Лекция 1

Медицинская микробиология: предмет и задачи, методы микробиологической диагностики инфекционных заболеваний. История развития

«Медицинская микробиология: предмет и задачи, методы микробиологической диагностики инфекционных заболеваний. История развития».

     Актуальность темы: Современное развитие микробиологической науки и всё возрастающее её значение в формировании будущих специалистов диктует необходимость усиления роли фундаментальных знаний в теоретической и профессиональной подготовке студентов.

      Для достижения высокой профессиональной компетентности необходима тесная взаимосвязь приобретённых выпускниками фундаментальных и профессиональных знаний и умений.

       Цель лекции: Будущему врачу необходимо изучать микробиологию, вирусологии и иммунологию. Для чего? Знать природу инфекционных болезней, какие микроорганизмы и каким образом их вызывают. Овладеть современными методами их диагностики, эффективными методами профилактики и лечения. Изучение иммунологии даёт возможность узнать, какими мощными естественными механизмами самозащиты и самоисцеления, с помощью которых поддерживается на протяжении всей жизни состояние здоровья и осуществляется противостояние болезням обладает наш организм.

       Ознакомится с основными этапами развития микробиологии, вирусологии и иммунологии. Роль И.И.Мечникова в формировании учения об иммунитете. Значение открытия Д.И Ивановского. Роль учёных Н.Ф Гамалея, З.В. Ермольевой, М. П . Чумаковы, Л. Пастера, Р. Коха и т. д. в развитии микробиологии, вирусологии и иммунологии.

План лекции:

 1.Микробиология – наука о мельчайших, невидимых невооружённым глазом организмах, названных микробами или микроорганизмами.

 2. Изобретение микроскопа. Открытие А. Левенгуком микробов.

 3. Предмет и задачи микробиологии.

 4. Практическое значение микробиологии в медицине и ветеринарии для лечения и профилактики людей и животных.

 5. Распространение микроорганизмов в окружающей среде: воздухе, почве, воде, а также в организме человека.

 6. История развития медицинской микробиологии, вирусологии и иммунологии.

 7. Методы микробиологической диагностики инфекционных заболеваний.

1. Введение

     Микробиология (от греч. micros - малый, bios – жизнь, logos – учение, т. е. учение о малых формах жизни) – наука, изучающая организмы, неразличимые (невидимые) невооружённым какой – либо оптикой глазом, которые за свои микроскопические размеры называют микроорганизмы (микробы).

       Наука, изучающая морфологию, физиологию, биохимию, генетику, рост и развитие, изменчивость и наследственность микроскопических организмов их роль и значение в экономике, в круговороте веществ, в патологии человека,  животных и растений называется микробиологией.

      Микроорганизмы широко распространены в природе. Они поистине вездесущи ; находятся в воздухе, почве, воде, пищевых продуктах на окружающих нас предметах. Их можно обнаружить в пустыне, в холодной Антарктиде, на дне морей и океанов. Микроорганизмы, несмотря на свою малую величину, играют огромную роль в природе и в жизни человеческого общества.

      Микробы совершают круговорот веществ, который всё время происходит на нашей планете. Процессы гниения, разрушения органических веществ невозможны без них. Жизнь на земле не смогла бы существовать без разрушающей деятельности микробов.

      Микроорганизмы играют важную роль в питании человека. Такие молочные продукты как простокваша, кефир, кумыс, сыр являются результатом жизнедеятельности молочнокислых бактерий.

      Большую роль играют дрожжи в хлебопечении. Такие отрасли пищевой промышленности как производство спирта, пивоварение, виноделия, связаны с жизнедеятельностью дрожжевых грибов, производство белка. Образование торфа, каменного угля, нефти – также обязано деятельности микроорганизмов.

      Благодаря самоотверженной работе многих поколений микробиологов, многие фабрики фармацевтической промышленности изготовляют антибиотики, которые являются продуктами жизнедеятельности грибов.

       Большую роль микроорганизмы играют в сельском хозяйстве, животноводстве. Бактериальные удобрения (азотобактерин, фосфобактерин); силосование кормов также основаны на использовании достижений микробиологии.

      В последнее время микроорганизмы используются в качестве моделей для изучения явлений изменчивости и наследственности. Микроорганизмы, как никакая другая форма жизни испытывает воздействие разнообразных природных и антропических (связанных с деятельностью людей) факторов, что, с учётом их короткого срока жизни и высокой скорости размножения, способствует их быстрому эволюционированию.

      Наибольшую печальную известность имеют патогенные микроорганизмы (микробы-патогены) - возбудители заболеваний человека, животных, растений, насекомых. Микроорганизмы, приобретающие в процессе эволюции патогенность для человека (способность вызывать заболевания), вызывают эпидемии, уносящие миллионы жизней. До настоящего времени вызываемые микроорганизмами инфекционные заболевания остаются одной из основных причин смертности, причиняют существенный ущерб экономике.

       Изменчивость патогенных микроорганизмов составляет основную движущую силу в развитии и совершенствовании систем защиты высших животных и человека от всего чужеродного (чужеродной генетической информации). Более того, микроорганизмы являлись до недавнего времени важным фактором естественного отбора в человеческой популяции (пример – чума и современное распространение групп крови). В настоящее время вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) посягнул на святое святых человека – его иммунную систему.

Открытие микроскопов связано с изобретением микроскопа. Кто открыл мир микробов?

Луи Пастер

А. Левенгук

В. И. Мечников

Р. Кох

Микробиология тесно связанна с другими науками. Произошла дифференциация микробиологии.

Общая микробиология – изучает общие закономерности жизнедеятельности всех микробов.

Техническая микробиология – изучает жизнедеятельность тех микробов, которые могут быть использованы в различных производственных процессах (получение антибиотиков, витаминов, продуктов белка) Т. е микробиологическая промышленность.

Сельскохозяйственная микробиология – выясняет роль и значение микробов в круговороте веществ в формировании структуры почвы, её плодородии в использовании микробов для удобрения почвы, консервирования кормов.

Ветеринарная микробиология – изучает патогенные микробы, вызывающие заболевания у животных, разрабатывает методы их диагностики, профилактики и лечения.

Космическая микробиология – изучает свойства зелёных бактерий в космосе, влияние условий на нормальную микрофлору тела человека.

Гнобиотика – безмикробное существование, развитие организма. Большое значение для изучения вопросов инфекции, иммунитета и др. вопросов.

Санитарная микробиология и вирусология решает вопросы выживания патогенных и условно патогенных микробов в окружающей среде, разрабатывает методы санитарно – бактериологического исследования объектов внешней среды, изучает микробную обсеменённость воды, почвы, воздуха, пищевых продуктов.

Медицинская микробиология – изучает патогенные микроорганизмы, вызывающие заболевания у человека, а также те микроорганизмы, которые патогенны и для животных, и для человека. Наряду с этим, медицинская микробиология изучает и не патогенные микробы и выясняет их роль и значение для жизни и здоровья человека. Её основной задачей является борьба с инфекционными заболеваниями, их диагностикой, профилактикой, лечением. В последние годы микробиология занимается решением важнейшей проблемы современной медицины – проблемой злокачественных опухолей, изучает роль вирусов в этиологии злокачественных опухолей и разрабатывает способы получения и применения антибиотиков для лечения этих заболеваний.   

Медицинская микробиология включает 3 раздела

1.Общая часть- изучает морфологию, физиологию, питания, дыхания, генетику, распространения микробов во внешней среде. Взаимодействие вирусов с чувствительными клетками.

2.Учение об инфекции и иммунитете – изучает процессы взаимодействия патогенных микробов с организмом человека. т. е процессы, обусловливающие возникновение и течение инфекционных заболеваний, закономерности выздоровления и невосприимчивости организма.

3. Специальная, частная – конкретно каждое заболевание, его патогенез, лабораторную диагностику, специфическую профилактику и лечение.

      За сравнительно короткий период медицинская микробиология достигла колоссальных успехов. Это особенно ярко видно в области борьбы с инфекционными заболеваниями. Известно, что такие болезни, как оспа, чума, холера, малярия, дифтерия и др. были бичом всего человечества. От этих заболеваний вымирали многие населённые местности. Многие из них ушли в область предания.

2.Основные этапы развития микробиологии, вирусологии и иммунологии.

К ним можно отнести следующие:

1.Эмпирических знаний (до изобретения микроскопов и их применения для изучения микромира).

Дж. Фракастро (1546 г.) предложил живую природу агентов инфекционных заболеваний-  contagiumvivum. Но не было никаких доказательств.

1. Морфологический период занял около двухсот лет.

Антони ванн Левенгук в 1675 г. впервые описал простейших, в 1683 г. основные формы бактерий. Несовершенство приборов (максимальное увеличение микроскопов Х300) и методов изучения микромира не способствовало быстрому накоплению научных знаний о микроорганизмах.

      Первым человеком, перед изумлённым взором которого открылся невидимый таинственный мир малых существ был голландский исследователь Антони ванн Левенгук. У него была страсть – он шлифовал линзы, мастерил микроскопы и рассматривал в них всё, что попадалось под руку. Его микроскоп по тем временам давал сильное увеличение (около 300 раз). Он был далёк от мысли сделать открытие, микроскоп был для него любимой игрушкой. Как-то раз Левенгуку захотелось узнать, почему перец обжигает язык. Может быть, в настое перца есть мельчайшие колючки? Когда он рассмотрел под микроскопом настой, то не поверил своим глазам: крошечные зверьки бегали в нём взад и вперёд, сталкивались, копошились, как муравьи в муравейнике. Левенгук забросил все свои дела, он теперь усердно искал зверюшек и находил их повсюду. В 1675 г. он сообщил в Лондонское королевское сообщество, что в дождевой воде, постоявшей на воздухе, ему удалось обнаружить «мельчайших, живых зверьков», которые отличались друг от друга по своей величине и движению. О живых зверьках зубного налёта он писал: «В моём рту их больше, чем людей в Соединённом королевстве». Эти наблюдения в последующем были обобщены им в книге «Тайны природы, открытие Антонием Левенгуком.» Открытие Левенгука поразило его современников. Русский царь Пётр 1 во время пребывания в Голландии посетил Левенгука для личного ознакомления с его микроскопами. И уже в 1725 г. в мастерских Академии наук в Петербурге стали конструировать и создавать микроскопы.

      Открытие Левенгука, а он и сам не знал, что всех этих зверюшек и будет изучать наука, которой он положил начало – микробиология. Его открытие явилось основой развития микробиологии, изучения форм микробов и их распространением во внешней среде. Это так названный морфологический период, продолжавшийся два десятилетия. Он был малоплодотворным, так как оптические приборы того времени не позволяли установить вид микробов. Не могли дать представление о роли микробов в природе.

2. Физиологический период (с 1875 г.)- эпоха Л. Пастера и Р. Коха.

Л. Пастер – изучение микробиологических основ процессов брожения и гниения, развитие промышленной микробиологии, выяснение роли микроорганизмов в круговороте веществ в природе, открытие анаэробных микроорганизмов, разработка принципов асептики, методов стерилизации, ослабления (аттенуации) вирулентности, получение вакцин ( вакцинных штаммов).

Р. Кох – метод выделения чистых культур на твёрдых питательных средах, способы окраски бактерий анилиновыми красителями, открытие возбудителей сибирской язвы, холеры (запятой Коха), туберкулёза (палочки Коха), совершенствование техники микроскопии. Экспериментальное обоснование критериев Хенле, известные как постулаты (триада) Хенле - Коха.

      С именем гениального французского учёного химика и микробиолога Л. Пастера (1822-1895) связаны важнейшие открытия в области микробиологии. Луи Пастер положил начало изучению физиологии и биохимии микробов, физиологическому периоду – выяснению роли микробов в природе и жизни человека. Л Пастер блестяще осуществил предсказание физика и философа XVII века Р. Бойля о том, что причину заразных болезней поймёт тот, кто объяснит сущность брожения. В 1856 Л. Пастер. Устанавливает биологическую природу молочнокислого, в 1857 г. спиртового брожения и этими исследованиями начинает свои замечательные работы по микробиологии. Занимаясь изучением брожения Л. Пастер делает важнейшее открытие для практики: он устанавливает, что микробы вызывающие спиртовое брожение, при нагревании до 60° гибнут, после чего жидкость не киснет, если в неё вновь не проникнут микробы.

      Этот способ обеззараживания впоследствии стал очень распространённым и получил название пастеризации. Изучая процесс гниения, приходит к выводу, что гниение вызывают микроорганизмы. Это открытие дало возможность знаменитому английскому хирургу Д. Листеру применять в практике обеззараживания ран дез. средства для уничтожения микробов, что позволило сохранить жизнь миллионам солдат. И уже за одно – это медицинская наука должна быть бесконечно благодарна Пастеру. Затем Л. Пастер исследует вопрос о самопроизвольном зарождении и блестяще решает его в 1860 г. Он доказал, что самопроизвольного зарождения живых существ не происходит. В 1863 г. показал, что болезнь шелковичных червей вызывается микроорганизмами. Полученные им данные послужили основой для развития промышленной микробиологии. Если обычно на юге Франции славившемся шелководством получали в год до 25 тыс. тонн шелка, то в результате болезней шелковичных червей производство упало до 4 тонн.

      Работы по брожению, изучение болезней шелковичных червей подготовили фундамент для исследования болезней животных и человека. Отправной рабочей гипотезой была чёткая мысль: причина инфекционных болезни микробы.

      Первая болезнь, вызываемая микробами, которую он изучал была сибирская язва. От неё иногда погибало до 50% животных чем наносила большой экономический ущерб. Пастер разработал метод получения и применения вакцин против сибирской язвы. 

       В 1882 г. Л.С Ценковский приезжает в Париж для того, чтобы работать, освоить методики проведения прививок. Однако ему не удаётся получить на это разрешение, и он, возвратившись на родину самостоятельно в 1884 г. разрабатывает надёжный способ вакцинации животных против сибирской язвы, причём предложенная вакцина была эффективнее чем у Л. Пастера. В последующем было установлено, что Л. Пастер не разрешил Л.С Ценковскому работать в своей лаборатории в связи с тем, что он продал этот секрет акционерному обществу и уже не имел права им распоряжаться.

      В конце 1880 г. Л. Пастер посетил один госпиталь и увидел мучения ребёнка, погибающего от бешенства, ребёнок погиб. Пастер взял его слюну, развёл её, привил кроликам под кожу, они погибли. Это послужило началом длительных опытов для получения необходимого прививочного материала. Изучая течение болезни, они пришли (Э. Ру, Ш. Шамберлан) к выводу, что микробный ад сосредотачивается в мозговой ткани. Был взят кусочек мозга животного больного бешенством, его размельчили, приготовили суспензию и ввели кролику. Он заболел. Взяли мозг у погибшего кролика и ввели другому и так повторялось 132 раза. У 133 кролика период от введения яда до начала заболевания сокращается до шести дней, и дальше степень ядовитости мозга остаётся постоянной. И затем если вирус несколько дней подвергать специальной обработке, то он полностью теряет свою ядовитость. Опыты провели на 100 собаках – успех! И вот 4 июля 1885 г. девятилетний мальчик Иосиф Мейстер был искусан бешенной собакой. Мать повела его к доктору, но он сказал, что мальчик должен погибнуть и единственный человек, который может его спасти – это Л. Пастер. И Пастер решил делать прививки. С каждой прививкой он волновался всё больше и больше. И вот – полный успех! Мальчик не заболел, выздоровел и ушёл домой 27 июля 1885 г.

      Таким образом, благодаря работам Пастера микробиология стала наукой. Он открыл тайну инфекционных болезней и предложил метод для борьбы с ними. Обращаясь с ними. Обращаясь к молодёжи в день своего 70-го юбилея, Пастер сказал» Нужно, придя к великой цели, иметь право сказать: я сделал, что мог…. Бесконечное счастье думать, что вы чем-нибудь способствовали прогрессу и благу человечества». Благодарное человечество высоко чтит память Л.Пастера. В 1888 г.- основан институт Пастера.

4. Иммунологический период.

     Изученные И.И. Мечниковым вопросы фагоцитоза дали толчок к появлению ряда работ, в которых доказано, что в защитных реакциях организма большую роль играют особые вещества сыворотки крови, вырабатываемые специальными клетками под влиянием микробов и их ядов. Так, Эмиль Ру изучая дифтерию, установил, что основным фактором обусловливающим клиническую картину является токсин. Они получили антитоксическую сыворотку путем иммунизации лошадей дифтерийным токсином. Затем были получены антитоксические сыворотки для лечения столбняка, газовой гангрены, ботулизма.

     В России противодифтерийная сыворотка была изготовлена Г.Н. Габрическим в 1894 г.

   12 февраля 1892г. на заседании Российской академии наук Д.И.Ивановский сообщил, что возбудителем мозаичной болезни табака является фильтрующийся вирус. Эту дату можно считать днем рождения вирусологии, а Д.И. Ивановского - ее основоположником. Впоследствии оказалось, что вирусы вызывают заболевания не только растений, но и человека, животных и даже бактерий. Однако только после установления природы гена и генетического кода вирусы были отнесены к живой природе.

     Развитие микробиологии оказало благотворное влияние на прогресс учения об инфекционных заболеваниях. Большая заслуга в прогрессе учения об инфекционных болезнях принадлежит многим русским исследователям, самоотверженным борцам за охрану здоровья человека, замечательные открытия которых характеризуются гуманностью и примерами самопожертвования как в научной, так и в практической медицинской деятельности. Заслуженной славой окружено имя Д.К. Заболотного (1866-1929). Много работал по вопросам изучения профилактики холеры – вакциной приготовленной из убитых вибрионов. Он совместно с И.Г. Савченко выпил холерную культуру. Д.К. Заболотный принимал сам активное участие в борьбе с чумой в Индии, Монголии, Маньчжурии. Он доказал лечебное действие противочумной сыворотки, механизм приобретенного иммунитета, научно обосновал эпидемиологическую роль сурков в образовании природных очагов чумы, установил литическое действие сывороток больных сифилисом на трепонем (реакция РИТ). Он был первым эпидемиологом России, поставившим преподавание эпидемиологии как самостоятельной дисциплины. Его ученики М.Н. Соловьев, Л.В. Громашевский. 

     Исключительный героизм проявили И.А. Деминский, М.А, Лебедева, И.В. Мамонтов, которые заразились во  время работы  по изучению чумы и погибли от неё.

     Г.Н. Минх и О.О. Мочутковский в опытах на самих себе установили заразность возвратного тифа, сыпного и пришли к заключению, что эти болезни передаются кровососущими насекомыми. 

     П.Ф. Здродовскому принадлежат классические работы по бруцеллёзу, риккетсиозам, столбняку и дифтерии. Блистательный путь страстной научной деятельности прошел. Л.А. Зильбер – микробиолог, иммунолог, вирусолог. Ему принадлежит открытие возбудителя весенне-летнего клещевого энцефалита. Он первый доказал наличие в злокачественных опухолях человека чужеродных для организма антигенов, имеющих, по его мнению, вирусную природу. Он автор вирусно-генетической теории происхождения злокачественных опухолей. Этими именами далеко не исчерпывается список крупных отечественных ученых микробиологов. Важнейшая заслуга отечественных исследователей состоит не только в их научных открытиях. Они всегда ведут обширную практическую работу, находясь всегда в огне эпидемий. С большим энтузиазмом они готовят новую смену микробиологов, продолжая традиции и развивая успехи своих предшественников, прославляя отечественную науку.

Каковы заслуги Луи Пастера в медицинской микробиологии?

Открыл возбудителя холеры

Открыл возбудителя туберкулёза

Получил вакцину против сибирской язвы, бешенства

Предложил плотные питательные среды

  Следующим важным этапом в развитии микробиологии стало открытие антибиотиков. 

В 1929г. А.Флеминг открыл пенициллин и началась эра антибиотикотерапии, приведшая к революционному прогрессу медицины. В дальнейшем выяснилось, что микробы приспосабливаются к антибиотикам, а изучение механизмов лекарственной устойчивости привело к открытию второго - нехромосомного (плазмидного) генома бактерий.

  Изучение плазмид показало, что они представляют собой еще более просто устроенные организмы, чем вирусы, и в отличии от бактериофагов не вредят бактериям, а наделяют их дополнительными биологическими свойствами. Открытие плазмид существенно дополнило представления о формах существования жизни и возможных путях ее эволюции.

  Современный молекулярно- генетический этап развития микробиологии, вирусологии и иммунологии начался во второй половине 20 века в связи с достижениями генетики и молекулярной биологии, созданием электронного микроскопа.

  В опытах на бактериях была доказана роль ДНК в передаче наследственных признаков. Использование бактерий, вирусов, а затем и плазмид в качестве объектов молекулярно-биологических и генетических исследований привело к более глубокому пониманию фундаментальных процессов, лежащих в основе жизни. Выяснение принципов кодирования генетической информации в ДНК бактерий и установление универсальности генетического кода позволило лучше понимать молекулярно- генетические закономерности, свойственные более высоко организованным организмам.

  Расшифровка генома кишечной палочки сделало возможным конструирование и пересадку генов. К настоящему времени генная инженерия создала новые направления биотехнологии.

  Расшифрованы молекулярно-генетическая организация многих вирусов и механизмы их взаимодействия с клетками, установлены способность вирусной ДНК встраиваться в геном чувствительной клетки и основные механизмы вирусного канцерогенеза.

  Подлинную революцию претерпела иммунология, далеко вышедшая за рамки инфекционной иммунологии и ставшая одной из наиболее важных фундаментальных медико-биологических дисциплин. К настоящему времени иммунология- это наука, изучающая не только защиту от инфекций. В современном понимании иммунология – это наука, изучающая механизмы самозащиты организма от всего генетически чужеродного, поддержании структурной и функциональной целостности организма.

  Иммунология в настоящее время включает ряд специализированных направлений, среди которых, наряду с инфекционной иммунологией, к наиболее значимым относятся иммуногенетика, иммуноморфология, трансплантационная иммунология, иммунопатология, иммуногематология, онкоиммунология, иммунология онтогенеза, вакцинология и прикладная иммунодиагностика.

  Медицинская микробиология и вирусология изучает возбудителей инфекционных болезней человека (их морфологию, физиологию, экологию, биологические и генетические характеристики), разрабатывает методы их культивирования и идентификации, специфические методы их диагностики, лечения и профилактики.

  К отдельным наиболее важным разделам медицинской микробиологии и вирусологии можно отнести клиническую микробиологию, санитарную микробиологию, медицинскую микологию и протозоологию, медицинскую паразитологию, учение о сапронозах. 

Задачи медицинской микробиологии.

  К ним можно отнести следующие:

  1.Установление этиологической (причинной) роли микроорганизмов в норме и патологии.

  2.Разработка методов диагностики, специфической профилактики и лечения инфекционных заболеваний, индикации (выявления) и идентификации (определения) возбудителей.

  3. Бактериологический и вирусологический контроль окружающей среды, продуктов питания, соблюдения режима стерилизации и надзор за источниками инфекции в лечебных и детских учреждениях.

  4.Контроль за чувствительностью микроорганизмов к антибиотикам и другим лечебным препаратам, состоянием микробиоценозов (микрофлорой) поверхностей и полостей тела человека.

  Методы микробиологической диагностики.

  Методы лабораторной диагностики инфекционных агентов многочисленны, к основным можно отнести следующие.

  1. Микроскопический- с использованием приборов для микроскопии. Определяют форму, размеры, взаиморасположение микроорганизмов, их структуру, способность окрашиваться определенными красителями.

  К основным способам микроскопии можно отнести световую микроскопию (с разновидностями-иммерсионная, темнопольная, фазово-контрастная, люминесцентная и др.) и электронную микроскопию. К этим методам можно также отнести авторадиографию (изотопный метод выявления).

  2.Микробиологический (бактериологический и вирусологический) - выделение чистой культуры и ее идентификация.

  3.Биологический - заражение лабораторных животных с воспроизведением инфекционного процесса на чувствительных моделях (биопроба).

  4.Иммунологический (варианты - серологический, аллергологический) - используется для выявления антигенов возбудителя  или антител к  ним.

  Молекулярно- генетический - ДНК- и РНК- зонды, полимеразная цепная реакция (ПЦР) и многие другие.

  Заключая изложенный материал, необходимо отметить теоретическое значение современной микробиологии, вирусологии и иммунологии. Достижения этих наук позволили изучить фундаментальные процессы жизнедеятельности на молекулярно- генетическом уровне. Они обусловливают современное понимание сущности механизмов развития многих заболеваний и направления их более эффективного предупреждения и лечения.

  

Кто в России впервые получил антибиотик - пенициллин и принял участие в организации его производства?

М.П. Чумаков

М.Г. Савченко

Л.А. Зильбер

З.В. Ермольева