Історія розвитку мікробіології
Історія розвитку мікробіології
Мікробіологія (від грец. micros - малий, bios - життя, logos - вчення, тобто вчення про малі форми життя) - наука, що вивчає організми, нерозрізні (невидимі) неозброєним якою-небудь оптикою оком, які за свої мікроскопічні розміри називають мікроорганізми (мікроби).
Предметом вивчення мікробіології є їхня морфологія, фізіологія, генетика, систематика, екологія та взаємини з іншими формами життя.
У таксономічному відношенні мікроорганізми дуже різноманітні. Вони включають пріони, віруси, бактерії, водорості, гриби, найпростіші і навіть мікроскопічні багатоклітинні тварини.
За наявністю та будовою клітин вся жива природа може бути поділена на прокаріоти (що не мають істинного ядра), еукаріоти (що мають ядро) та не мають клітинної будови форми життя. Останні свого існування потребують клітинах, тобто. є внутрішньоклітинними формами життя (рис.1).
За рівнем організації геномів, наявності та складу білоксинтезуючих систем та клітинної стінки все живе ділять на 4 царства життя: еукаріоти, еубактерії, архебактерії, віруси та плазміди.
До прокаріотів, що поєднують еубактерії та архебактерії, відносять бактерії, нижчі (синьо-зелені) водорості, спірохети, актиноміцети, архебактерії, рикетсії, хламідії, мікоплазми. Найпростіші, дріжджі та нитчасті гриби-еукаріоти.
Мікроорганізми – це невидимі простим оком представники всіх царств життя. Вони займають нижчі (найдавніші) щаблі еволюції, але грають найважливішу роль економіці, кругообігу речовин у природі, у нормальному існуванні і патології рослин, тварин, людини.
Мікроорганізми заселяли Землю ще 3-4 млрд. років тому,задовго до появи вищих рослин та тварин. Мікроби представляють найчисленнішу і найрізноманітнішу групу живих істот. Мікроорганізми надзвичайно широко поширені в природі і є єдиними формами живої матерії, що заселяють будь-які, найрізноманітніші субстрати (середовища), включаючи і більш високоорганізовані організми тваринного та рослинного світу.
Можна сказати, що без мікроорганізмів життя в її сучасних формах було б просто неможливим.
Мікроорганізми створили атмосферу, здійснюють кругообіг речовин та енергії в природі, розщеплення органічних сполук та синтез білка, сприяють родючості ґрунтів, утворенню нафти та кам'яного вугілля, вивітрюванню гірських порід, багатьом іншим природним явищам.
За допомогою мікроорганізмів здійснюються важливі виробничі процеси – хлібопечення, виноробство та пивоваріння, виробництво органічних кислот, ферментів, харчових білків, гормонів, антибіотиків та інших лікарських препаратів.
Мікроорганізми як ніяка інша форма життя зазнає впливу різноманітних природних та антропічних (пов'язаних з діяльністю людей) факторів, що, з урахуванням їх короткого терміну життя та високої швидкості розмноження, сприяє їх швидкому еволюціонування.
Найбільшу сумну популярність мають патогенні мікроорганізми (мікроби-патогени) – збудники захворювань людини, тварин, рослин, комах. Мікроорганізми, що набувають у процесі еволюції патогенності для людини (здатність викликати захворювання), викликають епідемії, що забирають мільйони життів. До теперішнього часу інфекційні захворювання, що викликаються мікроорганізмами, залишаються однією з основних причин смертності, завдають істотних збитків економіці.
Мінливість патогеннихмікроорганізмів становить основну рушійну силу у розвитку та вдосконаленні систем захисту вищих тварин і людини від усього чужорідного (чужорідної генетичної інформації). Понад те, мікроорганізми були донедавна важливим чинником природного відбору людської популяції (приклад - чума і сучасне поширення груп крові). В даний час вірус імунодефіциту людини (ВІЛ) зазіхнув на святе святих людини - його імунну систему.
Основні етапи розвитку мікробіології, вірусології та імунології
До них можна віднести такі:
1.Емпіричних знань(до винаходу мікроскопів та їх застосування для вивчення мікросвіту).
Дж.Фракасторо (1546г.) припустив живу природу агентів інфекційних захворювань-contagium vivum.
2.Морфологічний періодзайняв близько двохсот років.
Антоні ван Левенгук у 1675р. вперше описав найпростіших, у 1683 р. – основні форми бактерій. Недосконалість приладів (максимальне збільшення мікроскопів X300) та методів вивчення мікросвіту не сприяло швидкому накопиченню наукових знань про мікроорганізми.
3.Фізіологічний період(з 1875р.) - Епоха Л.Пастера і Р.Коха.
Л. Пастер - вивчення мікробіологічних основ процесів бродіння та гниття, розвиток промислової мікробіології, з'ясування ролі мікроорганізмів у кругообігу речовин у природі, відкриття анаеробних мікроорганізмів, розробка принципів асептики, методів стерилізації, ослаблення (аттенуації) вірулентності та отримання вакцинмак.
Р. Кох - метод виділення чистих культур на твердих живильних середовищах, способи забарвлення бактерій аніліновими барвниками, відкриття збудників сибірки, холери (ком Кома), туберкульозу (палички Коха),удосконалення техніки мікроскопії. Експериментальне обґрунтування критеріїв Хенле, відомі як постулати (тріада) Хенле-Коха.
І.І. Мечников – поет мікробіології” за образним визначенням Еміля Ру. Він створив нову епоху в мікробіології - вчення про несприйнятливість (імунітеті), розробивши теорію фагоцитозу та обґрунтувавши клітинну теорію імунітету.
Одночасно накопичувалися дані про вироблення в організмі антитіл проти бактерій та їх токсинів, що дозволило П. Ерліху розробити гуморальну теорію імунітету. У подальшій багаторічній та плідній дискусії між прихильниками фагоцитарної та гуморальної теорій було розкрито багато механізмів імунітету та народилася наука імунологія.
Надалі було встановлено, що спадковий та набутий імунітет залежить від узгодженої діяльності п'яти основних систем: макрофагів, комплементу, Т- та В-лімфоцитів, інтерферонів, головної системи гістосумісності, що забезпечують різні форми імунної відповіді. І.І.Мечникову та П.Ерліху в 1908р. було присуджено Нобелівську премію.
5. Наступним важливим етапом у розвитку мікробіології сталовідкриття антибіотиків. У 1929р. А.Флемінг відкрив пеніцилін і розпочалася ера антибіотикотерапії, що призвела до революційного прогресу медицини. Надалі з'ясувалося, що мікроби пристосовуються до антибіотиків, а вивчення механізмів лікарської стійкості призвело до відкриття другого позахромосомного (плазмідного) геному бактерій.
Вивчення плазмід показало, що вони є ще більш просто влаштованими організмами, ніж віруси, і на відміну від бактеріофагів не шкодять бактеріям, а наділяють їх додатковими біологічними властивостями. Відкриття плазмід суттєво доповнило уявлення про форми існування життя та можливі шляхи йогоеволюції.
6. Сучасниймолекулярно-генетичний етапрозвитку мікробіології, вірусології та імунології розпочався у другій половині 20 століття у зв'язку з досягненнями генетики та молекулярної біології, створенням електронного мікроскопа.
У дослідах на бактеріях було доведено роль ДНК передачі спадкових ознак. Використання бактерій, вірусів, а потім і плазмід як об'єктів молекулярно-біологічних та генетичних досліджень призвело до більш глибокого розуміння фундаментальних процесів, що лежать в основі життя. З'ясування принципів кодування генетичної інформації в ДНК бактерій та встановлення універсальності генетичного коду дозволило краще розуміти молекулярно-генетичні закономірності, властиві вищому організованим організмам.
Розшифрування геному кишкової палички уможливило конструювання та пересадку генів. На сьогодні генна інженерія створила нові напрямки біотехнології.
Розшифровано молекулярно-генетичну організацію багатьох вірусів та механізми їх взаємодії з клітинами, встановлено здатність вірусної ДНК вбудовуватися в геном чутливої клітини та основні механізми вірусного канцерогенезу.
Справжню революцію зазнала імунологія, що далеко вийшла за рамки інфекційної імунології і стала однією з найважливіших фундаментальних медико-біологічних дисциплін. На цей час імунологія - це наука, вивчає як захист від інфекцій. У сучасному розумінніімунологія - це наука, що вивчає механізми самозахисту організму від усього генетично чужорідного, підтримці структурної та функціональної цілісності організму.
Імунологія в даний час включає низку спеціалізованих напрямків, серед яких, поряд з інфекційноюімунологією, до найбільш значущих відносяться імуногенетика, імуноморфологія, трансплантаційна імунологія, імунопатологія, імуногематологія, онкоімунологія, імунологія онтогенезу, вакцинологія та прикладна імунодіагностика.
Мікробіологія та вірусологія якфундаментальні біологічні наукитакож включають ряд самостійних наукових дисциплін зі своїми цілями та завданнями: загальну, технічну (промислову), сільськогосподарську, ветеринарну та що має найбільше значення для людствамедичну мікробіологію та вірусологію. 7>
Медична мікробіологія та вірусологія вивчає збудників інфекційних хвороб людини (їх морфологію, фізіологію, екологію, біологічні та генетичні характеристики), розробляє методи їх культивування та ідентифікації, специфічні методи їх діагностики, лікування та профілактики.
До окремих найважливіших розділів медичної мікробіології та вірусології можна віднести клінічну мікробіологію, санітарну мікробіологію, медичну мікологію та протозоологію, медичну паразитологію, вчення про сапронози.
На порозі 21 століття мікробіологія, вірусологія та імунологія представляють один з провідних напрямків біології та медицини, що інтенсивно розвивається та розширює межі людських знань.
Імунологія впритул підійшла до регулювання механізмів самозахисту організму, корекції імунодефіцитів, вирішення проблеми СНІДу, боротьби з онкозахворюваннями.
Створюються нові генно-інженерні вакцини, з'являються нові дані про відкриття інфекційних агентів - збудників "соматичних" захворювань (виразкова хвороба шлунка, гастрити, гепатити, інфаркт міокарда, склероз, окремі форми бронхіальної астми, шизофренія та ін.).
З'явилося поняття про нових і повертаєтьсяінфекції (emerging and reemerging infections). Приклади реставрації старих патогенів-мікобактерії туберкульозу, рикетсії групи кліщової плямистої лихоманки та ряд інших збудників природно-осередкових інфекцій. Серед нових патогенів – вірус імунодефіциту людини (ВІЛ), легіонели, бартонели, ерліхії, хелікобактер, хламідії (Chlamydia pneumoniae). Нарешті, відкриті віроїди та пріони – нові класи інфекційних агентів.
Віроїди - інфекційні агенти, що викликають у рослин ураження, подібні до вірусних, проте ці збудники відрізняються від вірусів рядом ознак: відсутністю білкової оболонки (гола інфекційна РНК), антигенних властивостей, одноланцюговоїкільцевоїструктурою РНК (з вірусів - тільки вірус гепатиту D), малими розмірами РНК.
Пріони (proteinaceous infectious particle- білкоподібна інфекційна частка) представляють позбавлені РНК білкові структури, що є збудниками деяких повільних інфекцій людини і тварин, що характеризуються летальними ураженнями центральної нервової системи за типомгубкоподібних енцефалопатії й-Круту, хвороб синдром Герстманна-Страусслера-Шайнкера, амніотрофічний лейкоспонгіоз, губкоподібна енцефалопатія корів (коров'яче "сказ"), скріпи в овець, енцефалопатія норок, хронічна виснажлива хвороба оленів і лосів. Передбачається, що пріони можуть мати значення в етіології шизофренії, міопатії. Суттєві відмінності від вірусів, насамперед відсутність власного геному, не дозволяють поки що розглядати пріони як представників живої природи.
3. Завдання медичної мікробіології.
До них можна віднести такі:
1. Встановлення етіологічної (причинної) ролі мікроорганізмів у нормі та патології.
2. Розробка методів діагностики,специфічної профілактики та лікування інфекційних захворювань, індикації (виявлення) та ідентифікації (визначення) збудників.
3. Бактеріологічний та вірусологічний контроль навколишнього середовища, продуктів харчування, дотримання режиму стерилізації та нагляд за джерелами інфекції у лікувальних та дитячих закладах.
4. Контроль за чутливістю мікроорганізмів до антибіотиків та інших лікувальних препаратів, станом мікробіоценозів (мікрофлорою)повіх і порожнин тіла людини.
4. Методи мікробіологічної діагностики.
Методи лабораторної діагностики інфекційних агентів численні, до основних можна віднести такі.
1. Мікроскопічний-з використанням приладів для мікроскопії. Визначають форму, розміри, взаєморозташування мікроорганізмів, їхню структуру, здатність забарвлюватися певними барвниками.
2. Мікробіологічний (бактеріологічний та вірусологічний) – виділення чистої культури та її ідентифікація.
3. Біологічний – зараження лабораторних тварин із відтворенням інфекційного процесу на чутливих моделях (біопробу).
4. Імунологічний (варіанти – серологічний, алергологічний) – використовується для виявлення антигенів збудника або антитіл до них.
5. Молекулярно-генетичний - ДНК-і РНК-зонди, полімеразна ланцюгова реакція (ПЛР) та багато інших.
Укладаючи викладений матеріал, необхідно відзначити теоретичне значення сучасної мікробіології, вірусології та імунології. Досягнення цих наук дозволили вивчити фундаментальні процеси життєдіяльності на молекулярно-генетичному рівні. Вони зумовлюють сучасне розуміння сутності механізмів розвитку багатьох захворювань та спрямування їх більш ефективного попередження та лікування.
1.Покровський В.І. "Медична мікробіологія, імунологія, вірусологія". Підручник для студентів фарм. ВНЗ, 2002.
2. Борисов Л.Б. «Медична мікробіологія, вірусологія та імунологія». Підручник для студентів мед. ВНЗ, 1994.
3. Воробйов А.А. "Мікробіологія". Підручник для студентів мед. ВНЗ, 1994.
4. Коротяєв А.І. «Медична мікробіологія, вірусологія та імунологія», 1998.