XIX в., особенно его вторую половину, принято называть физиологическим периодом в

развитии микробиологии. Этот этап связан с дменем Л. Пастера, который стал

основоположником медицинской микробиологии, а также иммунологии tf биотехнологии.

Разносторонне образованный, блестящий экспериментатор, член Французской академии наук и

Французской медицинской академии, Л. Пастер сделал ряд "выдающихся открытий. За короткий

период с 1857 по 1885 г. он доказал, что:

- брожение (молочнокислое, спиртовое, уксуснокислое) не является химическим процессом, а его вызывают микроорганизмы;

-опроверг теорию самозарождения;

- открыл явление анаэробиоза, т.е. возможность жизни микро9рганизмов в отсутствие кислорода;

-заложил основы дезинфекции, асептики и антисептики;

-открыл способ предохранения от инфекционных болезней с помощью

вакцинации. . *'

Многие открытия Л. Пастера принесли человечеству огромную практическую пользу.4 Путем

прогревания (пастеризации) были побеждены болезни пива и вина, молочнокислых продуктов,

вызываемые микроорганизмами; для предупреждения гнойных осложнений ран введена

антисептика [Листер Д., 1867]; на основе принципов Л. Пастера разработаны многие вакцины

для борьбы с инфекционными болезнями.

Однако значение трудов Л. Пастера выходит далеко за рамки только этих практических

достижений. Л. Пастер вывел микробиологию и иммунологию на принципиально новые позиции,

показал роль микроорганизмов в жизни людей, экономике, промышленности, инфекционной

патологии, заложил принципы, по которым развиваются микробиология й иммунология и в наше

время.

Л. Пастер был, кроме того, выдающимся учителем и организатором науки. Пастеровский

институт в Париже, основанный в 1888 г. на народные средства, до сих пор является одним

из ведущих научных учреждений мира. Не случайно вирус иммунодефицита человека (ВИЧ)4

открыт ученым этого института Л, Мон-танье (одновременно с американцем Р.Галло).

Физиологический период в развитии Микробиологии связан также с именем немецкого ученого

Робертй Коха, которому принадлежит разработка методов получения чистых культур бактерий,

окраски бактерий при микроскопии, микрофотографии. Известна также сформулированная Р.

Кохом триада Коха, которой до сих пор пользуются при установлении возбудителя болезни.

1857 Г. — Брожения. 1860 г.—Самопроизвольное зарождение. 1865 г. — Болезни вина и пива. 1868 г. — Болезни шелковичных червей. 1881 г. — Зараза и вакцина. 1885 г. — Предохранение от бешенства".

Л. Пастер впервые показал, что микроорганизмы — это активные формы, полезные или вредные, энергично воздействующие на окружающую природу. в том числе и на человека.

. Физиологический период (пастеровский): II пол. 19 в.

Научная деятельность Луи Пастера.

Начало физиологического периода относится к 60-м годам 19 в. и связано с деятельностью выдающегося французского ученого, химика по специальности, Луи Пастера (1822-1895). Микробиология обязана Пастеру не только своим бурным развитием, но и становлением как науки. С именем Пастера связаны наиболее крупные открытия, принесшие ему мировую известность: брожение (1857), самопроизвольное зарождение (1860), болезни вина и пива (1865), болезни шелковичных червей (1868), инфекция и вакцины (1881), бешенство (1885).

Пастер свою научную деятельность начал с работ по кристаллографии. Им было обнаружено, что при перекристаллизации солей оптически неактивной рацемической винной кислоты образуется два типа кристаллов. Раствор, приготовленный из кристаллов одного типа, вращает плоскость поляризованного света вправо, из кристаллов другого типа - влево. Далее Пастером было обнаружено, что плесневый гриб, выросший в растворе рацемической винной кислоты, потребляет только одну из изомерных форм (правовращающую). Это наблюдение позволило Пастеру сделать вывод о специфическом воздействии микроорганизмов на субстраты и послужило теоретической основой для последующего изучения физиологии микроорганизмов. Наблюдения Пастера над низшим плесневым грибком привлекли его внимание к микроорганизмам вообще.

В 1854 г. Пастер получил должность штатного профессора в университете г. Лилля. Именно здесь он начал свои микробиологические исследования, положившие начало микробиологии как самостоятельной научной дисциплине.

Поводом для начала изучения процессов брожения послужило обращение к Пастеру лилльского фабриканта с просьбой помочь выяснить причины систематических неудач в сбраживании свекловичного сока для получения спирта. Результаты исследований, опубликованные в конце 1857 г., с несомненностью доказывали, что процесс спиртового брожения является результатом жизнедеятельности определенной группы микроорганизмов - дрожжей и происходит в условиях без доступа воздуха.

Почти одновременно с изучением спиртового брожения Пастер приступил к изучению молочнокислого брожения и также показал, что этот вид брожения вызывается микроорганизмами, названными им «молочнокислыми дрожжами». Итоги исследований Пастер изложил в опубликованных работах «Мемуар о молочнокислом брожении».

Действительно, результаты исследований Пастера не просто новые научные данные. Это смелое опровержение господствовавшей тогда теории физико-химической природы брожения, поддерживаемой и отстаиваемой крупнейшими научными авторитетами того времени: И. Берцелиусом, Э. Митчерлихом, Ю. Либихом. И Пастер это прекрасно понимал. Молочнокислое брожение - наиболее простой «химический» процесс распада молекулы сахара на две триозы, и доказательство того, что этот распад связан с жизнедеятельностью микроскопических организмов, являлось весомым аргументом, поддерживающим теорию биологической природы брожений.

Вторым аргументом в поддержку биологической природы брожений было экспериментальное доказательство Пастером возможности осуществлять спиртовое брожение на среде, не содержащей белка. (Согласно химической теории брожения последнее есть результат каталитической активности «фермента», которым является вещество белковой природы.) Полученные данные были затем подробно описаны Пастером в «Мемуаре о спиртовом брожении».

Изучение маслянокислого брожения привело Пастера к выводу, что жизнь некоторых микроорганизмов не только может протекать в отсутствие свободного кислорода, но последний вреден для них. Результаты этих наблюдений были опубликованы в 1861 г. в сообщении, озаглавленном «Анималькули-инфузории, живущие без свободного кислорода и вызывающие брожение». Обнаружение отрицательного влияния свободного кислорода на процесс маслянокислого брожения было, пожалуй, последним моментом, полностью опровергавшим теорию химической природы брожений, поскольку именно кислороду отводилась роль соединения, дававшего первый толчок к внутреннему движению белковым частицам «фермента». Серией исследований в области брожений Пастер убедительно доказал несостоятельность химической теории брожений, вынудив своих противников признать их заблуждения. За работы по исследованию анаэробиоза в 1861 г. Пастер получил премию французской Академии наук и медаль Лондонского Королевского общества. Итог двадцатилетним исследованиям с области брожений был подведен Пастером в «Исследовании о пиве, его болезнях, их причинах, способах сделать его устойчивым, с приложением новой теории брожения» (1876).

В 1865 г. французское правительство обратилось к Пастеру с просьбой помочь шелководам, терпевшим большие убытки из-за болезней шелковичных червей. Около пяти лет посвятил Пастер изучению этого вопроса и пришел к выводу, что болезни шелковичных червей вызываются определенными микроорганизмами. Пастер детально изучил течение болезни - пебрины шелковичных червей и разработал практические рекомендации по борьбе с заболеванием: он предложил искать под микроскопом в телах бабочек и куколок возбудителей заболевания, отделять заболевшие особи и уничтожать их и т.д.

Установив микробную природу инфекционных заболеваний шелковичных червей, Пастер пришел к мысли, что болезни животных и человека также обусловлены воздействием микроорганизмов. Первой его работой в этом направлении было доказательство того, что родильная горячка, широко распространенная в описываемый период, вызывается определенным микроскопическим возбудителем. Пастер выявил возбудителя горячки, показал, что причина ее - пренебрежение правилами антисептики со стороны медицинского персонала, и разработал методы защиты от проникновения возбудителя в организм.

Дальнейшие работы Пастера в области изучения инфекционных заболеваний привели к открытию им возбудителей куриной холеры. Остеомиелита, гнойных абсцессов, одного из возбудителей газовой гангрены. Таким путем Пастер показал и доказал, что каждое заболевание порождается специфическим микроорганизмом.

В 1879 г. при изучении куриной холеры Пастер разработал метод получения культур микробов, которые утрачивают способность быть возбудителем заболевания, т. е. теряют вирулентность, и использовал это открытие для предохранения организма от последующего заражения. Последнее легло в основу создания теории иммунитета.

Изучение инфекционных болезней Пастером сочеталось с разработкой мер для активной борьбы с ними. На основе методики получения ослабленных культур вирулентных микроорганизмов, названных «вакцинами», Пастер нашел способы борьбы с сибирской язвой и бешенством. Вакцины Пастера получили всемирное распространение. Учреждения, где проводятся прививки против бешенства, в честь Пастера названы Пастеровскими станциями.

Работы Пастера были по достоинству оценены его современниками и получили международное признание. В 1888 г. для Пастера на средства, собранные по международной подписке, был построен в Париже научно-исследовательский институт, носящий в настоящее время его имя. Пастер был первым директором этого института.

Основные типы брожения

Спиртовое брожение ^[2](осуществляется дрожжами и некоторыми видами бактерий), в ходе него пируват расщепляется на этанол и двуокись углерода. Из одной молекулы глюкозы в результате получается две молекулы питьевого спирта (этанола) и две молекулы углекислого газа. Этот вид брожения очень важен в производстве хлеба, пивоварении, виноделии и винокурении^[3]. Если в закваске высока концентрация пектина, может также производиться небольшое количество метанола. Обычно используется только один из продуктов; в производстве хлеба алкоголь улетучивается при выпечке, а в производстве алкоголя двуокись углерода обычно уходит в атмосферу, хотя в последнее время её стараются утилизировать.

Молочнокислое брожение, в ходе которого пируват восстанавливается до молочной кислоты, осуществляют молочнокислые бактерии и другие организмы. При сбраживании молока молочнокислые бактерии преобразуют лактозу в молочную кислоту, превращая молоко в кисломолочные продукты (йогурт, простокваша и др.); молочная кислота придаёт этим продуктам кисловатый вкус.

Молочнокислое брожение происходит также в мышцах животных, когда потребность в энергии выше, чем обеспечиваемая дыханием, и кровь не успевает доставлять кислород.

Обжигающие ощущения в мышцах во время тяжелых физических упражнений соотносятся с получением молочной кислоты и сдвигом к анаэробному гликолизу, поскольку кислород преобразуется вдвуокись углерода аэробным гликолизом быстрее, чем организм восполняет запас кислорода; а болезненность в мышцах после физических упражнений вызвана микротравмами мышечных волокон. Организм переходит к этому менее эффективному, но более скоростному методу производства АТФ в условиях недостатка кислорода. Затем печень избавляется от излишнего лактата, преобразуя его обратно в важное промежуточное звено гликолиза — пируват.

Считается, что анаэробный гликолиз был первым источником энергии для общих предков всех живых организмов до того, как концентрация кислорода в атмосфере стала достаточно высокой, и поэтому эта форма генерации энергии в клетках — более древняя. За очень редкими исключениями она существует и у всех ныне живущих клеток.

Уксуснокислое брожение осуществляют многие бактерии. Уксус (уксусная кислота) — прямой результат бактериальной ферментации. При мариновании продуктов уксусная кислота предохраняет пищу от болезнетворных и вызывающих гниение бактерий.

Самозарождение жизни

Основная статья: Самозарождение

Эта теория была распространена в Древнем Китае, Вавилоне и Древнем Египте в качестве альтернативы креационизму, с которым она сосуществовала. Аристотель (384—322 гг. до н. э.), которого часто провозглашают основателем биологии, придерживался теории спонтанного зарождения жизни. Согласно этой гипотезе, определённые «частицы» вещества содержат некое «активное начало», которое при подходящих условиях может создать живой организм. Аристотель был прав, считая, что это активное начало содержится в оплодотворенном яйце, но ошибочно полагал, что оно присутствует также в солнечном свете, тине и гниющем мясе.

С распространением христианства теория спонтанного зарождения жизни оказалась не в чести, но эта идея все продолжала существовать где-то на заднем плане в течение ещё многих веков.

Известный ученый Ван Гельмонт описал эксперимент, в котором он за три недели якобы создал мышей. Для этого нужны были грязная рубашка, тёмный шкаф и горсть пшеницы. Активным началом в процессе зарождения мыши Ван Гельмонт считал человеческий пот.

В 1688 году итальянский биолог и врач Франческо Реди подошёл к проблеме возникновения жизни более строго и подверг сомнению теорию спонтанного зарождения. Реди установил, что маленькие белые червячки, появляющиеся на гниющем мясе, — это личинки мух. Проведя ряд экспериментов, он получил данные, подтверждающие мысль о том, что жизнь может возникнуть только из предшествующей жизни (концепция биогенеза).

Эти эксперименты, однако, не привели к отказу от идеи самозарождения, и хотя эта идея несколько отошла на задний план, она продолжала оставаться главной версией зарождения жизни.

В то время как эксперименты Реди, казалось бы, опровергли спонтанное зарождение мух, первые микроскопические исследования Антони ван Левенгука усилили эту теорию применительно кмикроорганизмам. Сам Левенгук не вступал в споры между сторонниками биогенеза и спонтанного зарождения, однако его наблюдения под микроскопом давали пищу обеим теориям.

В 1860 году проблемой происхождения жизни занялся французский химик Луи Пастер. Своими опытами он доказал, что бактерии вездесущи и что неживые материалы легко могут быть заражены живыми существами, если их не стерилизовать должным образом. Учёный кипятил в воде различные среды, в которых могли бы образоваться микроорганизмы. При дополнительном кипячении микроорганизмы и их споры погибали. Пастер присоединил к S-образной трубке запаянную колбу со свободным концом. Споры микроорганизмов оседали на изогнутой трубке и не могли проникнуть в питательную среду. Хорошо прокипяченная питательная среда оставалась стерильной, в ней не обнаруживалось зарождения жизни, несмотря на то, что доступ воздуха был обеспечен.

В результате ряда экспериментов Пастер доказал справедливость теории биогенеза и окончательно опроверг теорию спонтанного зарождения.

Болезни шелковичного червя— (Bombyx mori) остаются до сих пор весьма мало исследованными, несмотря на труды таких ученых, как Пастер, Габерландт, Мальо и др. По причинам, вызывающим эти болезни, их обыкновенно делят на две большие группы: 1) болезни эпидемические, вызываемые различными растительными и животными микроорганизмами, и 2) болезни, причина которых лежит в неправильном уходе за червями и в отсутствии нормальных гигиенических условий их воспитания. Из болезней первой группы самой гибельной для шелковичных червей является бесспорно пебрина, или гаштина (иначе "пятнистая болезнь"), опасная потому, что она является болезнью наследственной, способной передаваться из поколения в поколение. Болезнь эта является как следствие заражения червей особым микроорганизмом, Panhistophyton ovatum, относимым большинством ученых к низшим грибкам; у пораженных пебриной червей, а также и бабочек все органы переполнены этими организмами, представляющимися в виде микроскопических прозрачных телец овальной формы, имеющих около 0,004 мм в длину и 0,0 0 2 мм в ширину; тельца эти в честь открывшего их впервые ученого принято называть "тельцами Карпалиа". Несмотря на то, что микроорганизмы эти открыты еще в 40-х годах настоящего столетия, до сих пор еще не удалось проследить ни истории их развития, ни даже способов размножения. Достоверно известно только, что они, как и все вообще низшие организмы, размножаются с чрезвычайной быстротой, переполняют собой все ткани пораженного червя и влекут за собой смерть или непосредственно его самого, или всего его потомства. Вследствие своей микроскопической величины и незначительного веса тельца пебрины легко попадают в воздух, а из него на здоровых червей, чем и объясняется чрезвычайная заразительность пебрины, способной, как сказано, в короткое время уничтожить громадные выводки червей и подавлять в корне шелководство целой местности, как оно было, напр., у нас на Кавказе в 1868—69 годах, когда болезнь эта опустошила все червоводни Закавказья и уничтожила почти всех шелковичных червей. Кроме того, пебрина передается и непосредственно от одного червя к другому, главным образом, посредством помета. Так как у больного червя тельцами пебрины поражены, подобно остальным органам, и органы пищеварения, то помет такого червя вместе с остатками непереваренной пищи заключает и названные тельца, которые выносятся таким образом из организма больного червя наружу, попадают на листья шелковицы, служащие кормом для остальных червей, и заражают таким образом этих последних. Равным образом соприкосновение здорового червя с погибшим от пебрины и начинающим уже разлагаться вполне достаточно для заражения. Наружные признаки пебрины следующие: больные черви первое время отличаются от здоровых лишь тем, что менее жадно поглощают пищу и вследствие этого отстают от них в росте; кроме того, они подвергаются линьке несколькими днями позже, чем здоровые. В последних возрастах кожица у больных червей покрывается мелкими черно-бурыми пятнами, появляющимися около шпорцы, передних лапок и на головных сегментах червя. Пятна эти постепенно увеличиваются, червь перестает вовсе есть, укорачивается, дохнет, чернеет и начинает быстро разлагаться. Ввиду заразительности пебрины, а также ее наследственности — никакие меры гигиены не в состоянии с нею бороться. Единственное средство, дающее возможность бороться с этим бичом шелководства, — применение для воспитания червей исключительно целлюлярной грены, т. е. таких лишь яичек, относительно которых наверно можно сказать, что они не заражены пебриной, так как отложившие их бабочки исследованы под микроскопом и найдены вполне свободными от телец пебрины. Благодаря применению целлюлярной грены в настоящее время в З. Европе пебрина не появляется уже в столь опустошительных размерах, но у нас на Кавказе она, к сожалению, до сих пор принадлежит к самым обыкновенным явлениям и сильно тормозит развитие нашего шелководства. Второй болезнью после пебрины по своему значению для шелководства является мертвенность, или чахлость (flachene). Она, как и пебрина, вызывается у шелковичных червей заражением микроорганизмами, из которых одни, так называемые вибрионы, относятся большинством ученых к низшим животным организмам, тогда как другие, т. н. микрококки, — к низшим грибкам. Вибрионы по величине несколько уступают тельцам пебрины и отличаются от них, кроме того, своей удлиненной, нередко палкообразной формой; иногда несколько вибрионов соединяются вместе, образуя более или менее длинные цепочки, или четки. Микрококки еще меньше вибрионов и потому плохо видимы даже при сильном увеличении (в 600 раз); они, как и вибрионы, нередко встречаются в форме цепочек или четок. По своей круглой форме микрококки несколько приближаются к тельцам пебрины, что даже подало повод некоторым ученым высказать предположение, что микрококки суть споры телец Карпалиа. Предположение это, однако, не имеет прочных оснований ввиду вообще малой исследованности описанных организмов, для которых так же, как и для телец пебрины, неизвестна история развития и даже способы размножения. От пебрины мертвенность отличается, главным образом, тем, что само присутствие в черве вибрионов и микрококков еще не влечет за собой непременно гибели пораженного им червя, последняя наступает лишь при существовании условий, особенно благоприятствующих чрезмерно сильному размножению упомянутых организмов. К числу таких условий следует причислить недостаточную вентиляцию или сырость помещения, резкие колебания температуры, слишком сильный жар, тесное размещение червей и недостаточную чистоту в червоводне. Второе отличие мертвенности от пебрины заключается в том, что мертвенность в противоположность пебрине не наследственна и потому опасна лишь для существующих червей, но не для будущих их поколений. Однако хотя вибрионы и микророкки и не переходят из бабочек в их яички, но все-таки черви, полученные из яичек, отложенных больными мертвенностью бабочками, уступают нормальным червям как в силе и росте, так и в устойчивости по отношению к различного рода заболеваниям. Мертвенность у червей узнается главным образом по тому, что больные черви перестают есть, выделяют из заднепроходного отверстия черную клейкую жидкость, прекращают движения и как бы цепенеют. Кожа их принимает матово-белую окраску, а при дальнейшем развитии болезни головные сегменты начинают чернеть; наконец червь дохнет, и черный цвет распространяется по всему телу. После пебрины мертвенность уносит самое большое число жертв между шелковичными червями и во многих шелководных районах, между прочим, у нас на Кавказе, является серьезным препятствием для развития шелководства. Меры борьбы с этой болезнью заключаются в точном соблюдении всех требований гигиены и в рациональных приемах воспитания шелковичных червей.