Микробиология – наука, предметом изучения которой являются микроскопические существа, называемые микроорганизмами, их биологические признаки, систематика, экология, взаимоотношения с другими организмами.

Микроорганизмы – наиболее древняя форма организации жизни на Земле. По количеству они представляют собой самую значительную и самую разнообразную часть организмов, населяющих биосферу.

К микроорганизмам относят:

1) бактерии;

2) вирусы;

4) простейшие;

5) микроводоросли.

Общий признак микроорганизмов – микроскопические размеры; отличаются они строением, происхождением, физиологией.

Бактерии – одноклеточные микроорганизмы растительного происхождения, лишенные хлорофилла и не имеющие ядра.

Грибы – одноклеточные и многоклеточные микроорганизмы растительного происхождения, лишенные хлорофилла, но имеющие черты животной клетки, эукариоты.

Вирусы – это уникальные микроорганизмы, не имеющие клеточной структурной организации.

Основные разделы микробиологии: общая, техническая, сельскохозяйственная, ветеринарная, медицинская, санитарная.

Общая микробиология изучает наиболее общие закономерности, свойственные каждой группе перечисленных микроорганизмов: структуру, метаболизм, генетику, экологию и т. д.

Основной задачей технической микробиологии является разработка биотехнологии синтеза микроорганизмами биологически активных веществ: белков, ферментов, витаминов, спиртов, органических веществ, антибиотиков и др.

Сельскохозяйственная микробиология занимается изучением микроорганизмов, которые участвуют в круговороте веществ, используются для приготовления удобрений, вызывают заболевания растений и др.

Ветеринарная микробиология изучает возбудителей заболеваний животных, разрабатывает методы их биологической диагностики, специфической профилактики и этиотропного лечения, направленного на уничтожение микробов-возбудителей в организме больного животного.

Предметом изучения медицинской микробиологии являются болезнетворные (патогенные) и условно-патогенные для человека микроорганизмы, а также разработка методов микробиологической диагностики, специфической профилактики и этиотропного лечения вызываемых ими инфекционных заболеваний.

Разделом медицинской микробиологии является иммунология, которая занимается изучением специфических механизмов защиты организмов людей и животных от болезнетворных микроорганизмов.

Предметом изучения санитарной микробиологии являются санитарно-микробиологическое состояние объектов окружающей среды и пищевых продуктов, разработка санитарных нормативов.

2. Систематика и номенклатура микроорганизмов

Основной таксономической единицей систематики бактерий является вид.

Вид – это эволюционно сложившаяся совокупность особей, имеющая единый генотип, который в стандартных условиях проявляется сходными морфологическими, физиологическими, биохимическими и другими признаками.

Вид не является конечной единицей систематики. Внутри вида выделяют варианты микроорганизмов, отличающиеся отдельными признаками. Так, различают:

1) серовары (по антигенной структуре);

2) хемовары (по чувствительности к химическим веществам);

3) фаговары (по чувствительности к фагам);

4) ферментовары;

5) бактериоциновары;

6) бактериоциногеновары.

Бактериоцины – вещества, продуцируемые бактериями и губительно действующие на другие бактерии. По типу продуцируемого бактериоцина различают бактериоциновары, а по чувствительности – бактерициногеновары.

Для видовой идентификации бактерий необходимо знать следующие их свойства:

1) морфологические (форму и структуру бактериальной клетки);

2) тинкториальные (способность окрашиваться различными красителями);

3) культуральные (характер роста на питательной среде);

4) биохимические (способность утилизировать различные субстраты);

5) антигенные.

Виды, связанные генетическим родством, объединяют в роды, роды – в семейства, семейства – в порядки. Более высокими таксономическими категориями являются классы, отделы, подцарства и царства.

Согласно современной систематике патогенные микроорганизмы относятся к царству прокариот, патогенные простейшие и грибы – к царству эукариот, вирусы объединяются в отдельное царство – Vira.

Все прокариоты, имеющие единый тип организации клеток, объединены в один отдел – Bacteria. Однако отдельные их группы отличаются структурными и физиологическими особенностями. На этом основании выделяют:

1) собственно бактерии;

2) актиномицеты;

3) спирохеты;

4) риккетсии;

5) хламидии;

6) микоплазмы.

В настоящее время для систематики микроорганизмов используется ряд таксономических систем.

1. Нумерическая таксономия. Признает равноценность всех признаков. Для ее применения необходимо иметь информацию о многих десятках признаков. Видовая принадлежность устанавливается по числу совпадающих признаков.

2. Серотаксономия. Изучает антигены бактерий с помощью реакций с иммунными сыворотками. Наиболее часто применяется в медицинской бактериологии. Недостаток – бактерии не всегда cодержат видоспецифический антиген.

3. Хемотакcономия. Применяются физико-химические методы, с помощью которых исследуется липидный, аминокислотный состав микробной клетки и определенных ее компонентов.

4. Генная систематика. Основана на способности бактерий с гомологичными ДНК к трансформации, трансдукции и конъюгации, на анализе внехромосомных факторов наследственности – плазмид, транспозонов, фагов.

Совокупность основных биологических свойств бактерий можно определить только у чистой культуры – это бактерии одного вида, выращенные на питательной среде.

3. Питательные среды и методы выделения чистых культур

Для культивирования бактерий используют питательные среды, к которым предъявляется ряд требований.

1. Питательность. Бактерии должны содержать все необходимые питательные вещества.

2. Изотоничность. Бактерии должны содержать набор солей для поддержания осмотического давления, определенную концентрацию хлорида натрия.

3. Оптимальный рН (кислотность) среды. Кислотность среды обеспечивает функционирование ферментов бактерий; для большинства бактерий составляет 7,2–7,6.

4. Оптимальный электронный потенциал, свидетельствующий о содержании в среде растворенного кислорода. Он должен быть высоким для аэробов и низким для анаэробов.

5. Прозрачность (чтобы был виден рост бактерий, особенно для жидких сред).

6. Стерильность (чтобы не было других бактерий).

Классификация питательных сред

1. По происхождению:

1) естественные (молоко, желатин, картофель и др.);

2) искусственные – среды, приготовленные из специально подготовленных природных компонентов (пептона, аминопептида, дрожжевого экстракта и т. п.);

3) синтетические – среды известного состава, приготовленные из химически чистых неорганических и органических соединений (солей, аминокислот, углеводов и т. д.).

2. По составу:

1) простые – мясопептонный агар, мясопептонный бульон, агар Хоттингера и др.;

2) сложные – это простые с добавлением дополнительного питательного компонента (кровяного, шоколадного агара): сахарный бульон, желчный бульон, сывороточный агар, желточно-солевой агар, среда Китта-Тароцци, среда Вильсона-Блера и др.

3. По консистенции:

1) твердые (содержат 3–5 % агар-агара);

2) полужидкие (0,15-0,7 % агар-агара);

3) жидкие (не содержат агар-агара).

4. По назначению:

1) общего назначения – для культивирования большинства бактерий (мясопептонный агар, мясопептонный бульон, кровяной агар);

2) специального назначения:

а) элективные – среды, на которых растут бактерии только одного вида (рода), а род других подавляется (щелочной бульон, 1 %-ная пептонная вода, желточно-солевой агар, казеиново-угольный агар и др.);

б) дифференциально-диагностические – среды, на которых рост одних видов бактерий отличается от роста других видов по тем или иным свойствам, чаще биохимическим (среда Эндо, Левина, Гиса, Плоскирева и др.);

в) среды обогащения – среды, в которых происходит размножение и накопление бактерий-возбудителей какого-либо рода или вида, т. е. обогащение ими исследуемого материала (селенитовый бульон).

Для получения чистой культуры необходимо владеть методами выделения чистых культур.

Методы выделения чистых культур.

1. Механическое разобщение на поверхности плотной питательной среды (метод штриха обжигом петли, метод разведений в агаре, распределение по поверхности твердой питательной среды шпателем, метод Дригальского).

2. Использование элективных питательных сред.

3. Создание условий, благоприятных для развития одного вида (рода) бактерий (среды обогащения).

Чистую культуру получают в виде колоний – это видимое невооруженным глазом, изолированное скопление бактерий на твердой питательной среде, представляющее собой, как правило, потомство одной клетки.

МИКРОБИОЛОГИЯ (греч. mikros малый + биология) - наука о микроскопических существах, микроорганизмах, или микробах, их строении и жизнедеятельности, значении в жизни природы, в патологии человека, животных и растений, их систематике, изменчивости, наследственности и экологии.

М. как наука возникла во второй половине 19 в. и со времени своего возникновения тесно связана с практической деятельностью человека. Накопленный огромный фактический материал о биологии микроорганизмов, цели и задачи практической направленности научных исследований в М. определили ее дифференциацию на отдельные направления. Так сформировались общая М., техническая (промышленная) М., сельскохозяйственная М., ветеринарная М., медицинская М., санитарная М., радиационная М.

М. как часть биологии использует биол, методы исследования (см. Биология), а также методы, применяемые только в М. как самостоятельной науке. М. использует такие методы, как метод выделения чистых культур, методы изучения их морфол, и культуральных свойств, биохим, и биосинтетической активности, изучения антигенной структуры, патогенности и вирулентности и других свойств. М. широко использует методы генетики микроорганизмов, бактериофагии, различные методы микроскопии (светлопольная и темнопольная микроскопия, фазовоконтрастная, люминесцентная, электронная и др.), а также методы биохимии (см.), молекулярной биологии (см.), биофизики (см.) и других наук в зависимости от задач и целей исследования.

Общая М. изучает положение и роль микроорганизмов в природе, систематику микроорганизмов, их морфологию и тонкую структурную организацию, биохимию и физиологию микроорганизмов - хим. состав, конструктивный и энергетический метаболизм, ферментные системы, рост и размножение, культивирование. Важным разделом общей М. является генетика микроорганизмов, к-рая изучает как общие закономерности наследственности и изменчивости микроорганизмов, так и прикладные вопросы различных микробиол. специальностей. Общая М. изучает вопросы взаимоотношений микроорганизмов в естественных условиях обитания, вопросы экологии, общие вопросы микробиол, синтеза антибиотиков и других биологически активных веществ. Общая М. изучает и ряд специальных вопросов геомикробиологии, космической М. и других проблем.

Основные разделы общей М. включаются в курс всех микробиол, специальностей, т. к. являются основой для познания частных и прикладных вопросов М.

Техническая (промышленная) микробиология изучает общие и частные вопросы микробиол, синтеза биологически активный веществ: белка, аминокислот, нуклеиновых к-т, витаминов, к-т, спиртов, стероидов, гормонов и др., а также вопросы технологии их производства. Важное место в технической М. занимает использование микроорганизмов в пищевой промышленности, в производстве молочных продуктов, вина, хлеба и др., в производстве кормовых дрожжей, а также изучение М. пищевых продуктов. Техническая М. изучает вопросы биодеградации технических материалов и способов их предохранения от действия микроорганизмов.

Ветеринарная микробиология изучает возбудителей инфекционных болезней животных, разрабатывает лаб. диагностику инф. заболеваний и способы их предупреждения. Важной задачей ветеринарной М. является изучение и совершенствование диагностических, леч. и профилактических препаратов и осуществление мероприятий, направленных на борьбу с заболеваниями животных, вт. ч. общих с заболеваниями человека.

Mедицинская микробиология изучает патогенные и условно-патогенные для человека микроорганизмы. Общая медицинская М. изучает вопросы общей М. в приложении к патогенным и условно-патогенным микроорганизмам и механизмы их болезнетворного действия, а также защитные реакции организма, возникающие в ответ на действие микроорганизмов, способных вызывать заболевания. Частная медицинская М. изучает различные систематические группы патогенных и условно-патогенных микроорганизмов, разрабатывает методы лаб. диагностики, специфической профилактики инф. болезней и другие вопросы.

Одним из наиболее важных разделов медицинской М. является изучение биол, и генетических аспектов вирулентности (см.) и общих закономерностей развития инф. процессов. Важным разделом медицинской М., тесно связанным с проблемами инфекции и иммунитета, является изучение нормальной микрофлоры человека, ее роли в норме и патологии.

В задачи медицинской М. входит изучение антигенного строения микроорганизмов, вопросов иммунохимии, токсинообразования, строения токсинов и механизмов их действия. Важнейшим разделом медицинской М. является разработка профилактических, диагностических и леч. специфических препаратов, таких как вакцины (см.), диагностические и лечебные сыворотки (см.), диагностикумы (см.) и др.

Большим самостоятельным разделом медицинской М. является учение об антибиотиках (см.), антибиотико- и химиотерапии инф. болезней, механизмах действия химиотерапевтических препаратов и изучение природы резистентности к ним микроорганизмов.

Знание биологии возбудителей инф. болезней, закономерностей иммунитета, а также патогенеза инф. болезней является основой микробиол. идентификации возбудителя и индикации патогенных микроорганизмов в окружающей среде (см. Идентификация микробов). Крупным прикладным разделом медицинской М. является клиническая М. (см. Микробиология клиническая).

Основные этапы развития микробиологии. Становление М. как науки было длительным и во многом зависело от развития биологии, физики, химии и достижений техники. Человечество задолго до открытия микроорганизмов использовало их в своих целях при хлебопечении, сыроварении, виноделии и др., не зная о происходящих при этом процессах. Заразные болезни уносили тысячи жизней, и их происхождение давно привлекало внимание врачей и мыслителей. В 1546 г. итальянский врач и писатель Дж. Фракасторо опубликовал фундаментальный труд «О контагии, контагиозных болезнях и лечении», в к-ром высказал идею о живой природе возбудителей заразных болезней. Однако познание природы возбудителей зависело от создания оптических приборов, первые из к-рых были созданы в 17 в. голландским естествоиспытателем А. Левенгуком. Достигнув большого совершенства в шлифовании стекол, А. Левенгук смог создать первые короткофокусные линзы, дававшие увеличение в 250-300 раз. Применение линз позволило ему получить первые достоверные сведения о микроорганизмах, увиденных в различных объектах (дождевая вода, зубной налет, испражнения и др.); они были описаны им в письмах Лондонскому королевскому об-ву. А. Левенгук описал обнаруженных им «живых зверьков» и сделал зарисовки, судя по к-рым, можно считать, что он обнаружил основные морфол, формы бактерий.

А. Левенгук считается первооткрывателем микроорганизмов, истинное значение к-рых было раскрыто только в 19 в.

Дальнейший этап развития М. связан с именами ученых, сделавших первые попытки классификации микроорганизмов. Первым из них был Мюллер (О. F. Muller), опубликовавший в 1773 и 1786 гг. первые работы по классификации микроорганизмов (инфузорий в его терминологии). В 1838 и 1840 гг. Эренберг (С. G. Ehrenberg) выделил такие микроорганизмы, как спирохеты и спириллы. Положительную роль сыграли работы Ф. Кона, к-рый отнес микроорганизмы к растениям и выделил класс Schizophyceae, объединяющий их с низшими водорослями. Негели (С. W. Naegeli, 1857) отделил бактерии от низших водорослей и включил их в класс Schizomycetes (грибов-дробянок). Эти названия долго сохранялись в классификации микроорганизмов. В 1974 г. микробы, исключая грибки, простейшие и вирусы, были выделены в царство Procaryotae и представлены в определителе бактерий Берджи (Bergey’s Manual of Determinative Bacteriology). Немалую роль в становлении учения о микроорганизмах сыграли работы Ф. Кона о стабильности свойств бактерий и обоснованные им представления о мономорфизме в противоположность работам Негели о крайней изменчивости свойств микроорганизмов (плеоморфизм).

Во второй половине 19 в. великий франц. ученый Л. Пастер заложил основы М. как науки и создал многие будущие ее направления. Будучи по профессии химиком, он внес экспериментальный подход в изучение микроорганизмов и выяснение их роли. Начав исследования с изучения природы брожений при «болезнях» вина, из-за к-рых франц. виноделие несло убытки, он установил (1857), что при каждой из форм бро-жения (маслянокислом, уксуснокислом, спиртовом и др.) причиной является специфический микроб. Т. о., была установлена причина брожения и специфичность микроорганизмов, что, в свою очередь, позволило решить и прикладную задачу предотвращения развития болезней вина и пива. (см. Пастеризация).

При изучении природы брожений Л. Пастер открыл явление анаэробиоза, сыгравшее впоследствии огромную роль при изучении процессов дыхания и энергетического обмена. В этот период Л. Пастер показал, что процессы гниения также вызываются специфическими микроорганизмами.

Уже эти открытия Л. Пастера способствовали развитию медицины. Англ. хирург Дж. Листер, основываясь на открытиях Л. Пастера в области брожения и гниения, в 1867 г. ввел в хирургию антисептику (см.), к-рая в дальнейшем была дополнена асептикой (см.). Введение этих методов в хирургию резко снизило осложнения и смертность при хирургических вмешательствах и способствовало прогрессу хирургии.

Изучение процессов брожений и специфичности их возбудителей явилось основой для выяснения роли микроорганизмов при инф. болезнях. Первые исследования были проведены с болезнью шелковичных червей (пебриной). Л. Пастер установил пути распространения пебрины и разработал методы предотвращения заболеваний. Применив экспериментальный метод, Л. Пастер установил роль микроорганизмов при сибирской язве и куриной холере, доказав тем самым их инф. природу.

Исследования Л. Пастера с возбудителем куриной холеры привели к новому открытию, положившему начало профилактике инф. болезней. В 1880 г. Л. Пастер открыл возможность аттенуации возбудителя (см. Аттенуация), что явилось основой для приготовления вакцин. Наибольшим достижением этого принципа явилось получение Л. Пастером в 1885 г. антирабической вакцины.

В развитии М. и становлении ее как науки большие заслуги принадлежат Р. Коху, к-рый разработал ряд методов в М. Он ввел применение плотных питательных сред (желатина и др.), что позволило разработать метод получения чистых культур (см. Бактериальная культура). Большие заслуги принадлежат Р. Коху в области изучения этиологии нек-рых инф. болезней (туберкулеза, холеры, сибирской язвы). Р. Кох для изучения морфологии бактерий ввел метод окраски бактериальных культур; различные методы окраски микроорганизмов, разработанные и усовершенствованные многими другими исследователями, напр, метод Грама, метод Нейссера, метод Циля - Нельсена и др., оставались до применения электронной микроскопии основой для изучения морфологии бактерий. Многие из них до сих пор не утратили своего практического значения.

Классические работы Л. Пастера и Р. Коха заложили основы разработки методов изучения бактерий, создали фундамент микробиол, эры в медицине. Предложенные ими и их учениками методы привели к бурному развитию М., к открытию возбудителей многих инф. болезней. За короткий период времени М. достигла больших успехов в открытии патогенных микроорганизмов, разработке методов микробиол, диагностики, специфической профилактики и терапии. Введение микробиол, методов исследования позволило выявлять источники инф. болезней, пути и способы их передачи, что создало основу для возникновения самостоятельной науки эпидемиологии (см.).

Мед. направление в М. в ранний период ее развития было основным. Наряду с изучением этиологии инф. болезней начинает развиваться учение о невосприимчивости (см. Иммунитет), к-рое впоследствии выделилось в самостоятельную науку - иммунологию. Научные основы иммунологии были заложены работами П. Эрлиха и И. И. Мечникова. В 1890 г. были открыты агглютинины, затем другие виды антител, что послужило основой для разработки и введения в практику серол, методов диагностики. Открытием в 1888 г. дифтерийного [Э. Ру и Йерсен (A. Yersin)], затем столбнячного токсинов (С. Китасато) были заложены основы учения об инфекции и патогенных свойствах бактерий. Вслед за открытием токсинов был установлен антитоксический характер иммунитета при дифтерии и столбняке (Э. Беринг и С. Китасато, 1890-е гг.), что привело к созданию серотерапии (см.) и серопрофилактики (см.).

В 1923 г. франц. ученый Г. Рамон открыл принцип обезвреживания токсинов и превращения их в анатоксины (см.), что дало возможность проведения активной иммунизации против токсигенных инфекций. Впоследствии большую исследовательскую работу по получению анатоксинов для производственных целей, изучению их эффективности провели советские микробиологи (П. Ф. Здродовский, К. Т. Халяпина, И. И. Рогозин, Г. В. Выгодчиков и др.).

В 1892 г. русский ботаник Д. И. Ивановский открыл новую группу микробов - вирусы, чем положил начало развитию вирусологии (см.). Открытием в 1875 г.

Ф.А. Лешем дизентерийной амебы, в 1880 г. франц. врачом А. Лавераном малярийного плазмодия и в 1898 г. П. Ф. Боровским возбудителя кожного лейшманиоза было положено начало новой науке протозоологии.

Ученица И. И. Мечникова П. В. Циклинская, первая русская женщина-микробиолог, своими исследованиями нормальной микрофлоры внесла оригинальное направление в медицинскую М., развитое впоследствии в науку гнотобиологию (см.).

Выдающийся ученый С. Н. Виноградский, один из основоположников М., открытием новой группы бактерий хемотрофов и явления хемосинтеза положил начало развитию сельскохозяйственной и общей М. Классическими работами С. Н. Виноградского обоснована огромная роль микроорганизмов в круговороте элементов в природе (азота, углерода, серы и др.).

В 40-х гг. началось интенсивное изучение генетики бактерий, и за короткий период были достигнуты большие успехи (см. Бактерии, генетика бактерий). Большое число исследований было посвящено изучению вирулентных и умеренных бактериофагов и явлению лизогении [М. Дельбрюк, А. Львов, Ф. Жакоб, Волльман (E. L. Wollman)]. Развитие генетики бактерий и бактериофагов способствовало возникновению молекулярной биологии.

История развития отечественной М. тесно связана с мед. практикой, наибольшие успехи были достигнуты в годы Советской власти. Сразу же после Великой Октябрьской социалистической революции основные направления в медицинской М. были посвящены разработке фундаментальных и прикладных исследований, связанных с профилактическим направлением советской медицины.

Большие успехи достигнуты советскими микробиологами при разработке и получении вакцин против чумы (Н. И. Жуков-Вережников, М. П. Покровская, Е. И. Коробкова), туляремии (Н. А. Гайский, Б. Я, Эльберт и др.), сибирской язвы (H. Н. Гинсбург), бруцеллеза (П. Ф. Здродовский, П. А. Вершилова). Большая работа была проведена по изучению безвредности и широкому введению в практическую работу вакцины БЦЖ (А. И. Тогунова, Б. Я. Эльберт и др.). Практическое здравоохранение получило большое количество вакцин для специфической профилактики многих болезней, диагностических препаратов, леч. и профилактических сывороток, антибиотиков.

Широко развитые исследования в области специфической профилактики сыграли большую роль в снижении инф. болезней и ликвидации нек-рых из них на территории Советского Союза.

Современное состояние микробиологии

В современной М. имеется большое число фундаментальных и прикладных проблем, важных как для биологии, так и для решения специальных задач науки, практики и народного хозяйства. В результате научно-технического прогресса и все большего проникновения в разные микробиол, специальности методов общей М., привлечения методов исследования других наук (генетики, молекулярной биологии, биохимии, биофизики и др.) в развитии современной М. произошел качественный рост.

Одним из основных направлений М., успехи в к-ром позволят решить многие прикладные проблемы, является биология и генетика разных систематических групп микроорганизмов. В этой области с 60-х гг. 20 в. достигнуты огромные успехи. Актуальными и важными для решения многих вопросов М. остаются исследования ультраструктуры микроорганизмов в сочетании с изучением функциональной активности структур и органелл клеток, а также исследования в области биохимии и физиологии микроорганизмов - конструктивного и энергетического обмена, роста и деления клеток и генетической регуляции этих процессов, биохимического и генетического механизмов биосинтеза и дифференцировки структурных компонентов микроорганизмов. Возросло значение изучения роста и развития микробной популяции и закономерностей их промышленного культивирования, изучения вторичного метаболизма, прикладной генетики микроорганизмов.

В последние годы широкое развитие получило изучение внехромосомных факторов наследственности (см. Плазмиды). С плазмидами как наиболее удобными объектами были осуществлены первые эксперименты по генной инженерии (см.). Изучение плазмид имеет ряд фундаментальных и прикладных аспектов исследования. К ним можно отнести изучение молекулярной организации плазмид, их генетики, роли в функциональной активности микроорганизмов, в частности в биосинтетической активности и вторичном метаболизме. Проблема происхождения плазмид и их эволюции имеет общебиол. значение. В мед. отношении наиболее важным является изучение плазмид множественной лекарственной резистентности, закономерностей их распространения среди бактерий при селективных и неселективных условиях, а также плазмид, определяющих патогенные свойства бактерий, антигены клетки.

В медицинской М. важными проблемами, к-рые не могут быть изучены без глубокого понимания биологии и генетики микроорганизмов, являются проблемы инфекции, патогенности и вирулентности. В решении этих вопросов М. достигла значительных успехов, однако важным направлением исследований остается изучение свойств патогенных микроорганизмов, придающих им патогенность, генетики, вирулентности, строения токсинов и механизмов их действия, этапов взаимодействия бактерий с чувствительными тканями и клетками; важной является проблема персистенции возбудителей и бактерионосительства.

Одной из основных проблем медицинской М. остается проблема получения новых профилактических и диагностических препаратов, в связи с чем важным является изучение антигенной структуры микроорганизмов, изучение антигенов, их хим. строения, локализации и генетического регулирования. Все эти вопросы хорошо изучены только у нек-рых видов патогенных и условно-патогенных микроорганизмов. Для получения новых профилактических препаратов, в частности живых вакцин, требуется изучение различных методов аттенуации (ослабление вирулентности), в т. ч. использование методов генной инженерии.

Наряду с этим отмечается тенденция все более широкого и более глубокого изучения и получения хим. и молекулярных вакцин. Современная М. достигла такого уровня, что эмпирический подход к конструированию вакцин и вакцинных штаммов сменился научно обоснованным, вытекающим из всего комплекса знаний о микробиологии и генетике патогенных микроорганизмов. Изучение иммуногенности микроорганизмов и их отдельных компонентов тесно связано с иммунохимией (см.) и иммунологией (см.).

Происходит дальнейшее изучение свойств патогенных и условно-патогенных микроорганизмов, изучение биол, и генетических закономерностей смены возбудителей при ряде инфекционных болезней, разработка новых методов идентификации микроорганизмов, в т. ч. ускоренных методов.

Важной является проблема нормальной микрофлоры человека (см.), ее роли в норме и патологии. В этой связи особое значение приобрела проблема условно-патогенных микроорганизмов, приобретения ими лекарственной резистентности и возникновения внутрибольничных инфекций.

Продолжают развиваться исследования в области бактериофагии (см. Бактериофаг). Значительно расширилась возможность использования фагов для идентификации бактерий. Продолжение исследований в этом направлении является важным и необходимым. Также важным для изучения многих фундаментальных вопросов биологии микроорганизмов и для решения ряда прикладных задач является продолжение исследований в области фаговой конверсии (см.). Не потеряла своей актуальности проблема использования фага для лечения, особенно на фоне возросшего числа антибиотикорезистентных бактерий, и для профилактики нек-рых инф. болезней.

Большой и важной проблемой современной М. является проблема систематики и номенклатуры микроорганизмов.

Научно-исследовательская работа в СССР в области М. проводится в НИИ и на кафедрах М. ун-тов, медицинских, ветеринарных, сельскохозяйственных и нек-рых других ин-тов.

Первые научные исследования в России проводились в Харьковском бактериологическом ин-те (основан в 1887 г.), Ин-те экспериментальной медицины в Петербурге (основан в 1890 г.), Московском бактериологическом ин-те (основан в 1895 г.), бактериол. ин-тах в Одессе, Томске, Казани и др. После Великой Октябрьской социалистической революции была создана мощная сеть научно-исследовательских, производственных и практических микробиол. учреждений. Наиболее крупными из них являются: Ин-т микробиологии АН СССР, Ин-т эпидемиологии и микробиологии им.

Н. Ф. Гамалеи АМН СССР, Ин-т биохимии и физиологии микроорганизмов АН СССР, Ин-т вакцин и сывороток им. И. И. Мечникова М3 СССР, Ин-т стандартизации и контроля медицинских биологических препаратов им. Л. А. Тарасевича, Центральный НИИ эпидемиологии М3 СССР, Ин-т вирусологии и микробиологии АН УССР, Белорусский ин-т эпидемиологии и микробиологии, Московский и Горьковский ин-ты эпидемиологии и микробиологии М3 РСФСР. Исследования по М. проводятся также в Ин-те инфекционных болезней М3 УССР, Ин-те экспериментальной медицины АМН СССР, ин-тах ВАСХНИЛ и др. Исследования по особо опасным инфекциям проводятся в противочумных ин-тах М3 СССР.

Первый ин-т по М. был организован в Париже в 1888 г. (Пастеровский ин-т) и назван в честь Л. Пастера; затем подобные ин-ты были созданы в Берлине, Лондоне и др. Исследования по М. проводятся в ун-тах, колледжах, мед. школах при ун-тах, а также в ин-тах и центрах, наиболее крупными из к-рых являются: Institut Pasteur (Париж); National Institute for Medical Research (Лондон); National Institute of Health (Токио); National Institute of Health (Бетесда, США); National Institute of Allergy and Infections Diseases (Бетесда, США); Carnegi Institution (Вашингтон, США); Center for Disease Control (Атланта, США); State Serum Institute (Хельсинки); Institute of Fundamental Research (Бомбей, Индия) н др.

В системе высшего мед. образования преподавание М. занимает видное место и проводится кафедрами М. на 2-3-м курсах, при этом преподается бактериология, вирусология, иммунология, основы микологии и протозоологии по программе, утвержденной М3 СССР. Преподавание разделяется на общую М. и частную медицинскую М. и состоит из лекционного курса и практических лаб. занятий. Специалистов по М. готовят в ин-тах усовершенствования врачей и в аспирантуре.

Результаты научных исследований по М. публикуются во многих журналах, основные из* них: «Доклады АН СССР» (СССР), «Микробиология» (СССР), «Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии» (СССР), «Бюллетень экспериментальной биологии и медицины» (СССР), «Антибиотики» (СССР), «Прикладная биохимия и микробиология» (СССР), «Journal of General Microbiology» (Великобритания), «Journal of Medical Microbiology» (Великобритания), «Acta pathologica et microbiologica Scandinavian, Seria B. Microbiology» (Дания), «Acta microbiologica» (Польша), «Journal of Bacteriology» (США), «International Journal of Systematic Bacteriology» (США), «Infection and Immunity» (США), «Journal of Infection Diseases» (США), «Microbiology» (ФРГ), «Infektion» (ФРГ), «Current topics in Microbiology and Immunology» (ФРГ), «Annales de Microbiologie» (Франция), «Журнал гигиены, эпидемиологии, микробиологии и иммунологии», «Folia microbiologica» (Чехословакия), «Journal of General and Applied Microbiology» (Япония), «Zentralblatt fur Bacteriologie, Parasitenkunde Infektionskrankheiten und Hygiene, Ab-teilung 2» (ГДР), «Canadian Journal of Microbiology» (Канада), «Antonie van Leeuwenhoek Journal of Microbiology and Serology» (Нидерланды).

В истории медицинской М. в СССР важная роль принадлежала съездам микробиологов, эпидемиологов и инфекционистов, на к-рых обсуждались актуальные вопросы микробиологии, эпидемиологии и инф. патологии.

В 1972 г. специалисты по инф. болезням выделились в самостоятельное об-во.

Санитарная микробиология изучает жизнедеятельность микроорганизмов в окружающей среде, их влияние на естественные процессы, протекающие в этой среде, а также возможность благоприятного или отрицательного их влияния на окружающую среду и здоровье человека.

Санитарная М. близка к медицинской и ветеринарной М., так как изучает те же объекты, однако отличается подходом к их изучению. Ведущими методами исследования санитарной М. является определение микробной обсемененности, санитарно-показательных и патогенных микроорганизмов в объектах окружающей среды.

Основными задачами санитарной М. являются: 1) разработка и совершенствование микробиол, и вирусол, методов исследований объектов окружающей среды - воды, воздуха, почвы, пищевых продуктов, предметов обихода и т. д.; 2) изучение источников загрязнения окружающей среды разнообразной микрофлорой, представляющей опасность для человека или вносящей заметные изменения в объекты окружающей среды; 3) изучение жизнедеятельности микрофлоры в окружающей среде, особенно в условиях ее хим. и биол, загрязнения; 4) разработка нормативов для гиг. оценки объектов окружающей среды, в т. ч. пищевых продуктов, по микробиол, показателям; 5) разработка мероприятий по оздоровлению объектов окружающей среды и контроль за эффективностью этих мероприятий, включая контроль за качеством водоснабжения, работой предприятий пищевой промышленности и общественного питания, эффективностью обеззараживания сточных вод, отбросов и т. д.

Санитарная М. относится к числу молодых наук. Ее развитие тесно связано с потребностями человеческого об-ва. Формирование санитарной М. происходило прежде всего в нашей стране начиная с 30-х гг. и тесно связано с именами А. А. Миллера, И. Е. Минкевича, Г. Н. Чистовича, Г. П. Калины и др., опубликовавших первые в мире учебные пособия и ряд крупных монографий по санитарной М.

Лаборатории санитарной М. созданы в составе ряда НИИ. Большой вклад в развитие санитарной М. вносят соответствующие лаборатории Ин-та общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сысина АМН СССР, Московского НИИ гигиены им. Ф. Ф. Эрисмана М3 РСФСР, Ин-та питания АМН СССР, Киевского НИИ общей и коммунальной гигиены им.

А. Н. Марзеева М3 УССР, Куйбышевского НИИ гигиены и профзаболеваний, Молдавского ин-та гигиены и эпидемиологии, кафедр микробиологии Ленинградского санитарно-гигиенического медицинского ин-та и ряда кафедр других мед. ин-тов.

Создана и активно функционирует сеть санитарно-микробиологических лабораторий при СЭС, осуществляющих контроль за выполнением рекомендаций и нормативов в области профилактической службы страны.

Отдельные аспекты вопросов, относящихся к сфере санитарной М., преподаются в составе ряда дисциплин, таких как микробиология, коммунальная гигиена и гигиена питания и др.

В 1963 г. по инициативе акад. АМН Г. И. Сидоренко была организована первая в СССР секция сан. микробиологов при Московском городском отделении Всесоюзного научного об-ва гигиенистов и санитарных врачей. В 1973 г. создана секция санитарной М. при Всесоюзной проблемной комиссии «Научные основы гигиены окружающей среды», а в 1979 г.- секция санитарной М. при Всесоюзной проблемной комиссии «Научные основы питания».

В СССР проведено 7 всесоюзных и ряд республиканских конференций по санитарной М. Статьи по вопросам, входящим в компетенцию санитарной микробиологии, регулярно публикуются в журналах «Гигиена и санитария», «Вопросы питания», «Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии» и ряде других периодических медицинских изданий.

Радиационная микробиология - раздел микробиологии, изучающий влияние ионизирующих излучений на микроорганизмы. Радиационная микробиология охватывает следующий круг вопросов: механизм действия ионизирующих излучений (см.) на микроорганизмы, морфол, и биохим, изменения микроорганизмов при облучении, генетические изменения (см. Радиационная генетика), радиочувствительность микроорганизмов, бактерицидные действия радиации (см. Бактерицидность), действие радиации на антигенные и иммуногенные свойства микроорганизмов, защиту микроорганизмов от воздействия ионизирующей радиации.

Бактерии были одним из первых объектов, на к-рых изучалось действие ионизирующих излучений на живой организм. В 1896 г. появилось первое сообщение о влиянии рентгеновского излучения на возбудителей брюшного тифа, а в 1901 г. был описан бактерицидный эффект рентгеновского излучения. С этого времени началось изучение действия ионизирующих излучений на микроорганизмы. Радиационная микробиология уделяет большое внимание вопросам чувствительности микроорганизмов к ионизирующим излучениям. Микроорганизмы отличаются низкой радиочувствительностью по сравнению с животными и растениями. Средние летальные дозы для микроорганизмов превышают таковые для животных на 1-3 порядка, а бактерицидный эффект для большинства бактерий достигается только при дозах порядка 1-2 мрад. Среди микроорганизмов наиболее чувствительны к ионизирующим излучениям бактерии, затем следуют грибки, споры бактерий, вирусы. Генотипические и другие биол, особенности микроорганизмов определяют различную чувствительность их к ионизирующим излучениям. Так, напр., радиочувствительность бактерий значительно варьирует внутри одного вида, штамма и популяции бактериальных клеток. Грамположительные бактерии менее чувствительны к излучению, чем грамотрицательные. Радиочувствительность спор бактерий варьирует в меньшей степени, чем радиочувствительность бактерий, не образующих спор. Бактерицидный эффект ионизирующего излучения при воздействии на споры проявляется при облучении в дозах 1,5-2,5 мрад. Однако среди неспорогенных видов обнаружены бактерии, значительно более устойчивые к облучению, чем споры, напр. Streptococcus t"aecium А 2 1. Высушенная культура этих бактерий полностью не убивалась в дозе 4,5 мрад [Кристенсен (Е. А. Christensen), 1973]. Примером высокой радиорезистентности могут служить бактерии рода Pseudomonas, выделенные из атомного реактора в лаборатории в Лос-Аламосе (США). Предполагают, что высокая радиорезистентность выделенных бактерий была либо следствием мутагенного действия радиации, либо радиация явилась фактором селекции наиболее радиорезистентных особей популяции [Торнли, Ингрем, Барнс (М. J. Thornley, М. Ingram, E. М. Barns), 1960].

Повышение радиорезистентности различных видов микроорганизмов может быть достигнуто при постоянном воздействии ионизирующего излучения в сравнительно небольших дозах, напр, у парамеций, выделенных из радиоактивных водоемов, или у бактерий, выделенных из источников радиоактивных минеральных вод, у высокочувствительных к радиации представителей сем. Enterobacteriaceae при многократном облучении в суббактерицидных дозах.

Бактериальная клетка неоднородна по своей радиочувствительности. Ядерный аппарат более чувствителен к ионизирующим излучениям, чем цитоплазма или клеточная оболочка, процессы фосфорилирования более чувствительны, чем весь процесс дыхания клетки и т. д. На радиочувствительность микроорганизмов влияют условия облучения, напр, мощность дозы излучения, температура во время облучения и после него, наличие радиопротекторов, облучение микроорганизмов во влажной среде или в высушенном виде, концентрация и фаза роста микроорганизмов, состав питательной среды и др.

Широкое развитие радиационной М. в СССР началось в 20-х гг. работами Г. А. Надсона и Г. С. Филиппова по действию ионизирующего излучения на грибки и бактерии (Г. А. Надсон, 1920, 1935; Г. А. Надсон, Г. С. Филиппов, 1925). В этот период было накоплено много фактов об изменениях, возникающих в клетке под влиянием ультрафиолетового и ионизирующего излучений. Наиболее важными были данные о мутагенном и бактерицидном действии излучений. Работы Г. А. Надсона и Г. С. Филиппова о мутагенном эффекте ионизирующих излучений положили начало учению о радиационной генетике микроорганизмов, к-рое вошло как часть в радиационную генетику и в общую генетику микроорганизмов.

Ионизирующие излучения в зависимости от дозы могут оказывать бактерицидное действие, мутагенный эффект и изменять свойства микроорганизмов. Изменения свойств могут быть стойкими и сохраняться в последующих поколениях (наследственные изменения) или исчезающими при культивировании облученных микроорганизмов.

Функциональные и морфологические изменения микроорганизмов, возникающие под влиянием УФ- и ионизирующих излучений, многообразны. Подавляется функция деления клеток, что при продолжающемся росте клеток приводит к образованию удлиненных нитевидных форм, а при облучении кокков - к образованию длинных цепочек. Изменяются размеры клеток и без подавления функции деления. Эти изменения приводят к замедлению роста колоний, изменению их формы и величины, образованию окрашенных колоний складчатой формы или слизистого типа. При действии на бактерии и амебы излучения вызывают дегенеративные изменения в ядре: его гипертрофию, вакуолизацию, разбухание, пикноз и фрагментоз ядер. Изменения ядерного аппарата в большинстве случаев приводят к гибели клетки. Если клетка продолжает существовать, то многие ее свойства существенно изменяются. Напр., изменяются тинкториальные свойства, приобретается способность к пигментообразовании), изменяется способность расщеплять углеводы, изменяется чувствительность к антибиотикам, антигенная структура клеток, что влияет на способность агглютинироваться специфическими антисыворотками. Под влиянием УФ- и ионизирующих излучений могут возникать мутационные и не связанные с мутациями изменения вирулентности микроорганизмов и их способности образовывать токсины. В обоих случаях изменения приводят к снижению вирулентности и способности к токсинообразованию.

Установлено, что изменения свойств и способности клетки противостоять большим дозам радиации - радиорезистентности - в значительной мере связаны с лучевыми повреждениями ДНК. Обнаружена способность бактериальной клетки репарировать лучевые повреждения ДНК, что является одним из основных факторов, определяющих радиорезистентность бактерий. Способность к репарации лучевых повреждений у бактерий связана с особенностями генетического аппарата клетки, и поэтому высокая радиорезистентность является признаком, закрепленным наследственно. Однако условия облучения и другие факторы могут существенно изменить степень биол, действия радиации на бактерии и повысить или снизить дозу излучения, необходимую для достижения бактерицидного эффекта.

Бактерицидный эффект ионизирующих излучений широко используется в СССР и за рубежом для стерилизации в медицине и медицинской промышленности (см. Стерилизация).

Становление радиационной М. как самостоятельного раздела М. связано с именами М. Н. Мейселя, В. Л. Троицкого, А. И. Алиханяна, В. Л. Корогодина, 3. Г. Першиной, А. Г. Скавронской и др. За рубежом эта область знаний обязана работам Игали (S. Igali) в ВНР, Д. Ли и Говард-Фландерс (P. Howard-Flanders) в США, Уиткин и Альпер (E. Witkin, Т. Alper) в Англии, Кристенсена (Е.А. Christensen) в Дании. Работы по радиационной М. получили развитие в Ин-те микробиологии и в Ин-те биофизики АН СССР, Ин-те атомной энергии им. И. В. Курчатова, в Ин-те эпидемиологии и микробиологии АМН СССР.

Работы по радиационной М. публикуются в журналах «Радиобиология», «Микробиология», «Биофизика», «Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии», «Radiationreserch», «J. Bakteriology», «Molecular General Geneticks» и др.

Программы международных конгрессов и съездов микробиологов, радиобиологов, генетиков включают материалы и по радиационной М. Об-ва микробиологов и биохимиков в СССР посвящают свои отдельные заседания вопросам радиационной М.

Библиография: Авакян А. А., Кац Л. Н. и Павлова И. Б. Атлас анатомии бактерий, патогенных для человека и животных, М., 1972, библиогр.; Б а г д а с а-рьян Г. А. и др. Основы санитарной вирусологии, М., 1977, библиогр.; Г а-з и e в А. И. Молекулярные механизмы репарации однонитевых разрывов ДНК, индуцируемых у-радиацией, в кн.: Биофизика сложных систем и радиационных нарушений, под ред. E. М. Франка, с. 150, М., 1977; Гершанович В. Н. Биохимические и генетические основы переноса углеводородов в бактериальную клетку, М., 1973, библиогр.; Калакуц-с к и й Л. В. и А г р e H. С. Развитие актиномицетов, М., 19 77, библиогр.; К о-р о т я e в А. И. Механизмы саморегуляции бактериальной клетки, М., 1973, библиогр.; К у д л а й Д. Г. Внехромо-сомные факторы наследственности бактерий и их значение в инфекционной патологии, М., 1977, библиогр.; Методы санитарно-микробиологического исследования объектов окружающей среды, под ред. Г. И. Сидоренко, М., 1978; Многотомное руководство по микробиологии, клинике и эпидемиологии инфекционных болезней, под ред. H. Н. Жукова-Вережникова, т. 1-10, М., 1962-1968; Молекулярная микробиология, пер. с англ., под ред. Б. Н. Ильяшенко, М., 1977; Молекулярные основы действия антибиотиков, пер. с англ., под ред. Г. Ф. Гаузе, М., 1975; Петровская В. Г. Проблема вирулентности бактерий, Л., 1967, библиогр.; Петровская В. Г. и Марко О. П. Микрофлора человека в норме и патологии, М., 1976; Пешков М. А. Сравнительная цитология синезеленых водорослей, бактерий, актиномицетов, М., 1966; ПяткинК. Д. и Криво-шеин Ю. С. Микробиология, М., 1980; Роуз Э. Химическая микробиология, пер. с англ., М., 1971; Санитарная микробиология, под ред. Г. П. Калины и Г. Н. Чистовича, М., 1969; T e ц В. И. Санитарная микробиология, Л., 1958, библиогр.; Туманян М. А. и Кау-шанский Д. А. Радиационная стерилизация, М., 1974; Шлегель Г. Общая микробиология, пер. с нем., М., 1972; Bergey’s manual of determinative bacteriology, ed. by R. E. Buchanan a. N. E. Gibbons, Baltimore, 1975; Microbiology - 1974, ed. by D. Schlessinger, Washington, 1974, bibliogr.; Microbiology - 1975, ed. by D. Schlessinger, Washington, 1975, bibliogr.; Schlegel H. G. Allgemeine Mikrobiologie, Stuttgart, 1976.

Периодические издания - Антибиотики, М., с 1956; Биология, Реферативный журнал, в. 2 - Вирусология, Микробиология, М., с 1954; Журнал гигиены, эпидемиологии, микробиологии и иммунологии, Прага, с 1957; Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунологии (1924-1929 - Журнал микробиологии, патологии и инфекционных болезней, 1930 -1934 - Журнал микробиологии и иммунобиологии), М., с 1935; Микробиология, М., 1932-1979; Acta patho-logica et microbiologica Scandinavica, K0benhavn, с 1924; Annales de Microbiolo-gie, P., с 1973 (Annales de l’lnstitut Pasteur, P., 1887 -1972); Annual Review of Microbiology, Palo Alto,с 1947; Archivfiir Mikrobiologie, В., с 1930; Journal of Bacteriology, Baltimore, с 1916; Journal of General Microbiology, L., с 1947; Microbiological Reviews, L., с 1978 (Bacteriological Reviews, Baltimore, 1937 - 1977); Zentralblatt fur Bakteriologie, Parasitenkunde, Infektions-krankheiten und Hygiene. I. Abt. Medi-zinisch-hygienische Virusforschung und Parasitologie, Originale, Jena, с. 1887.

В. С. Левашев; Ю. П. Пивоваров (сан. микр.), М. А. Туманян (рад. микр.).

Микробиология играет огромную роль в развитии человечества. Становление науки началось еще 5-6 веке до н. э. Уже тогда предполагали, что многие болезни вызваны невидимыми живыми существами. Краткая история развития микробиологии, которая описана в нашей статье, позволит выяснить, как образовалась наука.

Общая информация о микробиологии. Предмет и задачи

Микробиология - это наука, которая изучает жизнедеятельность и строение микроорганизмов. Микробы невозможно увидеть невооруженным глазом. Они могут иметь как растительное, так и животное происхождение. Микробиология - Для изучения мельчайших оорганизмов используются методы других предметов, таких как физика, химия, биология, цитология.

Существует общая и частная микробиология. Первая изучает строение и жизнедеятельность микроорганизмов на всех уровнях. Предмет изучения частной - отдельные представители микромира.

Достижения медицинской микробиологии в 19 веке способствовали развитию иммунологии, которая сегодня является общебиологической наукой. Становление микробиологии происходило в три этапа. На первом было установлено, что в природе существуют бактерии, которые нельзя увидеть невооруженным глазом. На втором этапе становления были дифференцированы виды, а на третьем началось изучение иммунитета и инфекционных заболеваний.

Задачи микробиологии - изучение свойств бактерий. Для исследований используют приборы для микроскопии. Благодаря этому можно увидеть форму, расположение и структуру бактерий. Нередко ученые подсаживают микроорганизмы здоровым животным. Это необходимо для воспроизведения инфекционных процессов.

Пастер Луи

Луи Пастер родился 27 декабря 1822 года на востоке Франции. В детстве он увлекался искусством. Со временем его начали привлекать естественные науки. Когда Луи Пастеру исполнился 21 год, он отправился в Париж для обучения в Высшей школе, после окончания которой должен был стать преподавателем естествознания.

В 1848 году Луи Пастер представил в Парижской академии наук результаты своей научной работы. Он доказал, что в винной кислоте есть два типа кристаллов, которые по-разному поляризуют свет. Это было блестящим началом его карьеры ученого.

Пастер Луи - это основатель микробиологии. Ученые до начала его деятельности предполагали, что дрожжи образуют химический процесс. Однако именно Пастер Луи, проведя ряд исследований, доказал, что образование алкоголя при брожении связано с процессом жизнедеятельности мельчайших организмов - дрожжей. Он выяснил, что существует два типа таких бактерий. Один вид создает алкоголь, а другой - так называемую молочную кислоту, которая портит спиртосодержащие напитки.

На этом ученый не остановился. Через некоторое время он выяснил, что при нагревании до 60 градусов по Цельсию нежелательные бактерии погибают. Он рекомендовал технику постепенного подогревания виноделам и поварам. Однако первое время они относились к такому методу отрицательно, считая, что это испортит качество продукции. Со временем они поняли, что такой способ действительно положительно сказывается на процессе изготовления алкоголя. Сегодня метод Пастера Луи известен как пастеризация. Он используется при сохранении не только спиртосодержащих напитков, но и других продуктов.

Ученый нередко задумывался об образовании плесени на продуктах. После ряда исследований, он понял, что пища портится только в том случае, если она на протяжении длительного периода времени контактирует с воздухом. Однако если воздух нагреть до 60 градусов по Цельсию, процесс гниения останавливается на некоторое время. Не портятся продукты и высоко в Альпах, где воздух разреженный. Ученый доказал, что плесень образуется из-за спор, которые находятся в окружающей среде. Чем меньше их в воздухе, тем медленнее портится пища.

Популярность ученого росла. В 1867 году Наполеон III распорядился предоставить Пастеру хорошо оснащенную лабораторию. Именно там ученый создал прививку от бешенства, благодаря которой он стал известен по всей Европе. Умер Пастер 28 сентября 1895 года. Основателя микробиологии похоронили со всеми государственными почестями.

Кох Роберт

Вклад ученых в микробиологию позволил сделать массу открытий в медицине. Благодаря этому человечество знает, как избавиться от многих опасных для здоровья заболеваний. Считается, что Кох Роберт - это современник Пастера. Ученый родился в декабре 1843 года. С детства он интересовался природой. В 1866 году он окончил обучение в университете и получил медицинский диплом. После этого работал в нескольких больницах.

Роберт Кох начал деятельность бактериолога. Он сосредоточился на изучении сибирской язвы. Кох изучал под микроскопом кровь больных животных. Ученый нашел в ней массу микроорганизмов, которые отсутствуют у здоровых представителей фауны. Роберт Кох решил привить их мышам. Подопытные погибли спустя сутки, а в их крови присутствовали такие же микроорганизмы. Ученый выяснил, что сибирскую язву вызывают которые имеют форму палочки.

После успешных исследований Роберт Кох начал задумываться об изучении туберкулеза. Это неслучайно, ведь в Германии (место рождения и проживания ученого) от данного заболевания погибал каждый седьмой житель. В то время врачи еще не знали, как бороться с туберкулезом. Они считали, что это наследственное заболевание.

Для своих первых исследований Кох использовал труп молодого рабочего, который погиб от чахотки. Он исследовал все внутренние органы и не обнаружил никаких болезнетворных бактерий. Затем ученый решил окрашивать препараты и рассматривать их на стекле. Однажды, рассматривая под микроскопом такой препарат, окрашенный в синий цвет, Кох заметил между тканями легких маленькие палочки. Он привил их морской свинке. Животное погибло спустя несколько недель. В 1882 году Роберт Кох рассказал на заседании Общества врачей о результатах своего исследования. Позже он попытался создать вакцину от туберкулеза, которая, к сожалению, не помогла, но применяется до сих пор при диагностировании заболевания.

Краткая история развития микробиологии в то время вызывала интерес у многих. Вакцина от туберкулеза была создана только спустя несколько лет после смерти Коха. Однако это не уменьшает его заслуги в исследовании данного заболевания. В 1905 году ученый был удостоен Нобелевской премии. Бактерии туберкулеза получили название в честь исследователя - палочка Коха. Умер ученый в 1910 году.

Виноградский Сергей Николаевич

Сергей Николаевич Виноградский - это известный бактериолог, который сделал огромный вклад в развитие микробиологии. Родился он в 1856 году в Киеве. Его отец был состоятельным юристом. Сергей Николаевич после окончания местной гимназии получил образование в Консерватории Санкт-Петербурга. В 1877 году он поступил на второй курс естественного факультета. Окончив его в 1881 году, ученый посвятил себя изучению микробиологии. В 1885 году он поехал для обучения в Страсбург.

Сегодня Сергей Николаевич Виноградский считается основателем экологии микроорганизмов. Он изучал грунтовое микробное сообщество и разделил все микроорганизмы, живущие в нем, на автохтонных и аллохтонных. В 1896 году Виноградский сформулировал представление о жизни на Земле как о системе взаимосвязанных биогеохимических циклов, которые катализируют живые существа. Его последняя научная работа была посвящена систематике бактерий. Умер ученый в 1953 году.

Возникновение микробиологии

Краткая история развития микробиологии, описанная в нашей статье, позволит выяснить, как человечество начало борьбу с опасными заболеваниями. С процессами жизнедеятельности бактерий человек сталкивался задолго до их открытия. Люди сквашивали молоко, использовали брожение теста и вина. В трудах врача из Древней Греции были названы предположения о связи опасных заболеваний и особых болезнетворных испарений.

Подтверждение было получено Антони ван Левенгуком. Стачивая стекла, он смог создать линзы, которые увеличивали исследуемый предмет более чем в 100 раз. Благодаря этому он смог рассмотреть все окружающие его объекты.

Он выяснил, что на них проживают мельчайшие организмы. Полная и краткая история развития микробиологии началась именно с результатов исследований Левенгука. Он не смог доказать предположения о причинах заразных заболеваний, но практическая деятельность врачей со времен древности подтверждала их. Законы индусов предусматривали профилактические мероприятия. Известно, что специальной обработке поддавались вещи и жилища больных людей.

В 1771 году военный врач Москвы впервые производит дезинфекцию вещей больных чумой и делает прививки людям, которые контактировали с переносчиками заболевания. Темы по микробиологии разнообразны. Наиболее интересной считается та, которая описывает создание прививки от оспы. Она с давних времен использовалась персами, турками и китайцами. Ослабленные бактерии вводились в тело человека, потому что считалось, что так болезнь протекает легче.

(английский врач) заметил, что большинство людей, которые не болели оспой, не заражаются при близком контакте с переносчиками заболевания. Наиболее часто это наблюдалось у доярок, которые заражались при доении коров больных коровьей оспой. Исследования врача длились 10 лет. В 1796 году Дженнер ввел кровь больной коровы здоровому мальчику. Спустя некоторое время он попытался привить ему бактерии заболевшего человека. Так была создана прививка, благодаря которой человечество избавилось от заболевания.

Вклад отечественных ученых

Открытия в микробиологии, сделанные учеными со всего мира, позволяет понять, как справиться почти с любым заболеванием. Немалый вклад в развитие науки внесли отечественные исследователи. В 1698 году Петр I познакомился с Левенгуком. Тот продемонстрировал ему микроскоп и показал ряд предметов в увеличенном виде.

Во время образования микробиологии как науки Лев Семенович Ценковский опубликовал свою работу, в которой он отнес микроорганизмы к растительным организмам. Он также использовал метод Пастера для угнетения сибирской язвы.

Немалую роль в микробиологии сыграл Илья Ильич Мечников. Он считается одним из основоположников науки о бактериях. Ученый создал теорию иммунитета. Он доказал, что многие клетки организма могут угнетать вирусные бактерии. Его исследования стали основой для изучения воспаления.

Микробиология, вирусология и иммунология, а также сама медицина в то время вызывали огромный интерес почти у каждого. Мечников исследовал человеческий организм и пытался понять, почему он стареет. Ученый желал найти способ, который позволил бы продлить жизнь. Он считал, что ядовитые вещества, которые образуются из-за жизнедеятельности гнилостных бактерий, отравляют человеческий организм. По мнению Мечникова, необходимо заселить тело молочнокислыми микроорганизмами, которые угнетают гнилостных. Ученый считал, что таким образом можно существенно продлить жизнь.

Мечников изучал множество опасных заболеваний, таких как тиф, туберкулез, холера и другие. В 1886 году он создал бактериологическую станцию и школу микробиологов в Одессе (Украина).

Микробиология техническая

Техническая микробиология изучает бактерии, которые используют при создании витаминов, некоторых препаратов и заготовке продуктов. Основной задачей данной науки является интенсификация технологических процессов на производстве (чаще пищевом).

Освоение технической микробиологии ориентирует специалиста на необходимость тщательного соблюдения всех санитарных норм на производстве. Изучив данную науку, можно предупредить порчу продукта. Предмет чаще всего изучают будущие специалисты пищевой промышленности.

Дмитрий Иосифович Ивановский

Основой для создания множества других наук стала микробиология. История науки началась еще задолго до ее общественного признания. Вирусология была образована в 19 веке. Данная наука изучает не все бактерии, а лишь те, которые являются вирусными. Ее основоположником считается Дмитрий Иосифович Ивановский. В 1887 году он начал исследовать заболевания табака. Он обнаружил в клетках больного растения кристаллические вкрапления. Таким образом, он открыл возбудителей заболеваний небактериальной и непротозойной природы, которые в дальнейшем были названы вирусами.

Результаты своих исследований о больных растениях Ивановский представил на заседании Общества естествоиспытателей. Дмитрий Иосифович также активно изучал почвенную микробиологию.

Учебная литература

Микробиология - это наука, которую невозможно изучить за несколько дней. Она играет важную роль в развитии медицины. Книги по микробиологии позволяют самостоятельно изучить данную науку. В нашей статье вы можете ознакомиться с наиболее популярными.

• (2011) - это книга, которая описывает жизнедеятельность бактерий, которые проживают при высоких температурах. Они существуют на большой глубине, где тепло поступает от магмы. В книге собраны статьи различных ученых со всех уголков Российской Федерации.
• "Три жизни великого микробиолога. Документальная повесть о Сергее Николаевиче Виноградском" - это книга о величайшем ученом, автор которой Георгий Александрович Заварзин. Написана она по дневникам Виноградского. Ученым было заложено несколько крупных направлений в микробиологии (микробная, почвенная, хемосинтез). Книга будет необычайно полезна будущим врачам и просто любознательным людям.
• "Общая микробиология", написанная Гансом Шлегелем - это издание, которое позволит познакомиться с удивительным миром бактерий. Стоит отметить, что Ганс Шлегель - известный во всем мире немецкий микробиолог, который еще жив. Издание множество раз обновлялось и дополнялось. Считается, что это одна из лучших книг по микробиологии. Она кратко описывает строение, а также процесс жизнедеятельности и размножения бактерий. Книга легко читается. В ней нет лишней информации.
• "Микробы хорошие и плохие. Наше здоровье и выживание в мире" - это современная книга, написанная Джессикой Сакс и изданная в прошлом году. После улучшения санитарных условий и возникновения антибиотиков продолжительность жизни у людей существенно возросла. Книга посвящена проблеме возникновения иммунных заболеваний, которая связана с чрезмерной заботой об улучшении санитарных условий.
• "Смотри, что у тебя внутри" - это книга Роба Найта. Она была издана в прошлом году. В книге рассказывается о микробах, которые проживают в разных уголках нашего тела. Автор утверждает, что микроорганизмы играют более важную роль, чем мы думали ранее.

Основа новейших технологий

Микробиология - это основа новейших технологий. Мир бактерий изучен еще не до конца. Многие ученые не сомневаются в том, что благодаря микроорганизмам можно создавать не имеющие аналогов технологии. Биотехнология будет служить для них основой.

При разработке месторождения угля и нефти используются микроорганизмы. Не секрет, что ископаемое топливо уже заканчивается, несмотря на то, что человечество использует его на протяжении около 200 лет. В случае его исчерпания ученые рекомендуют использовать микробиологические способы получения спиртов из возобновляемых источников сырья.

Биотехнология позволяет справиться как с экологическими, так и с энергетическими проблемами. Удивительно, но микробиологическая переработка отходов органического типа позволяет не только очистить окружающую среду, но и получить биогаз, который ничуть не уступает природному. Такой метод получения топлива не требует лишних затрат. Уже сегодня в окружающей среде присутствует достаточное количество материала для переработки. Например, только в США его около 1,5 млн тонн. Однако на данный момент не продуман метод утилизации отходов от переработки.

Подводим итоги

Микробиология занимает важное место в жизни человечества. Благодаря данной науке врачи научись справляться с опасными для жизни заболеваниями. Микробиология стала также основой для создания вакцин. Известно немало величайших ученых, которые внесли вклад в данную науку. С некоторыми из них вы познакомились в нашей статье. Многие ученые, живущие в наше время, считают, что в будущем именно микробиология позволит справиться со многими экологическими и энергетическими проблемами, которые могут возникнуть уже в ближайшее время.

Viva animalika – маленькие зверушки.

В середине 19 века Геккель изучая более внимательно строение бактериальных клеток обнаружил, что оно отличаться от строения клеток растений и животных. Он назвал эту группу прокариоты (клетки не имеющие настоящего ядра), а остальные растения, животные и грибы которые в клетке имеют ядро отошли в группу эукариоты.

Начинается II период развития микробиологии пастеровский или физиологический.

Работы Пастера. (1822-1895)

Пастер поставил развитие микробиологии на новый путь. По воззрениям того времени брожение считалось чисто химическим процессом

Пастер в своих работах показал, что каждый вид брожения вызывается свими специфическими возбудителями – микроорганизмами.

Изучая масляно-кислое брожение Пастер установил, что для бактерий вызывающих это брожение воздух вреден и открыл новый тип жизни анаэробиоз.

Пастер доказал невозможность самозарождения жизни.

Пастер изучал инфекционные заболевания (сибирскую язву) и предложил метод предохранительных прививок как способ борьбы с инфекциями. Пастер сделал первый шаг и зарождению новой науки – иммунология. В 1888г. В Париже на средства собранные по подписке был построен институт микробиологии.

Пастеризация.

Роберт Кох (1843-1910)

Окончательно доказал, что заразные болезни вызываются болезнетворными бактериями. Указал приемы борьбы с распространением инфекционных заболеваний – ДЕЗИНФЕКЦИЯ.

Ввел в практику микробиологических исследованный использование твердых патотельных сред для получения чистых культур.

Открыл возбудителей сибирской язвы (1877г.), туберкулеза (1882г.), холеры(1883г.).

Русская микробиология.

^ Н. Н. Мечников (1845-1916)

Продолжил работы Пастера по предохранительным прививкам и обнаружил, что в ответ на введения в кровь ослабленного возбудителя болезни в крови появляется большое количество особых иммунных тел –фагоцитов, и т.о. обосновал теорию иммунитета.

В 1909г. Получил за эту теорию Нобелевскую премию.

^ С. Н. Виноградский (1856-1953)

Следовал серобактерии, железобактерии, нитрифицирующие бактерии. Изучал почвенные бактерии. Открыл явление азотофикации. Открыл процесс хемосинтеза.

Хемосинтез исп. химических связей внутри молекул, как источник энергии для настроения новых молекул.

^ В. Л. Омелонский (1867-1928)

Написал первый учебник по микробиологии.

Методы микробиологических исследований.

Бактериоскопический –это изучение внешней формы микроорганизмов с помощью увеличительных приборов.

Бактериологический – это метод выращивания бактерий искусственных питательных средах. С помощью этого метода изучаеться форма бактериальных колоний, период роста, и др. характеристики роста бактериальных культур.

Общебиологические :

Методы молекулярной биологии,

Цитохимии

Генетики

Биофизики

Химический состав и строение бактериальной клетки.

Поверхностные клеточные структуры и внеклеточные образования: 1- клеточная стенка; 2-капсула; 3-слизистые выделения; 4-чехол; 5-жгутики; 6-ворсинки.

Цитоплазматические клеточные структуры: 7-ЦМП; 8-нуклеотид; 9-рибосомы; 10-цитоплазма; 11-хроматофоры; 12-хлоросомы; 13-пластинчатые тилакоиды; 16-мезасома; 17-аэросомы (газовые вакуоли) ; 18-ламелярные структуры;

Запасные вещества: 19-полисахарные гранулы; 20-гранулы поли-β-оксимасляной кислоты; 21-гранулы полифосфата; 22-цианофициновые гранулы; 23-карбоксисомы (полиэдральные тела); 24-вкючения серы; 25-жировые капли; 26-углеводородные гранулы.

Ультраструктура бактериальной клетки.

Разные методы исследования позволили выявить различия внутренней и внешней структуры у бактерий.

Поверхностная структура это:

Ворсинки

Клеточная стенка

Внутренние структуры:

Цитоплазматическая мембрана (ЦПМ)

Нуклеоид

Рибосомы

Мезосомы

Включения

Функции органеллы.

^ Клеточная стенка – обязательная структура для прокариотов за исключением микоплазмы и L-формы. На долю клеточной стенки приходится от 5 до 50% сухого вещества клетки.

Клеточная стенка имеет поры и пронизана сетью каналов и разрывов.

Функции

Поддержание постоянной внешней формы бактерий.

Механическая защита клетки

Дают возможности существовать в гипотонических растворах.

^ Слизистая капсула (слизистый чехол)

Капсула и слизистый чехол покрывают клетку снаружи. Капсулой называется слизистое образование покрывающее клеточную стенку, имеющее четко очерченную поверхность.

Различают:

Микрокапсулу (меньше 0,2 мкм)

Микрокапсулу (больше 0,2 мкм)

Наличие капсулы зависит от вида микроорганизмов и условий культивирования.

Различают капсульные колонии:

S-типа (гладкие, ровные, блестящие)

R-типа (шероховатые)

Функции:

Защищает клетку от механических повреждений

Защищает от высыхания

Создает дополнительный осмотический барьер

Служит препятствием для проникновения вирусом

Является источником запасных питательных веществ

Может быть приспособлением к окружающей среде

Под слизистым чехлом понимают аморфное бесструктурное слизистое вещество окружающее клеточную стенку и легко отделяющееся от неё.

Иногда ослизнение происходит у нескольких клеток так, что образуется общий чехол (зоология)

Функции:

Те же, что у капсулы.

Ворсинки представляют собой тонкие полые образования белковой природы (длина от 0,3-10 мкм, толщина 10 нм). Ворсинки подобно жгутикам являеться поверхностными придатками бактериальной клетки, но не выполняют локомоторную реакцию.

Жгутики

Функция

Локомоторная

ЦПМ – обязательный структурный элемент клетки. На долю ЦПМ приходиться 8-15% сухого вещества клетки из них 50-70% - белки 15-30% - липиды. Толщина ЦПМ 70-100Å (10⁻¹⁰).

Функции:

Перенос веществ – через мембраны,

Активный (против градиента концентрации, осуществляется белками – ферментами с затратой энергии)

Пассивный (по градиенту концентрации)

Локализуется большинство ферментативных систем клетки

Имеет специальные участки для прикрепления ДНК прекариотной клетки и именно рост мембраны обеспечивает разделение геномов при делении клетки.

Нуклеоид . Вопрос о наличии ядра у бактерий в течении десятилетий носил дискуссионный характер.

При помощи электронной микроскопии ультратонких срезов бактериальных клеток, усовершенствованных цитохимических методах, радиографических и генетических исследований доказано наличие у бактерий нуклеодида – эквивалента ядра в клетке эукариотов.

Нуклеоид :

Не имеет мембраны,

Не содержит хромасом

Не делиться митозом.

Один нуклеоид представляет собой макромолекулу ДНК с молекулярным весом 2-3*10⁹, размером 25-30 Å.

В развернутом состоянии это замкнутая кольцевая структура длинной примерно 1мнм.

В молекуле ДНК нуклеоида закодирована вся генетическая информация клетки и т.о. она является своеобразной кольцевой хромасомой.

Количество нуклеоидов в клетке – 1, реже от 1 до 8.

Рибосомы – это нуклеоидные частицы размером в 200-300Å. Ответственны за синтез белка. Находятся в цитоплазме прокариотов в количестве 5-50 тысяч.

Хроматофоры – это складки цитоплазматической мембраны в виде капель, которые содержат окислительно-восстановительные ферменты. У фотосинтетиков – ферменты осуществляют синтез веществ за счет энергии солнца, у хемосинтетиков- за счет разрушенных химических связей молекулы.

Тилокоиды так же содержат набор окислительно-восстановительных ферментов. Они есть и у фотосинтеиков и у хемосинтетиков. Очевидно прообраз митохондрий.

Пластинчатые

Трубчатые

^ Функции

Окисление веществ.

Аэросомы - структуры, которые содержат какой-либо газ.

Внутрицитоплазмотические включения

В процессе жизнедеятельности бактериологической клетки в её цитоплазме могут формироваться морфологические образования, выявляемые цитохимическими методами. Эти образования названные включениями по своей химической природе различны и не одинаковы у разных бактерий. В одних случаях включения являются продуктами обмена бактериальной клетки, а в других запасным питательным питательным веществом.

Химический состав клеток прокариотов.

В состав любой клетки прокариотов входят:

2 типа нуклеиновых кислот (ДНК и РНК)

Углеводы

Минеральные вещества

Вода

В количественном отношении самый значительный компонент клеток микроорганизмов, количество её составляет 75-85%. Количество воды зависит от вида микроорганизмов, условий роста, физиологического состояния клетки.

Вода в клетках бывает в 3-х состояниях:

Свободном

Связанном

Связанном с боиполимерами

Роль воды. Универсальный растворитель- необходимый для растворения многих химических растворений и осуществления реакций промежуточного метаболизма (гидролиз).

^ Минеральные вещества

Биогены (углерод(50%), водород,кислород,азот(14%),фосфор(1%),сера)

Макроэлементы (0,01-3% от сухой массы клетки) K, Na, Mg, Ca, Cl, Fe.

Микроэлементы (0,001-0,01% от сухой массы клетки) Mg, Zn, Mo, B, Cr, Co, Cu, и др.

Ультрамикроэлементы (<0,001%) вся остальная таблица Менделеева.

Соотношение отдельных химических элементов может колебаться в значительных пределах, в зависимости от систематического положения микроорганизмов, условий роста и ряда других причин.

Количество минеральных веществ составляет 2-14% от сухой массы клетки, после биогенов.

^ Роль минеральных веществ :

Являются активаторами и ингибиторами ферментативных систем.

Биополимеры.

Основные химические элементы входят в состав биополимеров присущих всем живым организмам:

Нуклеиновых кислот

Углеводов (полисахаридов)

Характерным только для клеток – прокариот являются биополимер составляющий основу их клеточной стенки (по химическому составу это гликопептид или пептидогликан).

^ Нуклиновые кислоты .

В клетках в среднем содержится 10% РНК и 3-4% ДНК.

Белки.

Важнейшее значение в структуре и функции клеток принадлежит белкам, на долю которых приходиться 50-75% от сухой массы клетки.

Значит долю белков микроорганизмов составляют ферменты играющие существенную роль в проявлении жизнедеятельности прокариот. К биологически активным белкам принадлежат белки участвующие в транспорте питательных веществ а также многие токсины.

Часть белков составляют белки выполняющие структурную функцию – белки ЦПМ, клеточной стенки и др. органелл клетки.

Лепиды

В состав лепитов прокариот входят жирные кислоты, нейтральные жиры, фосфолепиды, гликолепиды, воска, лепиды содержащие изопреновые единицы (каротеноиды, бактопренол).

Микоплазмы в отличие от всех других прокариот содержат холестерин. Большая часть лепидов входит в состав мембраны клетки и клеточной стенки.

Углеводы

Из них состоят многие структурные компоненты клетки. Они используются в качестве доступных источников энергии и углерода. В клетках содержаться как моносахариды, так и полисахариды.

Морфология бактерий.

По внешнему виду бактерии делятся на 3 группы:

Кокковидной формы

Палочковидной формы

Извитые (или спиралевидные)

^ Шаровидные бактерии – (кокки).

Могут быть самостоятельными клетками – монококки °₀° или связанными попарно – диплококки или связанными в цепочку – стрептококки или в пакете – сарцины

или в виде виноградной кисти – стафилококки

Бактерии шаровидной формы называемые кокками имеют правильную сферическую форму или форму неправильного шара.

Средний диаметр кокков – 0,5-1,5 мкм, у пневмококков например –

По признаку расположения клеток по отношению друг к другу кокки делят на:

Монококки

Диплококки

Стрептококки

Стафилококки

^ Палочковидные бактерии (цилиндрические)

Различаются по форме величине в длину и в поперечнике, в форме концов клетки а так же взаимному расположению.

Размеры в поперечнике 0,5-1 мкм, длинна 2-3мкм.

Большинство палочковидных бактерий имеют форму прямого цилиндра. Некоторые бактерии могут иметь либо прямую либо слегка изогнутую форму.

Изогнутая форма встречается у вибрионов к которым относится возбудитель холеры.

У отдельных бактерий встречаются нитевидные и ветвящиеся формы.

Палочковидные микроорганизмы могут образовывать споры.

Спорообразующие формы называются бациллы.

Неспорообразующие называються бактериями.

Булавовидные.

Клострициальные.

В зависимости от взаимного расположения делят:

Монобациллы

Диплобациллы

Стептобациллы

^ Спиралевидные бактерии

Бактерии имеющие изгибы, равные одному или нескольким оборотам спирали.

В зависимости от количества витков делят на группы:

Вибрионы

Спироллы 4-6 витков

Спирохеты 6-15 витков

Чаще всего это болезнетворные микроорганизмы.

Существуют еще редко встречающиеся бактерии.

Шаровидная, палочковидная и спиралевидная форм бактерий самые распространенные, но встречатся и другие формы:

Имеют вид кольца (замкнутого или разомкнутого в зависимости от стадии роста). Такие клетки предложено называть тороидами.

У некоторых бактерий описано образование клеточных выростов, число которых может колебаться от 1 до 8и более.

Существуют так же бактерии напоминающие по виду правильную шестиугольную звезду.

Для некоторых групп прокариотов характерно ветвление.

В 1980 году английский микробиолог Уолсби сообщил что микроорганизмы могут быть квадратными.

Форма бактерий наследственно закреплена (за исключением мипопиазм и L- форм), и по этому является одним из критериев при определении микроорганизмов.

Движение бактерий.

Способность активно передвигаться присуща многим бактериям. Существуют 2 типа подвижных бактерий:

Скользящие

Плавающее

Скольжение. Микроорганизмы передвигаются по твердому и полу твердому субстрату (почва, ил, камни). В результате волнообразных сокращений вызывающих

периферическое изменение формы тела. Образуется некоторое подобие бегущей волны: выпуклости клеточной стенки, которая перемещаясь в одном направлении способствует движению в противоположную сторону.

Плавание. Палочковидные бактерии относятся к плавающим формам, а так же большинство спирилл и некоторые кокки.

Все эти бактерии передвигаются с помощью особых поверхностных нитевидных образований, называемых жгутиками. Различают несколько типов жгутикования в зависимости от того как они расположены на поверхности и сколько их:

Монотрих

Биполярный монотрих или амфитрих

Лофотрих

Амфитрих или биполярный лофотриф

Перетрих

Толщина жгутиков 0,01-0,03 мкм. Длинна меняется у одной и той же клетки в зависимости от условий окружающей среды от 3-12 мкм.

Число жгутиков различно у разных видов бактерий, у некоторых перитрихов она достигает 100.

Жгутики не являются жизненно важными органами.

Жгутики как бы присутствуют на определенных стадиях развития клетки.

Скорость передвижения бактерий при помощи жгутиков различается у разных видов. Большинство бактерий проходит за секунду расстояние равное длине своего тела. Некоторые бактерии при благоприятных условиях могут проходить расстояния превышающие 50 длин тела.

В перемещениях бактерий есть определенный смысл, они стремятся в сторону наиболее благоприятных условий существования. Они называются таисисами.

Таксисы могут быть хема, фото, аэро,

Если в сторону благоприятных факторов то это положительно таксис , если от факторов, то отрицательно таксис.

Споры и спорообразование.

Многие бактерии способны образовывать структуры помогающие им переживать в течение длительного времени не благоприятные условия и переходить в активное состояние при попадание в подходящие для этого условия. Эти формы называются цистами эндоспорами.

Микроцисты:

При их образовании происходит утолщение стенки вегетативной клетки, в результате чего формируются оптически плотные, яркопреломляющие свет, окруженные слизью, укороченные палочки или сферические формы.

Они функционально аналогичны бактериальным эндоспорам:

Более устойчивы к изменению температур

Высушиванию

Различным физическим воздействиям, чем вегетативная клетка.

Эндоспоры:

Образуются эндоспоры у следующих бактерий:

Desulfotomaculum

Формирование споры начинается с того что в зоне локализации нитей ДНК происходит уплотнение цитоплазмы, которая вместе с генетическим материалом обособляется от остального клеточного содержимого с помощью перегородки. Образуются плотные мембранные слои между которыми начинается формирование кортикального слоя (кортекс).

Спора- это покоящаяся стадия спорообразующих видов бактерий.

Бактерии образуют споры, когда создаются такие условия в окружающей среде которые индуцируют процесс спорообразования.

Считается что споры не обязательная стадия цикла развития споро образующих бактерий.

Можно создать условия в которых рост и размножение бактериальных клеток происходит без спорообразования в течении многих поколений.

Факторы и индуцирующие споро образование:

Недостаток питательных веществ в среде

Изменение pH

Изменение температуры

Накопление выше определенного уровня продуктов клеточного метаболизма.

Принципы систематики микроорганизмов.

Понятие вид, штамм, клон.

Основная таксономическая единица –вид который следует рассматривать как конкретную форму существования органического мира.

В микробиологии понятие вид можно определить как совокупность микроорганизмов имеющих единое происхождение и генотип, сходных по своим биологическим признакам и обладающих наследственно закрепленной способностью вызывать в стандартных условиях качественно-определенные процессы.

Сравнительно однородные виды бактерий определяют в роды → семейства → порядки → классы.

Важным критерием определения понятия вид является однородность особей.

Для микроорганизмов строгая однородность признаков не является характерными, поскольку их морфологические свойства могут изменяться в зависимости от условий окружающей с среды в течение короткого времени.

Название микроорганизма состоит из двух слов: первое слово означает род (оно пишется с большой буквы и является производной от какого либо термина характеризующего признак, или от фамилии автора открывшего или изучившего этот микроорганизм), второе слово обозначает конкретный вид (пишется с маленькой буквы и является производным существительного определяющего источник происхождения микроба, либо название вызываемого им заболевания, либо фамилия автора). Bacillus anthracis.

В микробиологии широко применяются термины штамм и клон.

Штамм более узкое понятие чем вид.

Штаммами называются различные микробные культуры одного вида, выделенные из различных источников или из одного источника, но в разное время.

Штаммы одного вида могут быть совершенно идентичными или различаться по отдельным признакам (например по устойчивости к какому – либо антибиотику, ферментации какого-либо сахара и т.д.).

Однако свойства различных штаммов не выходят за пределы вида.

Термином клон обозначают культуру микроорганизмов полученную из одной клетки.

Популяции микробов состоящие из особей одного вида называются чистой культурой.

Понятие о статических и проточных микробных культурах.
Хемостат

Турбиностат – определение мертвых микроорганизмов по мутности.

Таких емкостях выращивается проточная микробная культура.

Для выращивания проточной микробной культуры, выращенной в условиях постоянной подпитки и удаления продуктов метаболизма и мертвых микробных клеток.

Статичная микробная культура – это популяция бактерий находящихся в ограниченном жизненном пространстве, которое не обменивается ни веществом ни энергией с окружающей средой.

Закономерности роста и развития микроорганизмов.

Изменение и обновление организма в процессе его обмена с окружающей средой называется развитием. Развитие организма имеет 2 следствия:

Размножение.

Под ростом подразумевается увеличение размеров организма или его живого веса.

Под размножением подразумевается увеличение количества организмов.

Скорости роста микробной популяции:
Абсолютная скорость.
Относительная скорость по биомассе.

Понятие генерации:

Фазы развития стационарной микробной культуры.

Фаза – лаг-фоза.

Период от внесения бактерий до достижения ими максимальной относительной скорости роста. В этот период бактерии приспосабливаются к новой среде обитания и поэтому размножаются не значительно. К концу лаг-фазы клетки часто увеличивают свой оббьем и т.к. их количество в этот момент не велико, то относительная скорость роста биомассы становиться максимальной, по окончании этого периода, в то время как абсолютная скорость лишь незначительно увеличиваться. Длительность лаг-фазы зависит как от внешних условий так и от возраста бактерий и их видовой специфичности. Как правило чем полноценней среда, тем короче лаг-фаза. Изменение в химическом составе бактериальной клетки выражается в накоплении запасных питательных веществ и в резком повышении содержания РНК (в 8-12 раз), что свидетельствует об интенсивном синтезе ферментов, необходимых для дальнейшего роста и развития клетки.

Фаза – ускорение роста.

Характеризуется постоянной относительной скоростью деления клеток. В этот период число клеток возрастает по экспоненте. Удельная скорость остается постоянной и максимальной, а абсолютная скорость быстро возрастает. Скорость деления клеток в фазе ускоренного роста является максимальной для них, причем для различных видов бактерий и условий окружающей среды эта скорость различна, так например, кишечная палочка в этой фазе делится каждые 20 минут, для некоторых почвенных бактерий время генерации 60-150 минут, а у нитрифицирующих бактерий 5-10 часов. В течении этой фазы величина клеток и их химический состав остаются постоянными.

Фаза – линейного роста.

Эта фаза характеризуется резким снижением удельной скорости роста, т.е. увеличением времени генерации. Причиной этому служит начинающийся дефицит питательных веществ и избыточное содержание в среде продуктов обмена, которые в определенной концентрации негативно влияют на рост популяции. В этот период количество бактерий увеличивается линейно, а абсолютная скорость достигает максимума.

Фаза – замедление роста.

В этот период дефицит питательных веществ и концентрации продуктов обмена продолжают увеличиваться, что сказывается на падении абсолютной и относительной скоростей роста. Увеличение количества клеток постепенно замедляется и к концу фазы и к концу фазы приближается к максимуму. В этот период характеристика отмирания части наименее приспособленных клеток.

II, III и IV фазы объединяются в одну фазу роста.

Фаза- стационарная.

В течение этой фазы количество живых клеток в культуре сохраняется примерно постоянным, т.к. число вновь образующихся клеток равно числу отмирающих. Абсолютная и относительная скорости роста приближаются к нулевой отметке. Отмирание или выживание бактерий в этой фазе не является случайными событиями. Выживают как правило те клетки, которые способны качественно перестроить свой обмен веществ. Для всех бактерий в этой фазе характерно использование запасенных веществ, распад части клеточных веществ, биомассы статической культуры в этой фазе достигает максимума и поэтому называется выходом или урожаем культуры. количество урожая зависит от видовой принадлежности микроорганизмов, от природы и количества питательных веществ, а так же от условий культивирования. В микробных производствах проточные микробные культуры поддерживают в стационарной фазе развития.

Фаза – отмирание.

Эта фаза наступает в тот момент когда концентрация какого либо из необходимых клеткам питательных веществ, падает до условного нуля, или когда какой-либо продукт обмена достигает такой концентрации в среде, при которой он токсичен для большинства клеток. Абсолютная и удельная скорости роста отрицательны, что говорит об отсутствии деления клеток.

Потребности прокариот в питательных веществах.

Бактерии кик и все живые организмы нуждаються в питательных веществах необходимых для синтеза основных клеточных компонентов, которые могут быть синтезированы клеткой или поступать в готовом виде.

Чем больше готовых соединений должен получать организм извне, тем ниже уровень его биосинтетических способностей, т.к. химическая организация всех живущих форм одинакова.

Источники углерода.

В конструктивном метаболизме основная роль принадлежит углероду. В зависимости от источника углерода для конструктивного метаболизма все прокариоты делятся на:

Автотрофов – организмы способные синтезировать все компоненты клетки из углекислого газа, воды и минеральных веществ.

Гетеротрофы – источником углерода для конструктивного метаболизма служат органические соединения.
Степени гетеротрофии.

Сапрофиты (сапрос – гнилой, греч.)

Гетеротрофные организмы, которые непосредственно от других организмов не зависят, но нуждаются в готовых органических соединениях. Они используют продукты жизнедеятельности других организмов или разлагающиеся растительные и животные ткани. К сапрофитам относятся большая часть бактерий.

Степень требовательности к субстрату у сапрофитов весьма различна.

В эту группу входят организмы которые могут расти только на достаточно сложных субстратах (молоко, трупы животных, гниющие растительные остатки), т.е. им нужны в качестве обязательных элементов питания углеводы, органические формы азота в виде кабера аминокислот, пентуров, белков, все или часть витаминов, нуклеотиды, или готовые

компоненты необходимые для синтеза последних (азотистые основания, пятиуглеродные сахара). Чтобы удовлетворить потребности этих гетеротрофов в элементах питания их обычно культивируют на средах содержащих мясные или рыбные гидролизаты, автолизаты дрожжей, растительные экстракты, молочную сыворотку.

Есть прокариоты требующие для роста весьма ограниченное число готовых органических соединений, в основном из число витаминов и аминокислот, хотя они не в состоянии синтезировать сами. С другой стороны есть гетеротрофы нуждающееся только в одном органическом источнике углерода (сахар, спирт, кислота или другие углерод содержащие соединения).

Олиготрофные бактерии (олиго – мало) обитают в водоемах, способны расти при низких концентрациях в среде органических веществ (в пределах 1-15 мг. Углерода на литр).
Потребности в азоте.

Азота содержится примерно 10-14% в расчете на сухой вес клетки. В природе азот встречаеться в окисленной, восстановленной форме и в виде молекулярного азота.

Подавляющее большинство прокариот усваивают азот в восстановленной форме (соли аммония, мочевина, аминокислоты или продукты их неполного гидролиза).

Роль микроорганизмов в круговороте азота.

↗	денитрофикация	↘
нитрофикация		азотофикация
↖	аммонофикация	↙

Источники серы и фосфора.

Сера фосфор необходимы в небольших количествах 1-3% от сухой массы клетки. Сера входит в состав аминокислот, витаминов и кофакторов (биотин, коферменты и т.д.). фосфор неаобходимый компонетк нуклеиновых кислот, коферментов.

В природе сера находится в форме неорганических солей, главным образом сульфатов, молекулярной серы или в составе органических соединений. большинство прокариот потреляют серу в виде сульфата переводя её в сероводород. Основная форма фосфора в природе – фосфаты и прокариоты потребляют в основном одно или двузамещенные фосфаты.

Роль ионов металлов.

Металлы в форме катионов неорганических солей, как составная часть ферментов в достаточно высоких концентрациях необходимы: Mg, Ca, K, Fe. В небольших количествах нужны: Zn, Mn, Na, Cu, Y, Ni, Co.

Факторы роста.

Некоторые прокариоты обнаруживают потребности в одном каком-либо органическом соединении из группы витаминов, аминокислот, или азотистых оснований, которые они по каким-либо причинам не могут синтезировать. Такие органические соединения необходимы в очень не больших количествах получили название факторов роста. Организмы которые в дополнение к основным источникам углерода необходим один и больше факторов роста называеться ауксотрофами, в отличии от прототрофов синтезирующих все необходимые органические соединения из основных источников углерода.

Общая характеристика метаболизма прокариот.

Метаболизм (обмен веществ) – складывается из двух противоположных, но взаимосвязанных потоков реакций.

Энергетический метаболизм (катоболизм) – это поток реакций сопровождающейся мобилизацией энергии и преобразованием её в электрохимическую (поток электронов) и химическую (АТФ), которая затем может использоваться во всех энергозависимых процессах.

Катоболизм характерен только для групп организмов, метаболизм который связан с превращением органических соединений.

Конструктивны метаболизм (анаболизм) (биосинтезы) –это поток реакций в результате которых за счет поступающих из вне веществ строиться вещество клеток. Это процесс

связанный с потреблением свободной энергией, запасенной в химической форме в молекулах АТФ или других богатых энергией соединений.

Есть прокариоты у которых функционирует один поток превращений органических соединений углерода.

Фотолитотрофы и хемолитотрофы.

Метоболические пути состоят из множества последовательных ферментативных реакций.

На начальном этапе потребления веществ из окружающей среды молекулы служащие исходным субстратом для питания перерабатываются в дополнительном (периферическом) метаболизме.

Связь между двумя типами метаболизма.

Катаболизм и анаболизм связаны по нескольким каналам:

Основной энергетический пред. Реакции поставляют энергию необходимую для биосинтеза и других клеточных энергозависимых функций.

Биосинтетические реакции кроме энергии часто нуждаются в поступлении из вне восстановителей в виде протонов H⁺ или электронов, источником которые также служат реакции энергетического метаболизма.

Определенные промежуточные этапы – метаболиты обеих путей могут быть одинаковыми, хотя направленность потоков реакции различно. Это создает возможность для использование общих промежуточных продуктов в каждом из метаболических путей. Промежуточные вещества называются амфиболитами, а промежуточные реакции – амфиболистическими. Ключевые метаболиты образуются на пересечении метаболистичесских путей и выполняющих многообразные функции называются центроболиты.

Ферменты.

Это катализаторы биохимических реакций клетки, белковой природы.

Классификация:

По месту действия.

Эндоферменты – ферменты которые работают внутри клетки.

Экзофермены – ферменты которые клетка выделяет за свою мембрану для того что бы расщеплять крупные молекулы.

По характеру присутствия в клетке.

Конститутивные – ферменты которые в клетке всегда есть.

Индуцибельные – которые вырабатываются клеткой в ответ на поступление нового питательного вещества.

Биохимическая (международная) 1961 год.

По характеру ферментных реакций.

Оксиредуктазы – это ферменты которые катализируют окислительно-восстановительные реакции, сопровождающиеся переносом протонов и электронов.

Трансферазы – это ферменты которые катализируют реакции переноса отдельных групп.

Гидролазы – это ферменты катализирующие гидролитическое расщипление сложных органических субстратов.

Лиазы – ферменты которые катализируют не гидролитическое расщипление субстрата.

Изомеразы – катализируют реакции изомеризации.

Лигазы (синтетазы) – катализируют реакции синтеза или образов сложных органических молекул.

Механизм ферментативных реакций.

Особенности ферментативных реакций.

Особенность ферментативных раекций состоит в строгой спецефичности действия ферментов.

Специфичность – это способность реагировать только с одним веществом или группой веществ. Специфичность бывает абсолютная- фермент действует только с одним веществом, и групповая – фермент катализирует реакции с группой веществ обладающих общими структурными признаками, относительная – проявляется в том случае, когда фермент действует на определенную химическую связь, стереохимическая – когда фермент действует на определенный стереоизомер.

Многие ферменты образуют так называемы мультиферментные системы
Эти системы определяют перенос веществ н\з клеточную мембрану, реакции фотосинтеза, окислительно-восстановительные процессы в метахондриях и тд. Процесс превращения вещества с участием системы ферментов представляет собой серию последовательных реакций, каждая из которых катализирует определенный фермент.

В отличие от неорганических катализаторов ферменты отличаются кооперативностью и строгой последовательностью действия.

Каждая клетка имеет регуляторные механизмы, позволяющие ей в зависимости от потребностей изменять скорость отдельных биохимических реакций, в результате регуляции синтеза определенных ферментов или их активности. Способность подчинять такой регуляции – важная особенность ферментов.

Каталич. Активность ферментов чрезвычайно высокая.

Реакция проходит в 10¹⁰ раз быстрее некаталической.

Способы существования прокариот.

Источник энергии	Источник электронов и протонов	Источник углерода	Способ существования микроорганизмов.
Свет фото-	Литотрофы Mn, Fe, H И др. неорг. соединения.	CO₂, HCO₃ автотрофы	Фотолитоавтоторофы
		Органика, гетеротрофы	фотолитогетеротрофы
	Органические вещества органотрофы	CO₂, HCO₃ автотрофы	Фотоорганоавторофы
		Органика, гетеротрофы	фотоорганогетеротрофы
Химич. Связь Хемо-	Неорганч. литорофы	CO₂, HCO₃ автотрофы	Хемолитоавтрофы
		Органика, гетеротрофы	Хемолитогетеротрофы
	Органич. органотрофы	CO₂, HCO₃ автотрофы	Хемоорганоавтотровы
		Органика, гетеротрофы	Хемоорганогетеротрофы

Отношение к кислороду.

Если микроорганизмы нуждаются для осуществления окислительно-восстановительных реакций в кислороде, то их называют аэробными . Если микроорганизмы для осуществления окислительно-восстановительных реакций используются не в кислород, а окисленные соединения (NO₃, NO₂, SO₄ и т.п.), то их называют анаэробными.

Различают строгих (облигатных) аэробов или анаэробов.

Существуют так же факультативные (необязательные) аэробы и анаэробы.

Существуют группы никсотрофов (лизотрофы) – организмы способные переходить от одного способа питания к другому, или одновременно использовать 2 источника углерода и \ или 2 энергии: энергия света + энергия окисления органических хим. соединений.

Микроорганизмы и окружающая среда.

Представили прокариот разных способов существования

Фотолитоавтотрофы: цианобактерии, пурпурные и зеленые бактерии (+высшие растения)

Фотолитогетеротрофы: некоторые цианобактерии, пурпурные и зеленые бактерии.

Фотоорганоавтотрофы: некоторые пурпурные бактерии.

Фотоорганогетеротрофы: пурпурные и некоторые зеленые бактерии, галобактерии, некоторые цианобактерии.

Хемолитоавтотрофы: нитрифицирующие, теоновые, водородные ацидофильные железобактерии.

Хемолитогетеротрофы: метанообразующи, водородные бактерии.

Хемоорганоавтотрофы: факультативные литератрофы, окисляющие муравьиную кислоту.

Хемоорганогетеротрофы: большинство пркариот (+ все животные и грибы).

Физические факторы.

Температура :

Мезофиллы –микроорганизмы приспособленные к существованию в интервале средних температур (20⁰-45⁰ С). В этой группе как и в других есть организмы развивающиеся в более широком и более узком диапазоне температур и указанный интервал нельзя считать строго ограниченным.

К мезофиллам относиться большая часть микроорганизмов, в том числе и болезнетворные, причем наточенные для человека микробы имеют оптимум около 37⁰С.

Психрофилы – приспособлены к существованию про пониженных температурах (-8⁰,+20⁰С)

Большинство психрофинов способны расти при температурах характерных для мезофиллов, по этому их называют факультативными, т.е. не обязательными психрофилами.

В отличии них облигатные (обязательные) психрофилы погибают при температурах близких к +30⁰С. К данной группе относятся некоторые почвенные и морские бактерии а так же виды поточенные для морских животных и растений.

Некоторые психрофилы вызывают порчу продуктов хранящихся при пониженных температурах.

Термофилы – развиваются в зоне высоких температур 15⁰ – 75⁰С. В природе термофильные бактерии обитают в горячих источниках, молоке, почве, навозе.

Газовый состав атмосферы.

Аэробы, анаэробы. Есть узкие группы бактерий которые развиваются при избыточном содержании в воздухе некоторых газов.

^ Метан (СН₄), метанобразующие бактерии на торфяных почвах.

Водород (Н) водородные бактерии так же.

Азот (N₂) азотфиксирующие бактерии, почвенные бактерии находящиеся в симбиозе с корнями бобовых растений.

^ Сероводрод (H₂ S ) в навозных кучах болотах, в местах где много гниющей органики, сероводородные бактерии.

В разряженных частях атмосферы на высоте более 10км. Встречаются споры и жизнеспособные бактерии. На морских глубинах вплоть до 10 000 метров встречаются жизнеспособные бактерии. Есть данные, что в литосфере на глубине 5км. Так же встречаются споры и жизнеспособные бактерии.

Свет. (Смотреть фототрофов в способах сущ. прокариот.)

Биохимические факторы.

В природных условиях микроорганизмы существуют в сообществах и поэтому каждая отдельная особь испытывает влияние не только абатических факторов окружающей сред, но и подвергается воздействию факторов биохимического происхождения.

Все многообразие взяиомотношений между микроорганизмами пожно подразделить на 5 видов:

Метабиоз

Антагонизм

Из них 3 и 4 факторы являющиеся прямыми воздействиями, а 2 и 3 – косвенными воздействиями.

Симбиоз - сожительство организмов разных видов приносящее им взаимную пользу.

Азотфиктирующие бактерии и корни бобовых растений.

Метобиоз- такой тип взаимоотношений, при котором продукты жизнедеятельность жизнедеятельности одних организмов потребляются в качестве питательных веществ другими организмами.

Антогонизм- называют такие отношения когда продукты жизнедеятельности одного микроорганизма угнетают другой.

Существует 3 типа жизни:

Брожение (субстратное фосфорелирование)

Дыхание (окислительное фосфорелирование)

Фотосинтез (фотофосфорелирование)

Брожение характерно только для микроорганизмов, дыхание характерно для консументов и микроорганизмов, фотосинтез характерен для растений и микроорганизмов.

Брожение – самый древний тип жизни характерен тем, что расщепление углеродов происходит в акаэробных условиях. В зависимости от конечного продукта брожения различают спиртовое брожение, уксусно-кислое, пропионово-кислое, молочно-кислое, масляно-кислое и др.

Гликолиз – сбраживание углеродов.

1стадия происходит накопление простых сахаров и их превращение в глицеральдегидрофосфат.

Происходит расходование АТФ

Глюкоза С₆

Глюкоза 6 фосфор

Глюкоза 1-6 фосфат

2 глицеральдегидрофосфат
2 стадия:

Происходит окисление – восстановление триоз и существующее образование АТФ
Фн (фосфор не органический)+ глицеральдегирофосфат

1-3 дифосфоглицерат

3 фосфоглицерат

2 фосфоглицерат

Фосфоенолпируват.

Пируват (правиноградная кислота)

Спирт, молочная кислота и т.д.
^ Энергетический выход гликолиза

2 молекулы АТФ образуется при расщеплении 1 молекулы глюкозы

Дыхание

Процесс дыхания происходит в аэробных условиях. Происходит окисление углеродов за счет кислорода.

Цикл Кребса. См приложение 2.

Фотосинтез

Происходит образование углеродов из углекислого газа за счет энергии квантов света. См прил.3

Смысл – запасание энергии квантов света, химических связей триоз и образование тексоз.
Приложение

Наука биология включает в себя большое количество подразделов и дочерних наук. Однако одной из самых молодых и перспективных, полезных для человека и его деятельности является микробиология. Сравнительно недавно возникшая, но стремительно набравшая обороты в развитии, эта наука на сегодняшний день сама стала родоначальницей таких разделов, как биотехнология и Что такое микробиология и как проходили этапы ее становления и развития? Разберемся в этом вопросе подробнее.

Что такое микробиология?

В первую очередь, микробиология - это наука. Объемная, интересная, молодая, но динамично развивающаяся наука. Этимология слова ведет свое происхождение от греческого языка. Так, "mikros" означает "малый", вторая часть слова происходит от "bios", что значит "жизнь", и заключительная часть от греч. "logos", что переводится как учение. Теперь можно дать дословный ответ на вопрос, что такое микробиология. Это учение о микро-жизни.

Другими словами, это изучение самых мелких живых существ, которые не видимы невооруженным глазом. К таким одноклеточным организмам относятся:

1. Прокариоты (безъядерные организмы, или не имеющие оформленного ядра):

• бактерии;
• археи.

2. Эукариоты (организмы, имеющие оформленное ядро):

• одноклеточные водоросли;
• простейшие.

3. Вирусы.

Однако приоритетное значение в микробиологии отводится изучению именно бактерий самых разных видов, форм и способов получения энергии. Именно в этом состоят основы микробиологии.

Предмет изучения науки

На вопрос, что изучает микробиология, можно ответить так: она изучает внешнее многообразие бактерий по форме и размерам, их влияние на окружающую среду и на живые организмы, способы питания, развития и размножения микроорганизмов, а также их влияние на хозяйственную и практическую деятельность человека.

Микроорганизмы - это существа, способные обитать в самых разнообразных условиях. Для них практически нет пределов по температуре, по кислотности и щелочности среды, давлению и влажности. При любых условиях существует хотя бы одна (а чаще всего множество) группа бактерий, способная выживать. Сегодня известны сообщества микроорганизмов, которые заселяют совершенно анаэробные условия внутри вулканов, на дне термоисточников, в темных глубинах океанов, суровых условиях гор и скал и так далее.

Науке известны сотни видов микроорганизмов, которые со временем складываются в тысячи. Однако установлено, что это только малая толика того разнообразия, что есть в природе. Поэтому работы у микробиологов очень много.

Одним из самых знаменитых центров, в котором происходило подробное изучение микроорганизмов и всех процессов, с ними связанных, являлся Пастеровский институт во Франции. Названный в честь знаменитого основателя микробиологии как науки Луи Пастера, этот институт микробиологии выпустил из своих стен массу замечательных специалистов, которыми были совершены не менее замечательные и значительные открытия.

В России на сегодняшний день действует институт микробиологии им. С. Н. Виноградского РАН, который является самым крупным исследовательским центром в области микробиологии в нашей стране.

Исторический экскурс в микробиологическую науку

История развития микробиологии как науки складывается из трех основных условных этапов:

• морфологический или описательный;
• физиологический или накопительный;
• современный.

В целом, история микробиологии насчитывает в своем развитии около 400 лет. То есть начало возникновения приходится примерно на XVII век. Поэтому и считается, что она достаточно молодая наука в сравнении с другими разделами биологии.

Морфологический или описательный этап

Само название говорит о том, что на данном этапе проходило, строго говоря, просто накопление знаний о морфологии бактериальных клеток. Началось все с открытия прокариот. Данная заслуга принадлежит родоначальнику микробиологической науки итальянцу Антонио ван Левенгуку, который обладал острым умом, цепким взглядом и хорошим умением логически мыслить и обобщать. Будучи также неплохим техником, он сумел выточить линзы, дающие увеличение в 300 раз. Причем повторить его достижение смогли только в середине XX века русские ученые. И то не вытачиванием, а выплавкой линз из оптического стекловолокна.

Вот эти линзы и послужили материалом, через который Левенгук обнаружил микроорганизмы. Причем изначально он ставил перед собой задачу весьма прозаичного характера: ученого интересовало, почему хрен такой горький. Растерев части растения и рассмотрев их под микроскопом собственного производства, он и увидел целый живой мир крошечных созданий. Было это в 1695 году. С этих пор Антонио начинает активно изучать и описывать различные виды бактериальных клеток. Он различает их только по форме, однако и это уже немало.

Левенгуку принадлежит около 20 рукописных томов, которые описывают подробно шаровидные, палочковидные, спиральные и другие виды бактерий. Им написан первый труд по микробиологии, который называется "Тайны природы, открытые Антони ван Левенгуком". Первая попытка систематизировать и обобщить накопленные знания по морфологии бактерий принадлежит ученому О. Мюллеру, который предпринял ее в 1785 году. С этого момента история развития микробиологии начинает набирать свои обороты.

Физиологический или накопительный этап

На данном этапе развития науки были изучены механизмы, лежащие в основе жизнедеятельности бактерий. Рассмотрены процессы, в которых они принимают участие и которые без них невозможны в природе. Была доказана невозможность самозарождения жизни без участия живых организмов. Все эти открытия были совершены в результате экспериментов великого ученого-химика, но после этих открытий еще и микробиолога, Луи Пастера. Сложно переоценить его значение в развитии этой науки. История микробиологии вряд ли сумела бы развиться так быстро и полно, если бы не этот гениальный человек.

Открытия Пастера можно отобразить несколькими основными пунктами:

• доказал, что знакомый людям издревле процесс брожения сахаристых веществ обусловлен наличием определенного вида микроорганизмов. Причем для каждого вида брожения (молочно-кислое, спиртовое, масляное и так далее) характерно наличие специфической группы бактерий, которые его и осуществляют;
• ввел в пищевую отрасль процесс пастеризации для избавления продуктов от микрофлоры, вызывающей их гниение и порчу;
• ему принадлежит заслуга повышения иммунитета к болезням путем введения вакцины в организм. То есть Пастер - родоначальник прививок, именно он доказал, что болезни вызываются наличием болезнетворных бактерий;
• разрушил представления об аэробности всего живого и доказал, что для жизни многих бактерий (маслянокислых, например) кислород вообще не нужен, и даже вреден.

Главной неоспоримой заслугой Луи Пастера стало то, что все свои открытия он доказывал экспериментально. Так, что ни у кого не могло оставаться сомнений в справедливости полученных результатов. Но на этом история микробиологии, конечно, не заканчивается.

Еще одним ученым, работавшим в XIX веке и внесшим неоценимый вклад в изучение микроорганизмов, стал - немецкий ученый, которому принадлежит заслуга выведения чистых линий бактериальных клеток. То есть в природе все микроорганизмы тесно взаимосвязаны между собой. Одна группа в процессе жизнедеятельности создает для другой, другая делает тоже самое для третьей и так далее. То есть это те же цепи питания, что и у высших организмов, только внутри бактериальных сообществ. Вследствие этого очень сложно изучить какое-то отдельное сообщество, группу микроорганизмов, ведь их размеры чрезвычайно малы (1 -6 м или 1 мкм) и, находясь в постоянном тесном взаимодействии между собой, они не поддаются тщательному изучению поодиночке. Идеальной представлялась возможность вырастить множество идентичных клеток бактерий одного сообщества в искусственных условиях. То есть получить массу одинаковых клеток, которые будут видны невооруженным глазом и изучить процессы у которых станет значительно легче.

Таким образом было накоплено множество ценных сведений о жизнедеятельности бактерий, их пользе и вреде для человека. Развитие микробиологии пошло еще более интенсивным путем.

Современный этап

Современная микробиология - это целый комплекс подразделов и мини-наук, которые занимаются изучением не только самих бактерий, но и вирусов, грибков, архей и всех известных и вновь открываемых микроорганизмов. На вопрос, что такое микробиология, сегодня можно дать очень полный и развернутый ответ. Это комплекс наук, занимающихся изучением жизнедеятельности микроорганизмов, их применения в практической жизни человека в разных областях и сферах, а также влияния микроорганизмов друг на друга, на окружающую среду и живые организмы.

В связи с таким обширным понятием микробиологии следует привести современную градацию данной науки на разделы.

1. Общая.
2. Почвенная.
3. Водная.
4. Сельскохозяйственная.
5. Медицинская.
6. Ветеринарная.
7. Космическая.
8. Геологическая.
9. Вирусология.
10. Пищевая.
11. Промышленная (техническая).

Каждый из приведенных разделов занимается подробным изучением микроорганизмов, их влияния на жизнь и здоровье людей и животных, а также возможности использования бактерий в практических целях для улучшения качества жизни человечества. Все это в комплексе и есть то, что изучает микробиология.

Наибольший вклад в развитие современных методов микробиологии, способов выведения и возделывания штаммов микроорганизмов внесли такие ученые, как Вольфрам Циллиг и Карл Штеттер, Карл Везе, Норман Пейс, Уотсон Крик, Полинг, Цукеркандль. Из отечественных ученых это такие имена, как И. И. Мечников, Л. С. Ценковский, Д. И. Ивановский, С. Н. Виноградский, В. Л. Омелянский, С. П. Костычев, Я. Я. Никитинский и Ф. М. Чистяков, А. И. Лебедев, В. Н. Шапошников. Благодаря работам перечисленных ученых, были созданы способы борьбы с серьезными болезнями животных и людей (сибирская язва, сахарный клещ, ящур, оспа и так далее). Были созданы способы повышения иммунитета к бактериологическим и вирусным заболеваниям, получены штаммы микроорганизмов, способных перерабатывать нефть, создавать в процессе жизнедеятельности массу различных органических веществ, очищать и улучшать экологическую обстановку, разлагать нераспадающиеся химические соединения и многое другое.

Вклад этих людей поистине неоценим, поэтому некоторые из них (Мечников И. И.) получили Нобелевскую премию за свои работы. На сегодняшний день существуют дочерние науки, образовавшиеся на основе микробиологии, которые являются самыми передовыми в биологии - это биотехнология, биоинженерия и генная инженерия. Работа каждой из них направлена на получение организмов или группы организмов с заранее заданными свойствами, удобными человеку. На выведение новых методов работы с микроорганизмами, на получение максимальной выгоды от использования бактерий.

Таким образом, этапы развития микробиологии хотя и немногочисленны, однако очень содержательны и полны событиями.

Методы изучения микроорганизмов

Современные методы микробиологии основаны на работе с чистыми культурами, а также использовании новейших достижений техники (оптической, электронной, лазерной и так далее). Вот основные из них.

1. Использование микроскопических технических средств. Как правило, только световые микроскопы полного результата не дают, поэтому применяются также люминесцентные, лазерные и электронные.
2. Посевы бактерий на специальных питательных средах для выведения и культивирования абсолютно чистых колоний культур.
3. Физиолого-биохимические методы анализа культуры микроорганизмов.
4. Молекулярно-биологические методы анализа.
5. Генетические методы анализа. На сегодняшний день стало возможным проследить генеалогическое древо практически каждой открытой группы микроорганизмов. Это стало возможным благодаря работам Карла Везе, который сумел расшифровать участок генома колонии бактерий. С этим открытием стало возможным построение филогенетической системы прокариот.

Совокупность перечисленных методов позволяет получать полную и подробную информацию о любом из вновь открывающихся или уже открытых микроорганизмов и находить им правильное применение.

Этапы микробиологии, которые она прошла в своем становлении как наука, не всегда включали такой щедрый и точный набор методов. Однако примечательно, что самым действенным в любые времена является метод экспериментальный, именно он послужил основой для накопления знаний и умений в работе с микромиром.

Микробиология в медицине

Один из наиболее важных и значимых именно для человеческого здоровья разделов микробиологии является медицинская микробиология. Предметом ее изучения стали вирусы и патогенные бактерии, которые вызывают тяжелые заболевания. Поэтому перед медиками-микробиологами стоит задача: выявить патогенный организм, культивировать его чистую линию, изучить особенности жизнедеятельности и причины, по которым наносится вред организму человека, и найти средство для устранения данного действия.

После того как чистая культура патогенного организма будет получена, необходимо провести тщательный молекулярно-биологический анализ. На основе результатов провести испытание устойчивости организмов к антибиотикам, выявить пути распространения заболевания и выбрать наиболее эффективный метод лечения против данного микроорганизма.

Именно медицинская микробиология, в том числе ветеринарная, помогла решить ряд злободневных проблем человечества: созданы бешенства, рожи непарнокопытных, оспы овец, анаэробных инфекций, туляремии и паратифа, стало возможным избавление от чумы и парапневмонии и так далее.

Пищевая микробиология

Основы микробиологии, санитарии и гигиены тесно взаимосвязаны между собой и вообще едины. Ведь патогенные организмы способны распространяться гораздо быстрее и в большем объеме, когда условия санитарии и гигиены оставляют желать лучшего. И в первую очередь это находит отражение в пищевой промышленности, при массовых производствах продуктов питания.

Современные данные о морфологии и физиологии микроорганизмов, биохимических процессах, вызываемых ими, а также влияние экологических факторов на микрофлору, развивающуюся в продуктах питания при транспортировании, хранении, реализации и переработке сырья, позволяют избежать многих проблем. Роль микроорганизмов в процессе формирования и изменения качества пищевых продуктов и возникновения ряда заболеваний, вызываемых патогенными и условно-патогенными видами, весьма значительна, и поэтому задачей пищевой микробиологии, санитарии и гигиены является эту роль выявить и повернуть на благо человеку.

Также пищевая микробиология культивирует бактерии, способные преобразовывать из нефти белки, использует микроорганизмы для разложения пищевых продуктов, для обработки многих товаров питания. Процессы брожения на основе молочно-кислых и масляно-кислых бактерий дают человечеству множество необходимых продуктов.

Вирусология

Совершенно отдельная и очень большая группа микроорганизмов, которая на сегодняшний день является самой малоизученной - это вирусы. Микробиология и вирусология - две тесно взаимосвязанные категории микробиологической науки, которые изучают патогенные бактерии и вирусы, способные нанести тяжкий вред здоровью живых организмов.

Вирусология раздел очень обширный и сложный, поэтому заслуживает отдельного изучения.