Тема: Введение. Предмет и задачи медицинской паразитологии, микробиологии, вирусологии и иммунологии. Классификация микроорганизмов, имеющих медицинское значение.
Положение микроорганизмов в общей системе живого мира.
До середины XIX века все организмы, населяющие нашу планету, по структурным и функциональным признакам единодушно подразделялись на два царства: растения и животные.
С изобретением светового микроскопа постепенно накапливалась информация о существовании простейших одноклеточных организмов, невидимых человеческим глазом, признаки которых явно не укладывались в критерии двух вышеназванных царств.
Становление микробиологии как науки происходило в четыре этапа. На первом этапе было установлено существование микробов в природе. На втором – дифференцированы виды микробов. На третьем – началось изучение иммунитета и профилактики инфекционных болезней. Четвертый период – биотехнологий.
Первый период назван описательным. Начинается он с наблюдений голландского ученого Антони Ван Левенгука (1632 – 1723). Сконструировав микроскоп, дающий увеличение в 160 – 300 раз, он описал «живых зверьков», населяющих зубной налет, воду, различные настои, биологические жидкости и отправления. В 1695 году вышла в свет книга А. Левенгука «тайны природы», в которой были впервые приведены описания микробов. Открытие микромира вызвало живейший интерес к нему ученых и врачей того времени. Были сделаны попытки доказать роль микробов в происхождении инфекционных заболеваний. В 1840 году Ф. Генле опубликовал статью «О миазмах и контагиях», глее обосновал значение микробов в возникновении инфекционных заболеваний. (miasma – греч. скверна, contagium – зараза). Этот период длился не менее 150 лет.
Эрнест Геккель в 1866 году впервые высказал мысль о выделении третьего царства – протист. К этому царству были отнесены все организмы с малыми размерами и относительно простой биологической организации: грибы, водоросли, простейшие и бактерии. Идея Э. Геккеля о выделении царства протист получила экспериментальное подтверждение и уточнение только в середине XX века.
Физиологический период развития начинается с гениальных открытий Луи Пастера (1822 – 1895). Л. Пастер впервые доказал, что причиной процессов брожения и гниения, протекающих в природе, является ферментативная активность микроорганизмов. Изучая суть процесса брожения, он открыл возможность «жизни без кислорода», т.е. новый тип анаэробного дыхания, свойственный некоторым микробам (1857). Работы Пастера по изучению инфекционных заболеваний животных и человека (болезнь шелковичных червей – (1868), куриная холера, сибирская язва, бешенство (1882 - 1885) заложили основы медицинской микробиологии.
Ценный вклад в развитие медицинской микробиологии внес Роберт Кох (1843 – 1910). Он разработал методы посева и выделения микроорганизмов в чистую культуру, ввел в практику окраску микробов анилиновыми красителями, иммерсионную систему микроскопирования и микрофотографию. Р. Кох изучил возбудителя сибирской язвы (1876), открыл возбудителей туберкулеза (1882), холеры (1883).
Иммунологический этап связан с именем И.И. Мечникова (1845 – 1916). Получило развитие новое направление в микробиологии – иммунология (невосприимчивость организма к инфекциям). Классические работы И.И. Мечникова по внутреннему пищеварению позволили ему создать фагоцитарную теорию иммунитета (Нобелевская премия). Она основана на признании роли клеточной защиты в развитии невосприимчивости к инфекционным болезням. Он показал, что многие клетки организма способны захватывать и переваривать различные чужеродные элементы, в том числе и бактерии. Он назвал эти клетки фагоцитами, а явление – фагоцитозом. Это учение о фагоцитозе стало основой для изучения воспаления, которое, по Мечникову, является активной реакцией организма на внедрение болезнетворных микробов.
Развитие микробиологии неразрывно связано с именем русских ученых.
Петр Первый еще в 1698 году, находясь в Голландии, познакомился с Левенгуком и его микроскопом. Рассматривал некоторые микроскопические объекты.
Одним из основоположников микробиологии в России был Л.С. Ценковский (1822 – 1887). В его докторской диссертации «о низших водорослях и инфузориях» впервые научно обоснованно дана классификация микробов, установлена близость бактерий к сине-зеленым водорослям, бактерии отнесены к растительным организмам. В соответствии с принципами Пастера, получил ослабленный вариант бацилл сибирской язвы и использовал его для прививки животных.
Ближайшим соратником И.И. Мечникова был Н.Ф.Гамалея (1859 – 1949). Ему принадлежат оригинальные теории инфекции и иммунитета, крупные исследования по изучению туберкулеза холеры и бешенства. В 1898 г. Н.Ф. Гамалея впервые описал явление бактериофагии – растворение бактерий под влиянием особого агента.
Д.К. Заболотный (1866 – 1929) – выдающийся микробиолог и эпидемиолог считается основоположником отечественной эпидемиологии. Труды Заболотного посвящены борьбе с чумой, холерой, сифилисом.
Трудами отечественных ученых заложен прочный фундамент эколого-физиологического направления в микробиологии. Развитие экологии почвенных микроорганизмов неразрывно связано с именами С.Н. Виноградского (1856 – 1953) и В.Л. Омелянского (1867 – 1928). Применив оригинальный метод элективных питательных сред, С.Н. Виноградский на примере ряда групп почвенных микроорганизмов (нитрифицирующих, серных и железобактерий) открыл новый хемолитотрофный тип питания микробов.
В.Л. Омелянский был не только выдающимся ученым, но и прекрасным педагогом. Его исследования связаны с изучением роли микроорганизмов в круговороте веществ в природе.
Экологическое направление в области водной микробиологии успешно развивал Б.Л. Исаченко (1871 – 1948). Он впервые указал на роль микроорганизмов в круговороте веществ в водоемах.
Отцом вирусологии по праву считается Д.И. Ивановский (1864 – 1920), впервые в 1892 году применивший метод фильтрации для выделения инфекционного агента - вируса табачной мозаики. Спустя 6 лет, в 1898 году, независимо от работ Д.И. Ивановского, вирус табачной мозаики вторично открыл М. Бейеринк (1851 – 1931).
Достижения медицинской микробиологии, вирусологии и иммунологии связаны с именами Л.А. Зильбера, З.В. Ермольевой, А.А. Смородинцева, М.П. Чумакова, П.Ф. Здродовского, В.Д. Тимакова, В.М. Жданова.
XX век характеризуется крупнейшими открытиями в области биохимии и генетики микроорганизмов. Сравнительное биохимическое изучение разных физиологических групп микроорганизмов позволило А. Клюйверу и К. Ван Нилю сформулировать основы теории биохимического единства жизни, которая базируется на единых закономерностях процессов энергетического и конструктивного обмена для всех организмов обширного царства прокариот.
В 40 – 50-е годы XX столетия сделаны выдающиеся открытии в области генетики микроорганизмов. В 1944 году Освальд Эйвери, Мак Леод, Мак-Карти доказали, что веществом, ответственным за передачу наследственных свойств у бактерий, является ДНК. В 1953 году Дж. Уотсон и Ф. Крик расшифровали строение молекулы ДНК. Был раскрыт генетический код и механизмы репликации ДНК и регуляции синтеза белка, единые для всех живых организмов.
Исследования Э. Чаргаффа, А.Н. Белозерского и А.С. Спирина, и других авторов по нуклеотидному составу ДНК разных групп микроорганизмов показали видоспецифичность отношения азотистых оснований А+Т/Г+Ц в молекуле ДНК и определили возможность использования этого соотношения в таксономии бактерий.
Работы Дж. Ледерберга и Тейтума (1946), Циндера и Дж. Ледерберга (1952) позволили выяснить половую дифференцировку бактерий и закономерности рекомбинаций генетического материала прокариот. Дальнейшие исследования Жакоба и Э. Волмана (1958) привели к открытию плазмид, внехромосомных факторов наследственности, контролирующих весьма существенные свойства бактерий, в том числе устойчивость их к лекарственным препаратам. Трансмиссивность плазмид определила использование их в экспериментах в качестве переносчиков генов от одних бактерий к другим, а также для переноса генов из клеток млекопитающих в бактериальные клетки. Успехи исследований в области генетики обусловили развитие ее нового раздела – молекулярной генетики, составляющей основу современной генной инженерии.
Роль микроорганизмов в природе и народном хозяйстве.
В эпоху протерозоя микроорганизмы были единственными обитателями Земли. Современный уровень знаний позволяет убедительно доказать, что именно микроорганизмам принадлежит ведущая роль в процессах круговорота биогенных элементов (углерода, азота, фосфора, серы и т.д.) в природе, определяющих возможность жизни на Земле. Осуществляя процессы минерализации веществ органического опада, они возвращают в атмосферу углекислый газ, столь необходимый для процесса фотосинтеза, а также переводят в минеральную форму, доступную для усвоения растениями, такие жизненно важные элементы как азот, фосфор, сера и т.д.
Микроорганизмы играют роль санитаров планеты, освобождая окружающую среду от токсичных соединений: аммиака, сероводорода, метана, угарного газа и т.д. Денитрифицирующие бактерии являются единственным продуцентами оксидов азота и играют важную роль в поддержании озонового экрана, защищающего все живые организмы планеты от интенсивного воздействия солнечной радиации.
Доказано непосредственное участие микроорганизмов в геохимических процессах, в формировании месторождений нефти, меди, марганца, железа, серы и фосфоритов.
Активность микробного населения определяет плодородие почв, служит основой нашего земледелия. Основная масса запасов азота 65 – 70% в почве пополняется биологическим путем за счет фиксации молекулярного азота атмосферы свободноживущими и симбиотическими формами микроорганизмов.
В жизни человека исторически микроорганизмы играли двойную роль. С одной стороны, человек, еще не зная о существовании микромира, пользовался услугами микробов в домашнем хозяйстве. Еще в VI тысячелетии до н.э. в Вавилоне готовили пиво. С давних времен люди занимались виноделием, хлебопечением, производством кисломолочных продуктов, уксуса, и т.д. С другой стороны, многие виды бактерий наносили ущерб хозяйству человека, разрушая промышленные и сельскохозяйственные продукты. Патогенные микробы с незапамятных времен вызывали тяжелые инфекционные заболевания человека и животных.