Краткий исторический обзор развития микробиологии

С микробиологическими процессами человечество познакомилось еще на заре цивилизации. Со времен глубокой древности известны такие процессы, как сбраживание сахарсодержащих соков, приготовление теста, скисание молока, квашение овощей, приготовление кумыса и пр. В старинных летописях встречаются упоминания о страшных болезнях - чуме, холере, оспе, которые за короткое время опустошали целые области и приносили людям неисчислимые бедствия.

Постепенно, в результате столетиями накопленного опыта, люди стали применять более совершенные приемы изготовления хлеба, помещая тесто в теплое место; сахарсодержащие соки при брожении по возможности предохраняли от доступа воздуха. Вырабатывались также специальные меры борьбы с заразными болезнями. Например, трупы погибших от чумы людей подвергали сожжению, больных проказой изолировали от здоровых и пр. Однако возбудители микробиологических процессов оставались неизвестными еще на протяжении многих веков.

Впервые подробно и обстоятельно, с поразительной точностью для своего времени, микробы описал голландский естествоиспытатель Антони ван Левенгук (1632-1723 гг.), опубликовавший свои наблюдения в 1695 г. в книге «Тайны природы, открытые Антони Левенгуком с помощью микроскопов». В этой книге Левенгук дал описание и зарисовки основных форм бактерий - шаровидных, палочковидных, извитых. Позднее исследователи, несмотря на усовершенствования в конструкции микроскопов, продолжали изучение лишь внешней формы микробов (морфологических признаков). Жизненные же отправления их (физиология) и роль в природе в течение почти двух столетий после Левенгука оставались невыясненными.

По мере описания все новых и новых форм микробов, которые в то время носили общее название инфузории (от латинского слова infusum - настой), возникла необходимость классифицировать их. Однако первые попытки классификации микроорганизмов окончились неудачей. Знаменитый шведский ботаник Карл Линней (1707-1778 гг.) разработал систематику высших животных и растений, но не будучи микроскопистом, не смог систематизировать микробов.

В 1775 г. русский исследователь Мартын Матвеевич Тереховский описал природу микробов, появляющихся в различных настоях, и доказал возможность их использования в практической деятельности человека. Тереховский был одним из первых исследователей, который применил экспериментальный метод в изучении микробов. Он изучал влияние на микробы химических веществ, высоких и низких температур, электрических разрядов разной силы. Ему удалось установить, что в прокипяченных настоях возникновения микроорганизмов не наблюдается. Открытия Тереховского имели большую принципиальную важность, но остались малоизвестными.

По мере усовершенствования оптики ученые старались разобраться в строении микроорганизмов и классифицировать этот неожиданно открытый мир жизненных форм, пытались уложить этих «чудесных невидимок» в уже известные большие систематические группы растений и животных. В этих попытках систематики микробов было много ошибок. Нередко бактерии включались в одну систематическую единицу вместе с простейшими. Постепенно неправильные представления опровергались, и у X. Эренберга (1838 г.) мы находим подразделение микробов на бактерии, спириллы, спирохеты. При решении спорных вопросов ученые все больше и больше прибегали к различным экспериментам.

Во второй половине XIX в. наблюдается расцвет микробиологической науки, обусловленный непосредственным влиянием потребностей практической жизни. К этому времени появились более усовершенствованные микроскопы, намного улучшилась техника микроскопирования. Развитие капиталистического способа производства требовало ответа на многие животрепещущие вопросы практики. Уже невозможно было ограничиться изучением лишь внешнего вида микробов, особенностей их строения. Нужно было четко выяснить ту роль, которую играют эти «загадочные существа» в общем круговороте веществ и энергии в природе, в жизни человека, установить значение их участия во многих производственных процессах, в возникновении инфекционных заболеваний. Морфологический период в развитии микробиологии сменился физиологическим.

Основы для физиологического периода в развитии микробиологии заложил своими работами гениальный французский ученый Луи Пастер (1822-1895 гг.). Он установил, что процессы брожения возбуждаются живыми микробными клетками, попадающими в среду из воздуха, что каждый вид брожения (спиртовое, молочнокислое, маслянокислое и др.) является строго специфичным, т.е. вызывается лишь определенным видом микробов. Таким образом, утверждалось, что микроорганизмы отличаются друг от друга не только внешней формой, но и физиологическими свойствами. Л. Пастером было установлено, что брожение, являясь особой формой обмена веществ, протекает в отсутствие воздуха и заменяет микроорганизмам дыхание, свойственное высшим растениям и животным.

Пастер установил микробную природу болезней виноградного вина и пива, а также болезней шелковичных червей. С именем Пастера связано начало быстрого развития медицинской и ветеринарной микробиологии: им были открыты возбудители некоторых заразных болезней (рожи свиней, холеры кур и пр.), предложен принцип изготовления вакцин против сибирской язвы и бешенства, разработан метод предохранительных прививок и доказана его эффективность в предупреждении инфекций.

Вакцинами и теперь называют медицинские препараты, применяемые для предохранительных прививок против той или иной заразной болезни. Изготовляют вакцины из ослабленных или убитых различными приемами патогенных микробов, или из продуктов их жизнедеятельности. Сам метод предохранительных прививок называется вакцинацией. Эти названия происходят от противооспенного препарата, приготовляемого из вируса коровьей оспы (от латинского слова vacca - корова).

Еще в 1796 г. английскй врач Эдуард Дженнер установил, что у людей, заболевших коровьей оспой, болезнь протекает легко и после выздоровления они становятся невосприимчивыми к натуральной оспе. Дженнер сделал восьмилетнему мальчику прививку оспенного яда теленка и через 1,5 месяца этому же ребенку через насечки привил содержимое пустул от человека, больного натуральной оспой. Ребенок не заболел. Так впервые появился метод предохранительных прививок.

Луи Пастер сумел найти объяснение этим опытам Дженнера, установив, что ослабление ядовитого действия (вирулентности) болезнетворных микробов может быть достигнуто как пассажем (проведением) микроба через маловосприимчивый организм животного, так и длительным выдерживанием микроба без пересева на старой среде, добавлением различных химических веществ или выращиванием микробов при неблагоприятной температуре и некоторыми другими способами. Прививка же такой ослабленной культуры микробов человеку способствует созданию в его организме невосприимчивости (иммунитета) к данному заболеванию.

В последующие годы Л. Пастер обратился к проблеме о самопроизвольном зарождении микробов. Мнение ряда ученых о том, что микробы могут зарождаться из неживого вещества, он опроверг классическими опытами. Разработав методы стерилизации жидкостей (кипячением) и очистки воздуха от микробов (применением в качестве фильтров ватных пробок), Пастер убедительно доказал, что стерильные жидкости сохраняются неопределенно долгое время, не подвергаясь порче вследствие развития микроорганизмов.

Эти опыты имели большое практическое значение для разработки методов стерилизации, в частности пастеризации, без чего немыслима работа современной бактериологической лаборатории, и послужили основой для развития одной из крупнейших отраслей пищевой промышленности - консервной.

Успешному развитию микробиологии в этот период способствовали также замечательные работы немецкого ученого Роберта Коха (1843-1910 гг.). Он ввел в бактериологическую практику метод выращивания микроорганизмов на твердых питательных средах (мясопептонная желатина, картофельные срезы и пр.). Использование твердых питательных сред позволило микробиологам изолировать отдельные виды микробов и выделять из природных микробных смесей так называемые чистые культуры. Окрашивание микробов анилиновыми красками, метод микрофотографии и способы заражения лабораторных животных (биопробы), разработанные Кохом, прочно вошли в практику микробиологических лабораторий, а методы уничтожения микроорганизмов легли в основу современной дезинфекции.

Большой вклад в развитие микробиологической науки внесли русские ученые. Выдающемуся русскому биологу, организатору первой русской бактериологической лаборатории Илье Ильичу Мечникову (1845-1916 гг.) принадлежит всемирно известная фагоцитарная теория борьбы животного и человеческого организма с болезнетворными микробами. Им же разрабатывалась теория борьбы с преждевременным старением человека, основанная на изучении антагонизма между гнилостными и молочнокислыми бактериями, развивающимися в кишечнике. Наблюдения Мечникова над антагонизмом микробов легли в основу современного учения об антибиотиках.

Почетное место в мировой микробиологической науке заняли русские ученые Л. С. Ценковский (1822-1887 гг.), Н. Ф. Гамалея (1859-1949 гг.), Д. И. Ивановский (1864-1920 гг.), С. Н. Виноградский (1856-1953 гг.), В. Л. Омелянский (1867- 1928 гг.), С. П. Костычев (1877-1931 гг.), В. С. Буткевич (1872-1942 гг.), С. А. Королев (1876-1932 гг.), А. Ф. Войткевич (1876-1950 гг.), Н. В. Циклинская (1859-1923 гг.), В. Н. Шапошников (1884 г.) и многие другие.

Дмитрий Иосифович Ивановский является основоположником учения о вирусах. Сергей Николаевич Виноградский всю свою жизнь посвятил изучению почвенных микробов. Им введен в микробиологическую практику метод «элективной» (накопительной) культуры, а также метод кремнекислых пластинок, широко используемый в настоящее время при изучении биохимизма микробов. Работы Виноградского по изучению серобактерий, железобактерий, нитрифицирующих и азотфиксирующих бактерий по справедливости должны быть признаны классическими.

Достойный продолжатель работ Виноградского - его ученик Василий Леонидович Омелянский - изучил возбудителей брожения клетчатки и пектиновых веществ. В 1909 г. В. Л. Омелянским была издана книга «Основы микробиологии», выдержавшая девять изданий и переведенная на многие иностранные языки.

Выдающийся деятель отечественной микробиологии Николай Федорович Гамалея впервые наблюдал явление бактериофагии. Его исследования по изменчивости и эволюции микробов явились ценным вкладом в микробиологическую науку.

Великая Октябрьская социалистическая революция открыла широкие возможности для бурного развития всех отраслей знаний в нашей стране. За годы Советской власти отечественная микробиология обогатилась новыми выдающимися открытиями.

Труды советских микробиологов С. П. Костычева, А. Н. Лебедева, В. И. Палладина, Н. Н. Худякова, В. С. Буткевича. В. Н. Шапошникова, М. В. Федорова, Е. Н. Мишустина, Б. В. Перфильева, Д. Р. Габе способствовали и способствуют успешному развитию микробиологической науки.

Биохимическая активность микробов стала широко использоваться в производственных процессах. На основе изучения химизма образования органических кислот грибами (работы В. С. Буткевича, С. П. Костычева, В. Н. Шапошникова) у нас з стране возникло производство органических кислот: лимонной, молочной, масляной. Был разработан способ получения с помощью микробов ацетона, бутилового спирта и других продуктов.

Возникла и новая отрасль микробиологии - пищевая микробиология, изучающая возможность применения микроорганизмов в пищевой промышленности. В виноделии, пивоварении, хлебопечении, в молочной промышленности изучаются наиболее эффективные условия применения соответствующих микроорганизмов. В основу консервирования и холодильного хранения скоропортящихся пищевых продуктов положены биологические принципы, разработанные Я. Я. Никитинским.

Всесоюзным научно-исследовательским институтом консервной и овощесушильной промышленности совершенствуются имеющиеся методу консервирования пищевых продуктов, разрабатываются и внедряются в производство новые, обеспечивающие непрерывность технологического процесса, его полную механизацию и автоматизацию (асептические методы консервирования). В последние годы проведена большая работа по уточнению режимов стерилизации различных видов консервов на основе изучения выживаемости наиболее устойчивых к высокой температуре штаммов микробов в продуктах при нагревании. Проводятся исследования в области применения ионизирующих излучений для сохранения фруктов, овощей, пищевых концентратов, для борьбы с потерями и удлинения сроков хранения овощей. Разрабатываются способы производства нового антибиотика - сорбиновой кислоты, заменяющей сернистый ангидрид при производстве плодовых и ягодных соков, пюре, компотов и другой продукции. Все это в значительной мере способствует улучшению качества готовых консервов и снижению их себестоимости.

В последние годы определяются задачи исследования в области так называемой космической микробиологии. Изучая и открывая законы объективного мира в определенной области, микробиология способствует более глубокому познанию человеком природы для подчинения и использования ее на благо людей.