соединений, а также установить принципы регуляции обмена веществ у микроорганизмов.
Практическое значение микробиологии. В настоящее время весьма велика роль прикладных исследований в области микробиологии. Еще в глубокой древности, за несколько тысяч лет до возникновения микробиологии как науки человек, не зная о существовании микроорганизмов, широко применял их для приготовления кумыса и др. кисломолочных продуктов, получения вина, пива, уксуса, при силосовании кормов, мочке льна. Микроорганизмы играют важнейшую роль в плодородии почв, в продуктивности водоёмов, в образовании и разрушении залежей полезных ископаемых. Особенно важна способность микроорганизмов минерализовать органические остатки животных и растений. Всё возрастающее применение микроорганизмов в практике привело к возникновению микробиологической промышленности и к значительному расширению микробиологических исследований в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства. С середины XIX в. до 40-х гг. XX в. техническая микробиология в основном изучала различные брожения, а микроорганизмы использовались преимущественно в пищевой промышленности. С 40х гг. быстро развиваются новые направления технической микробиологии, которые связаны с появлением нового поколения оборудования и аппаратуры. Выращивание микроорганизмов стали проводить в закрытых ферментёрах большой ёмкости, совершенствовались методы отделения клеток микроорганизмов от культуральной жидкости, выделения из последней и химической очистки их продуктов обмена.
Одним из первых возникло и развилось производство антибиотиков. В широких масштабах микробиологическим путём получают аминокислоты (лизин, глутаминовая кислота, триптофан
и др.), ферменты, витамины, а также кормовые дрожжи на непищевом сырье (сульфитные щелока, гидролизаты древесины, торфа и сельскохозяйственные растительные отходы, углеводороды нефти и природного газа, фенольные или крахмалсодержащие сточные воды и т.д.). Осуществляется получение микробиологическим путём полисахаридов и осваивается промышленный биосинтез липидов. Резко возросло применение микроорганизмов в сельском хозяйстве. Увеличилось производство бактериальных удобрений, в частности, нитрагина, приго-товляемого из культур клубеньковых бактерий, фиксирующих азот в условиях симбиоза с бобовыми растениями, и применяемого для заражения семян бобовых культур. Новое направление сельскохозяйственной микробиологии связано с микробиологическими методами борьбы с насекомыми и их личинками - вредителями сельскохозяйственных растений и лесов. Найдены бактерии и грибы, убивающие своими токсинами этих вредителей, освоено производство соответствующих препаратов. Высушенные клетки молочнокислых бактерий используют для лечения кишечных заболеваний человека и сельскохозяйственных животных. Известно, что деление микроорганизмов на полезные и вредные условно, т.к. оценка результатов их деятельности зависит от условий, в которых она проявляется. Так, разложение целлюлозы микроорганизмами важно и полезно в растительных остатках или при переваривании пищи в пищеварительном тракте (животные и человек не способны усваивать целлюлозу без её предварительного гидролиза микробным ферментом целлюлозой). В то же время эти же микроорганизмы разрушают рыболовные сети, канаты, картон, бумагу, книги, хлопчатобумажные ткани и т.д. Даже болезнетворные микроорганизмы не могут быть отнесены к абсолютно вредным, т.к. из них приготовляют вакцины, предохраняющие животных или человека от заболеваний. Микроорганизмы используются, когда возникает необходимость ускорить разложение определённых химических веществ, например пестицидов, в почве. Велика роль микроорганизмов при очистке сточных вод (минерализация веществ, содержащихся в сточных водах).
| Оглавление |
|---|
| Живые системы. |
| Дидактический план |
| Специфика и системность живого |
| Основные свойства живых систем |
| Уровни организации живых систем |
| Биохимические основы жизни |
| Становление клеточной теории |
| Строение и размножение клеток |
| Типы клеток и организмов |
Микробиология (от греч. микрос – малый, биос – жизнь, логос – учение, наука) – это наука о микробах (микроорганизмах).
Объект исследования : микробы или микроорганизмы (вирусы, бактерии, микроскопические водоросли и грибы, простейшие).
Предмет исследования : морфология, физиология, биохимия, генетика, систематика, развитие, экология микроорганизмов, их значение в жизни человека, животных и всей биосферы.
Микробиология подразделяется на дисциплины:
- Бактериологию – науку о бактериях;
- Вирусологию – о вирусах;
- Микологию – о грибах;
- Альгологию – о микроскопических водорослях;
- Протозоологию – о простейших;
- Иммунологию – о защитных реакциях организма.
Разделы микробиологии:
- Общая – изучает наиболее общие закономерности, свойственные каждой группе микроорганизмов. Она является базовой для всех разделов микробиологии.
- Частная – частная микробиология изучает частные вопросы (характеристика возбудителей бактериальных, вирусных, протозойных инфекиций, микозов, микотоксикозов).
Направления в микробиологии : с/х; медицинская; ветеринарная; техническая; санитарная; морская; геологическая; космическая.
1. СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ. Изучает микробы, которые участвуют в круговороте веществ, используются для изготовления удобрений, повышении плодородия почв, вызывают заболевания растений (фитопатогенные) и меры борьбы с ними и др.
2. МЕДИЦИНСКАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ. Предмет ее изучения – патогенные (болезнетворные) и условно-патогенные (вызывают болезни при определенных условиях) для человека микроорганизмы. Она изучает особенности возбудителя, методы лабораторной диагностики, лечения и профилактики болезней.
3. ВЕТЕРИНАРНАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ. Предмет ее изучения – также патогенные (болезнетворные) и условно-патогенные (вызывают болезни при определенных условиях) микроорганизмы. Она изучает возбудителей заболеваний с/х, промысловых и диких животных, птиц, рыб, пчел. Она изучает особенности возбудителя, методы лабораторной диагностики, лечения и профилактики болезней. Она тесно связана с медицинской, т. к. многие возбудители инфекционных болезней (зооантропонозы) являются общими для человека и животных. Также она изучает микрофлору продуктов животного происхождения (мяса, молока и др).
4. ТЕХНИЧЕСКАЯ (ПРОМЫШЛЕННАЯ) МИКРОБИОЛОГИЯ. Ее задача – разработка биотехнологии синтеза микроорганизмами биологически активных веществ: белков, витаминов, ферментов, антибиотиков, спиртов, органических кислот, а также вина, пива, молочнокислых продуктов и др. В ее задачу входит также разработка методов борьбы с коррозией металлов и способов защиты от повреждения микробами строительных материалов, различного сырья, продуктов питания.
5. САНИТАРНАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ. Предмет ее изучения – санитарно–микробиологическое состояние объектов окружающей среды (воздух, вода, почва), пищевых и кормовых продуктов (мясо, молоко, яйца, зерно). Задача данного раздела – разработка санитарно-микробиологических нормативов и методов обнаружения патогенных и условно-патогенных микробов в различных объектах окружающей среды.
6. МОРСКАЯ (ВОДНАЯ) МИКРОБИОЛОГИЯ. Она изучает микробов – обитателей морей, океанов и других водоемов. Разрабатывает микробиологические способы очистки промышленных и сточных вод.
7. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ. Она исследует роль микроорганизмов в круговороте веществ, в образовании полезных ископаемых, разрабатывает микробиологические способы получения из руд металлов.
8. КОСМИЧЕСКАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ. Она изучает микрофлору космического пространства и других планет, влияние космических условий на жизнедеятельность микроорганизмов.
Микробы (микроорганизмы) – это название собирательной группы живых организмов, не видимых невооруженным глазом (их характерный размер – менее 0,1 мм).
К микробам относят: неклеточные формы (вирусы), прокариоты или безъядерные (бактерии), эукариоты или ядерные (грибы и простейшие).
Свойства микроорганизмов :
- микроскопические размеры;
- относительная простота строения;
- высокие темпы размножения;
- массовость популяций;
- способность к трансформации любых органических и (или) неорганических веществ;
- высокая интенсивность обмена веществ;
- выраженная изменчивость и приспособляемость к внешней среде;
- повсеместное распространение в биосфере.
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 (раздел биотехнологии), 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. 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. 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. Подробнее об основ ных научных открытиях Л. Пастера и их значении для охраны здоровья людей и хозяйственной деятельности человека будет сказано в § 1.3. Первым из современников Л. Пастера, кто оценил значение его от крытий, был английский хирург Дж. Листер (1827 1912 гг.), который, ос новываясь на достижениях Л. Пастера, впервые ввел в медицинскую прак тику обработку всех хирургических инструментов карболовой кислотой, обеззараживание операционных и добился снижения числа смертельных исходов после операций. 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 содержание этого этапа в развитии микробиологии, по праву получившего название иммунологического. И.И. Мечников того, как стала широко применяться вакцинация против многих заболеваний. И.И. Мечников показал, что защита организма от болезнетворных бактерий это сложная биологическая реакция, в основе которой лежит способность фагоцитов (макро и микрофаги) захватывать и разрушать 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 протяжении многих лет, каждый экспериментально доказывал справедливость своей теории. Впоследствии оказалось, что противоречия между гуморальным и фагоцитарным иммунитетами нет, так как эти механизмы осуществляют защиту организма совместно. И в 1908 г. И.И. Мечникову совместно с П. Эрлихом была присуждена Нобелевская премия за разработку теории иммунитета. Иммунологический период характеризуется открытием основных ре акций иммунной системы на генетически чужеродные вещества (антигены): антителообразование и фагоцитоз, гиперчувствительность замедленного типа (ГЗТ), гиперчувствительность немедленного типа (ГНТ), толерантность, иммунологическая память. Особенно бурное развитие получили микробиология и иммунология в 50 60 гг. двадцатого столетия. Этому способствовали важнейшие открытия в области молекулярной биологии, генетики, биоорганической химии; появление новых наук: генетической инженерии, молекулярной биологии, биотехнологии, информатики; создание новых методов и использование научной аппаратуры. Иммунология является основой для разработки лабораторных методов диагностики, профилактики и лечения инфекционных и многих неинфекционных болезней, а также разработки иммунобиологических препаратов (вакцин, иммуноглобулинов, иммуномодуляторов, аллергенов, диагностических препаратов). Разработкой и производством иммунобиологических препаратов занимается иммунобиотехнология самостоятельный раз дел иммунологии. Современная медицинская микробиология и иммунология достигли больших успехов и играют огромную роль в диагностике, профилактике и лечении инфекционных и многих неинфекционных болезней, связанных с нарушением иммунной системы (онкологические, аутоиммунные болезни, трансплантация органов и тканей и др.). 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. Если при добавлении к сыворотке крови человека культуры возбудителя происходит агглютинация, реакция считается положительной. Для диагностики брюшного тифа реакцию Видаля ставят многократно, учитывая её показания в динамике и в связи с Анамнез <#"justify">Заключение
За время своего развития микробиология не только много почерпнула из смежных наук (например, иммунологии, биохимии, биофизики и генетики), но и сама дала мощный импульс для их дальнейшего развития. Микробиология изучает морфологию, физиологию, генетику, систематику, экологию и взаимоотношения микроорганизмов с другими существами. Поскольку микроорганизмы очень многообразны, то более детальным их изучением занимаются специальные её направления: вирусология, бактериология, микология, протозоология и др. Обилие фактического материала, накопленного за относительно короткий период научного развития микробиологии (со второй половины XIX в.), способствовало разделению микробиологии на ряд специализированных направлений: медицинское, ветеринарное, техническое, космическое и т.д. Медицинская микробиология изучает микроорганизмы, патогенные и условно-патогенные для человека, их экологию и распространённость, методы их выделения и идентификации, а также вопросы эпидемиологии, специфической терапии и профилактики вызываемых ими заболеваний. Актуальной проблемой медицинской микробиологии до настоящего времени остаётся исследование всего комплекса взаимодействий внутри экосистемы «микроорганизм-микроорганизм», будь это микроб-комменсал или микроб-патоген.
Список литературы
1. Покровский В.И. «Медицинская микробиология, иммунология, вирусология». Учебник для студентов фарм. ВУЗов, 2002. Борисов Л.Б. «Медицинская микробиология, вирусология и иммунология». Учебник для студентов мед. ВУЗов, 1994. Воробьев А.А. «Микробиология». Учебник для студентов мед. ВУЗов, 1994. Коротяев А.И. «Медицинская микробиология, вирусология и иммунология», 1998. Букринская А.Г. «Вирусология», 1986. Л. Б. Борисов. Медицинская микробиология, вирусология, иммунология. М.: ООО «МИА», 2010. 736 с. Поздеев О. К. Медицинская микробиология. М.: ГЭОТАР-МЕД, 2001. 754 с.
Микробиологические процессы широко применяют в различных отраслях народного хозяйства. В их основе лежит использование в промышленности биологических систем и процессов, ими вызываемых. В основе многих производств лежат реакции обмена веществ, происходящие при росте и размножении некоторых микроорганизмов.
В настоящее время с помощью микроорганизмов производят кормовые белки, ферменты, витамины, аминокислоты и антибиотики, органические кислоты, липиды, гормоны, препараты для сельского хозяйства и т.д.
В пищевой промышленностимикроорганизмы используются при получении ряда продуктов. Так, алкогольные напитки- вино, пиво, коньяк, спирт-и другие продукты получают при помощи дрожжей. В хлебопекарной промышленности используют дрожжи и бактерии, в молочной промышленности -молочнокислые бактерии и т.д.
Среди многообразия вызываемых микроорганизмами процессов одним из существенных является брожение.
Под брожением понимают превращение углеводов и некоторых других органических соединений в новые вещества под воздействием ферментов, продуцируемых микроорганизмами. Известны различные виды брожения. Обычно их называют по конечным продуктам, образующимся в процессе брожения, например спиртовое, молочнокислое, уксуснокислое и др.
Многие виды брожения- спиртовое, молочнокислое, ацетонобутиловое, уксуснокислое, лимоннокислое и другие, вызываемые различными микроорганизмами, - используют в промышленности. Например, в производстве этилового спирта, хлеба, пива применяют дрожжи; в производстве лимонной кислоты - плесневые грибы; в производстве уксусной и молочной кислот, ацетона¾ бактерии. Основная цель указанных производств превращение - субстрата (питательной среды) под действием ферментов микроорганизмов в необходимые продукты. В других производствах, например в производстве хлебопекарных дрожжей, главной задачей является накопление максимального количества культивируемых дрожжей.
Основные группы микроорганизмов, используемых в отраслях пищевой промышленности, - бактерии, дрожжевые и плесневые грибы.
Бактерии. Используют в качестве возбудителей молочнокислого, уксуснокислого, маслянокислого. ацетонобутилового брожения. Культурные молочнокислые бактерии используют при получении молочной кислоты, в хлебопечении, иногда в спиртовом производстве. Они превращают сахар в молочную кислоту.
В производстве ржаного хлеба важная роль принадлежит молочнокислым бактериям. В процессе получения ржаного хлеба участвуют истинные (гомоферментативные) и неистинные (гетероферментативные) молочнокислые бактерии. Гетероферментативные молочнокислые бактерии наряду с молочной кислотой образуют летучие кислоты (в основном уксусную), спирт и диоксид углерода. Истинные бактерии в ржаном тесте участвуют только в кислотообразовании, а неистинные наряду с кислотообразованием оказывают существенное влияние на разрыхление теста, являясь энергичными газообразователями. Молочнокислые бактерии ржаного теста существенное влияние оказывают также на вкус хлеба, так как он зависит от общего количества кислот, содержащихся в хлебе, и от их соотношения. Кроме того, молочная кислота оказывает влияние на процесс образования и структурно-механические свойства ржаного теста.
Маслянокислое брожение, вызываемое маслянокислыми бактериями, используют для производства масляной кислоты, эфиры которой применяют в качестве ароматических веществ, а для спиртового производства эти бактерии опасны,так как масляная кислота подавляет развитие, дрожжей и инактивирует a-амилазу.
К особым видам маслянокислых бактерий относятся ацетонобутиловые бактерии, превращающие крахмал и другие углеводы в ацетон, бутиловый и этиловый спирты. Эти бактерии используют в качестве возбудителей брожения в ацетонобутиловом производстве.
Уксуснокислые бактерии используют для получения уксуса (раствора уксусной кислоты), так как они способны окислять этиловый спирт в уксусную кислоту.
Следует отметить, что уксуснокислое брожение является вредным для спиртового производства. так как приводит к снижению выхода спирта, а в пивоварении ухудшает качество пива, вызывает его порчу.
Окружающее нас богатство животного и растительного мира поражает воображение, однако гораздо больше видов живых существ остаётся скрытыми от нашего взгляда по причине их чрезвычайно малых размеров.
Тем не менее, они требуют самого пристального изучения, и этим занимается одно из важнейших направлений биологических наук, получившее название микробиологии.
Микробиология – что это за наука?
Каждого из нас окружает невероятно огромное количество микроорганизмов. Их можно встретить в каждой капле воды, которую мы пьём, в каждом глотке вдыхаемого . Более того, человеческий организм не мог бы нормально функционировать, если бы в нём не обитали полезные микроорганизмы-симбионты.
Изучением всех микроскопических организмов занимается наука, получившая название микробиология. Слово образовано от греческих «микрос» — маленький , «биос» — жизнь и «логос» — слово, учение , и в целом означает учение о жизни маленьких существ.
История микробиологии
Ещё в глубокой древности люди подозревали о существовании невидимых глазу живых организмов, вызывающих болезни. Так, древнегреческий учёный и медик Гиппократ высказал это предположение в одном из своих трудов. Но вплотную заняться их изучением человечество получило возможность лишь после того, как голландский оптик ван Левенгук в XVI веке создал и своими глазами увидел бактерии в капле воды.
Впрочем, многие представители учёного сословия отрицали существование болезнетворных микроорганизмов в течение нескольких веков после изобретения Левенгука. Наиболее известным стал поступок врача М. Петтенкофера, который, отрицая существование холерных вибрионов, выпил культуру этих микроорганизмов на глазах у своих оппонентов и не заболел после этого холерой. Впрочем, несмотря на отчаянное сопротивление ортодоксов, микробиология развивалась, учёные накапливали материалы наблюдений и совершали открытия.
По мере роста возможностей оптики возрастали и научные знания о мире микроорганизмов. Наибольшее число фундаментальных открытий пришлось на конец XIX – начало ХХ века, когда появились работы Роберта Коха, Луи Пастера, С. Виноградского, Х. Грама, И. Мечникова и многих других учёных. Современная микробиология во многом базируется на открытиях, сделанных в тот период.
Что и как изучают микробиологи?
Основной целью микробиологии является изучение всех видов микроскопических организмов, их свойств и биологических признаков, а также их воздействия на окружающую природу, организмы людей, животных и растений.
Особый интерес учёных вызывают патогенные и болезнетворные микроорганизмы, так как необходимо знать, чем их существование угрожает людям и как можно предупреждать и лечить инфекционные болезни, вызываемые этими микроорганизмами. Для микробиологических исследований в настоящее время используются следующие методы:
- микроскопический, т.е. изучение при помощи микроскопа, который, в свою очередь, подразделяется на фазово-контрастный, темнопольный и флуоресцентный способы, а также с использованием электронной микроскопии;
- культуральный, т.е. выращивание культур микроорганизмов на чистых питательных средах с последующим изучением воздействий на культуры различных веществ и условий среды;
- биологический, который заключается в заражении микроорганизмами лабораторных животных и последующем изучении болезнетворного процесса;
- генетический, состоящий в изучении белковых ДНК и РНК молекул, ПЦР и других подобных исследованиях.
При исследованиях, как правило, используются разные методы, так как только их совокупность зачастую позволяет полно и всесторонне изучить ту или иную культуру микроорганизмов.
Для чего нужна микробиология?
С накоплением объёма знаний в микробиологии начали выделяться различные направления исследований. Сегодня их результаты находят применение в самых разных сферах деятельности:
- во многих отраслях медицины – для предупреждения и лечения инфекций, создания новых лекарственных препаратов и лечебных методов;
- в промышленной сфере – для синтеза различных органических и неорганических соединений, извлечения металлов из руд и т.д.;
- в сельском хозяйстве – для улучшения и синтеза органических удобрений, для борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур и т.д.;
- в ветеринарии – для предупреждения и лечения заболеваний животных, создания лекарств;
- в пищевой промышленности – для разработки новых пищевых технологий, предупреждения порчи продуктов и увеличения сроков их хранения.
Микробиология – одна из наиболее бурно развивающихся сегодня наук, которая открывает грандиозные перспективы применения биотехнологий в самых разных отраслях деятельности.