^{КУРС ЛЕКЦИИ}

ПО дисциплине - «Микробиология

и иммунология».

Для специальности 111100.62-Зоотехния

Микробиология (от греч. micros - малый, bios - жизнь, logos -чение) - наука о мельчайших, не видимых простым глазом организмах, названных микроорганизмами или микробами.

Микробы представляют собой самостоятельную обширную группу низших, в большинстве своем одноклеточных организмов, генетически связанных с растительным и животным мирами. Для изучения этих организмов, различимых только при увеличении в сотни и тысячи раз, разработаны совершенно оригинальные методы исследования.

Микробиология изучает строение, физиологию, биохимию, генетику и экологию микроорганизмов, их взаимоотношения с окружающей средой и значение в жизни человека, животных и всей биосферы.

Своим успешным развитием микробиология обязана в первую очередь достижениям физики и химии, позволившим расшифровать некоторые особенности обмена веществ. Благодаря электронной микроскопии изучена тонкая структура бактериальной клетки. Химия дала много новых аналитических методов исследования, что заставило пересмотреть механизмы и сущность энергетического обмена, биосинтеза ряда веществ. В свою очередь, неоценим вклад микробиологии в генетику, биохимию, молекулярную биологию. Использование микроорганизмов в качестве генетических и биохимических объектов открыло новую эпоху в естествознании. С достижениями в микробиологии связано решение многих теоретических проблем общей биологии и медицины, а также их практического применения. На микроорганизмах впервые была установлена роль ДНК в передаче наследственной информации, доказаны сложная структура гена и взаимосвязь мутационных процессов со структурой ДНК. Изучение жизнедеятельности микроорганизмов выявило их способность (высокую активность) к синтезу весьма ценных соединений, имеющих большое практическое значение.

В зависимости от экологических особенностей микробов, условий их обитания, сложившихся в процессе эволюции различных взаимоотношений микробов и окружающей среды, наконец, в зависимости от практических потребностей человека наука о микробах в своем развитии дифференцировалась на специальные дисциплины.

Общая микробиология изучает общие закономерности строения, развития и жизнедеятельности микроорганизмов, их роль в природе, генетику, а также вопросы систематики и классификации. Она является базовой для всех других отраслевых разделов микробиологии.

Промышленная (техническая) микробиология изучает микроорганизмы, используемые в различных отраслях промышленности с целью получения пищевых продуктов, спирта, ферментов, аминокислот, витаминов, антибиотиков, кормового белка и других биологически активных веществ, а также разрабатывает способы предохранения продуктов и сырья от порчи их микроорганизмами.

Космическая микробиология изучает влияние космических условий на жизнедеятельность микроорганизмов.

Геологическая микробиология изучает роль микроорганизмов в образовании и разложении руд, извлечении и получении из этих руд металлов, образовании полезных ископаемых, круговороте наиболее важных биогенных элементов.

Сельскохозяйственная микробиология изучает микроорганизмы, участвующие в формировании почвенных структур, повышении плодородия почв, создании бактериальных удобрений, а также вызывающие болезни сельскохозяйственных культур и меры борьбы с ними. Кроме того, разрабатывает методы консервирования кормов с помощью микробов (силосование и др.).

Медицинская микробиология изучает микроорганизмы, вызывающие инфекционные болезни человека, и разрабатывает методы диагностики, профилактики и лечения этих болезней специальными препаратами (сыворотки, вакцины и др.), а также условия сохранения патогенных микробов в окружающей среде, пути и механизмы их распространения.

Ветеринарная микробиология изучает микроорганизмы, вызывающие инфекционные болезни сельскохозяйственных, промысловых и диких животных, птиц, рыб, пчел, а также общие для животных и человека (зооантропонозы). Кроме того, роль микроорганизмов в животноводстве (микрофлору кормов, желудочно-кишечного тракта) и технологиях получения пищевых продуктов животного происхождения.

В самостоятельные дисциплины из ветеринарной микробиологии выделились иммунология, вирусология, санитарная микробиология, микология.

Иммунология изучает закономерности проявления, механизмы и способы управления иммунитетом, антигены и антитела, вопросы аллергии, диагностики, специфической профилактики и терапии.

Вирусология изучает микроорганизмы, не имеющие клеточной структуры, - вирусы, их природу, химический состав взаимоотношения с клеткой хозяина, механизмы внутриклеточного паразитизма и др. Вирусы поражают людей, животных растения, а также бактерии и другие микроорганизмы. Вместе с тем их используют как одну из основных моделей в генетике и молекулярной биологии. Вирусология обладает собственными методами исследования.

Санитарная микробиология занимается вопросами выживания патогенных и условно-патогенных микробов в окружающей среде, разрабатывает методы санитарно-бактериологического контроля объектов окружающей среды (воды, воздуха, почвы, навоза, кормов, молока и др.) и методы их оздоровления.

Микология (от греч. mykes - гриб и logos - наука) - наука о грибах получила начало во второй половине XVIII., в настоящее время сформировалась полностью как самостоятельная.

Ветеринарная микробиология тесно связана с медицинской, своими задачами и методами их решений, но применительно к животным. Недаром говорят, что они взаимодополняют друг друга: «медицинский врач лечит человека, а ветеринарный человечество». Микробиология как наука всегда стояла на страже здоровья человека.

В настоящее время в РФ имеется большое количество научно-исследовательских институтов, проблемных лабораторий, развита сеть республиканских, областных, межрайонных и районных ветеринарных лабораторий. Микробиологические проблемы изучают на кафедрах микробиологии в ветеринарных вузах и на ветеринарных факультетах сельскохозяйственных вузов страны. Микробиологические методы исследования применяют в ряде смежных дисциплин: эпизоотологии, ветеринарно-санитарной экспертизе, акушерстве, хирургии, фармакологии и др. Овладение столь обширными микробиологическими знаниями и методами необходимо для формирования профессионального мышления ветеринарного врача широкого профиля.

Главные задачи современной микробиологии составляют углубленное изучение молекулярной организации и метаболизма микроорганизмов, микробиологического синтеза новых ценных продуктов, влияния факторов среды на жизнедеятельность микроорганизмов; изыскание специфических средств борьбы с инфекционными болезнями человеке, животных и растений.

Краткая история развития микробиологии.

На Протяжении тысячелетий человек жил в окружении невидимых существ, бессознательно использовал продукты их жизнедеятельности, основой которых служили процессы молочнокислого, спиртового уксуснокислого брожений. Страдал от них, когда эти существа были причиной болезни, но не подозревал об их присутствии, так как их размеры много ниже предела видимости человеческого глаза.

Предположения о том, что брожение, гниение и заразные (инфекционные) болезни - результат воздействия невидимых существ, были выдвинуты Гиппократом (460-377гг. до н.э.), Лукрецием (96-55 гг. до н.э.), Вергилием (70-19 гг. до н.э.). Итальянский врач и астроном Д. Фракастро (1478-1553), А. Кирхер (начало XVII в.) пришли к заключению, что болезни от человека к человеку передаются мельчайшими живыми существами, но доказать этого не могли.

Возникновение микробиологии как науки стало возможным после изобретения микроскопа. Первым, кто увидел и описал микроорганизмы, был голландский натуралист Антоны ван Левенгук (1632—1723), который сконструировал прибор (микроскоп), дававший увеличение до 300 раз. В микроскоп он рассматривал воду из пруда, настои, кровь, зубной налет и многое другое. В рассматриваемых объектах он обнаруживал мельчайшие существа, названные им живыми зверьками, которые имели шаровидные, палочковидные и извитые формы. Книга «Тайны природы, открытые А. Левенгуком» (1695) привлекла внимание ученых многих стран и побудила к изучению микроорганизмов. Открытие Левенгука положило начало возникновению и развитию микробиологии. Однако исследования в течение многих десятилетий сводились лишь к описанию различных форм микроорганизмов.

Период с конца XVII в. до середины XIX в. вошел в историю как описательный, или морфологический, так как роль микроорганизмов в природе, жизни животных и человека оставалась невыясненной, но тем не менее он создал условия для перехода к следующему этапу.

Бурное развитие микробиологии начинается со второй половины XIX в. благодаря работам выдающегося французского ученого-химика Луи Пастера (1822—1895), который открыл сущность природы брожения и положил начало физиологическому периоду. В то время в науке господствовала теория Ю.Либиха, утверждавшая, что брожение и гниение процессов, обусловленных действием ферментов, и представляют собой чисто химическое явление без участия микроорганизмов. Л. Пастер доказал, что причина брожения и гниения это микроорганизмы, вырабатывающие различные ферменты. Каждый бродильный процесс обусловлен жизнедеятельностью специфического возбудителя; гниение вызывается группой гнилостных бактерий и т. д. Изучая маслянокислое брожение, Пастер установил, что Вас. butyricum развивается при отсутствии кислорода, и тем самым открыл явление анаэробиоза.

С именем Л. Пастера связано решение вопроса о самопроизвольном зарождении жизни. Он экспериментально доказал, что при абсолютной стерильности питательных растворов и исключении последующего загрязнения в них невозможно появление микробов и развитие гниения. Жизнь возникает тогда, писал Л. Пастер, когда микроорганизмы в питательный раствор проникают извне.

В 1865 г. Л. Пастер установил, что порча вина и пива обусловлены попаданием в сусло микроорганизмов или диких дрожжей, и для предупреждения их размножения предложил нагревать вино и пиво до 100 С. Этот способ получил название пастеризация.

Историческая справедливость требует отметить, что в XVIII в., еще задолго до Л. Пастера, выдающийся русский ученый М. Тереховский (1740—1796) применял кипячение как метод стерилизации в своих опытах, поставленных с целью решения вопроса о самозарождении. Анализируя условия появления живых организмов в различных настоях, он пришел к выводу, что их образование в средах, подвергнутых кипячению, не происходит. Благодаря этим открытиям возникли антисептика и асептика в хирургии.

В 1868 г. Л. Пастер установил, что болезнь шелковичных червей вызывают особые микроорганизмы. Для борьбы с ними он предложил простой и эффективный метод: всех больных чер­вей (гусениц) - производителей шелка - уничтожать и заменять здоровыми бабочками.

Занимаясь изучением природы заразных болезней, Пастер открыл возбудителя холеры кур, стафилококки, стрептококки, воз­будителя рожи свиней, установил этиологию сибирской язвы. Он обнаружил важное свойство патогенных микроорганизмов - способность к ослаблению вирулентности. На этой основе им была разработана стройная теория ослабления вирулентности микроорганизмов. Пастер успешно использовал ослабленные культуры для прививок против инфекционных болезней. Культуры микроорганизмов с ослабленной вирулентностью были названы вакцинами, а метод прививок - вакцинацией. Л. Пастер предложил методы получения вакцин против холеры кур, сибирской язвы, бешенства. С этого времени в микробиологии наступила иммунологическая эра. Основателями иммунологии были И.И.Мечников (1845—1916), Эмиль Беринг (1854—1917) и Пауль Эрлих (1854-1915).

Идея предохранения людей от заразных болезней не была новой. За много лет до работ Пастера английский врач Э. Дженнер (1749-1823) разработал метод предохранительных прививок против оспы. Заражая людей коровьей оспой, он по существу разрешил проблему борьбы с оспой человека. Однако сущность этого метода была разгадана Л. Пастером только через 100 лет.

При изучении сибирской язвы Пастером в результате культивирования сибиреязвенных бацилл при температуре 42,5С был получен низковирулентный вакцинный штамм.

Вершина деятельности Пастера - исследования по борьбе с бешенством. Многочисленные попытки выделить возбудителя на искусственной среде или хотя бы увидеть его под микроскопом оказались безрезультатными. Поэтому в качестве исходного материала для приготовления вакцины был использован мозг кроликов, зараженных суспензией из мозга собаки, погибшей от бешенства. Путем многократных пассажей через мозг кролика был получен возбудитель со стабильными свойствами (virus fixe), который послужил исходным материалом для изготовления антирабических (rabies - бешенство) вакцин. Опыты предохранения собак от заражения бешенством с помощью таких вакцин дали хороший результат. Однако испытать вакцину на человеке Л. Пастер долго не соглашался. Все же он решился вакцинировать ребенка, сильно искусанного бешеной собакой, и тем спас его от неизбежной смерти.

Успех Л. Пастера стал сенсацией. В Париж из разных стран начали прибывать люди, искусанные бешеными животными. Одной из первых стран, где было налажено производство антирабической вакцины по методу Л. Пастера и прививки для предупреждения бешенства, была Россия. В июне 1886г. И.И.Мечников и Н. Ф. Гамалея организовали в Одессе Пастеровскую станцию.

Идеи Л. Пастера и его учеников (Э. Ру, А. Иерсен, Э.Дюкло, Ш. Шамберлан, Г. Рамон, Ж. Борде, А. Кальмет и др.), теоретические и практические результаты их исследований приобрели всеобщее признание; благодаря их использованию были открыты и изучены возбудители многих заразных болезней, разработаны средства и методы лечения и профилактики.

Человечество высоко чтит выдающиеся заслуги и память Луи Пастера. На средства, собранные по международной подписке, в 1888 г. в Париже был открыт Пастеровский институт, остающийся до настоящего времени крупнейшим центром микробиологических исследований. Имя Л. Пастера присвоено многим научно-исследовательским институтам в различных странах мира и нашей стране.

Ценный вклад в новую науку - микробиологию наряду с Пастером внес немецкий ученый Роберт Кох (1843-1910). Им разработаны методы микробиологических исследований. Впервые в практике лабораторных исследований были предложены плотные питательные среды мясопептонный желатин и мясопептонный агар, что позволило выделять и изучать чистые культуры микробов. Кох разработал методы окраски микробов анилиновыми красителями, применил для микроскопии иммерсионную систему и конденсор Аббе, а также микрофотографирование, научно обосновал теорию и практику дезинфекции. Велики его заслуги в изучений микроорганизмов как возбудителей заразных болезней. Koх выявил возбудителя сибирской язвы (1876), туберкулеза (1882), холеры человека (1883), изобрел туберкулин. Им была создана школа бактериологов, из которой вышли Э. Беринг, Ф. Леффлер.

Отечественные ученые обогатили микробиологию рядом крупнейших открытий. Многие из них стали основоположниками новых направлений благодаря энтузиазму, трудолюбию, любви к науке и своей родине.

Одним из первых «охотником за микробами» в Европе и России был русский врач Данило Самойлович. Во время эпидемии чумы в Москве в 1771 г. он пытался найти возбудителя этого заболевания. Обладая качествами бесстрашного исследователя, он заразил себя гноем больных чтобы доказать возможность предохранения людей от чумы с помощью прививок. Умер Самойлович во время эпидемии чумы в Таганроге.

На ранних этапах развития микробиологии имели значение работы Л. С. Ценковского, который в 1856 г. опубликовал классический труд «О низших водорослях и инфузориях». Л. С. Ценковский на основе принципа аттенуаци микробов, разработанного Л. Пастером, получил свой вариант вакцинного штамма бацилл сибирской язвы. Его вакцины I и II против сибирской язвы (1883) многие годы использовали в ветеринарной практике.

Велика заслуга в развитии микробиологии гениального русского ученого И. И. Мечникова (1845-1916). К числу важнейших достижений в области микробиологии относятся его исследования патогенеза холеры человека, сифилиса, туберкулеза, возвратного тифа.

На принципе антагонизма им была обоснована теория долголетия и предложено для продления человеческой жизни использовать простоквашу, впоследствии названную мечниковской. В 1886 г. он совместно с Н. Ф. Гамалея организовал первую в России Одесскую бактериологическую станцию.

И. И. Мечников создал новое направление в микробиологии иммунологию - учение о невосприимчивости организма к инфекционным болезням (иммунитет). Им создана фагоцитарная теория иммунитета, раскрыта сущность воспаления как защитной реакции организма. Немало учеников Мечникова впоследствии стали крупными микробиологами: Н. Ф. Гамалея, А. М. Безредка, Л. А. Тарасевич, Г. Н. Габричевский и др.

Велика роль в становлении микробиологии Н. Ф. Гамалеи (1859-1949). Его научные работы посвящены изучению инфекции и иммунитета, изменчивости бактерий, профилактике сыпного тифа, холеры, туберкулеза и других болезней. Гамалея впервые в 1893 г. наблюдал и описал явление спонтанного лизиса бактерий под влиянием неизвестного в то время агента - бактериофага, принимал активное участие в создании первой бактериологической станции в России и ввел в практику прививку против бешенства.

Г. Н. Габричевский (1860-1907) первым начал читать курс бактериологии в Московском университете. В 1893 г. он выпустил учебник «Медицинская микробиология», в 1895 г. создал в Москве первый бактериологический институт. С первых дней работы института Г. Н. Габричевский приступил к изготовлению противодифтерийной сыворотки, затем внедрил ее во врачебную практику. Он установил значение гемолитического стрептококка как возбудителя скарлатины, разработал и предложил вакцину, изучил его роль в патологии человека.

Многим обязана микробиология русскому ученому Д. И. Ивановскому (1864-1920), создателю нового направления — вирусологии. В 1892 г. им был открыт возбудитель мозаичной болезни табака, получивший название фильтрующегося вируса.

Основоположник общей и почвенной микробиологии С. Н. Виноградский (1856-1953) разработал накопительные питательные среды, выделил и изучил азотфиксирующие и нитрифицирующие бактерии почвы, установил роль микробов в круговороте азота, углерода, фосфора, железа и серы; впервые доказал существование бактерий, самостоятельно синтезирующих органические вещества, что позволило открыть новый тип питания микробов аутотрофизм.

Славную страницу в историю ветеринарной микробиологии внесли отечественные микробиологи Е. М. Земмер, И. И. Щукевич, И. М. Садовский, А. В. Дедюлин, А. В. Конев, А. А. Раевский и многие другие. Большой вклад в развитие ветеринарной микробиологии по изучению патогенеза, разработке диагностики и средств специфической профилактики многих инфекционных болезней животных внесли Г. М. Андреевский, П. Н. Андреев, А. М. Владимиров, С. В. Вышелесский, Д. С. Руженцев, М. Г. Тартаковский и многие другие.

Н. А. Михин (1872-1946) - один из основоположников ветеринарной микробиологии в нашей стране - открыл возбудителя лептоспироза крупного рогатого скота, разработал методику изготовления формолвакцины против сальмонеллеза телят и противоколибактериозной сыворотки, а также методику гипериммунизации лошадей при получении противосибиреязвенной сыворотки. Он является автором первого в стране учебника «Курс частной микробиологии для ветеринарных врачей и студентов».