МИКРОБИОЛОГИЯ
Микробиология изучает закономерности развития мельчайших живых организмов. Свое название она получила от греческих слов «микрос» — малый, «биос» — жизнь, «логос» — учение.
§ 1. КРАТКИЙ ИСТОРИЧЕСКИЙ ОЧЕРК О РАЗВИТИИ МИКРОБИОЛОГИИ
О существовании живых микроорганизмов человечество узнало лишь, после того, как были изобретены оптические приборы. В последнем десятилетии XVI в. шлифовальщики стекол братья Янсены сконструировали прибор из увеличительных стекол. Это позволило практически наблюдать и изучать невидимый мир. Первые сведения о существовании в природе микроорганизмов дал Антоний Левенгук (1632—1723), который при помощи увеличительных стекол, дававших увеличение до 160 раз, стал рассматривать самые разнообразные предметы: капли гниющей воды, зубной налет и др. В этих предметах А. Левенгук обнаружил «мельчайших зверьков». В то время огромное влияние на все стороны жизни оказывала церковь, поэтому Левенгук не смог сделать правильных выводов о роли открытых им микробов.
Только в XVIII в. русский врач Д. С. Самойлович (1744—1805), работая в районах чумных эпидемий в России, высказал мысль о существовании мельчайшего живого возбудителя этой страшной болезни.
Другим основоположником микробиологии был современник Самойловича — М. Тереховский (1740—1796). В своей работе «О наливочных анималькулах» (простейших организмах) он доказал, что самопроизвольного зарождения этих организмов в различных прокипяченных жидкостях не происходит.
Лишь в XIX в. было установлено, что микроорганизмы являются возбудителями заразных болезней животных и человека. Этот период связан с именами И. И. Мечникова, Л. Пастера, Р. Коха и других ученых.
Французский ученый Луи Пастер (1822—1895) является основоположником научной микробиологии. Благодаря своим экспериментам он внес огромный вклад в дело борьбы с заразными болезнями человека и животных. Л. Пастер доказал, что брожение вызывается строго определенными микроорганизмами. Пастером были созданы вакцины против сибирской язвы и бешенства, которые сыграли огромную роль в борьбе с этими заболеваниями.
Занимаясь вопросом о так называемом самозарождении, Л. Пастер доказал, что если прокипятить питательную жидкость и оградить ее от попадания микробов извне, то никаких живых организмов в ней не появится и самозарождение жизни из таких веществ невозможно. Работы Пастера имели практическое значение для развития одной из отраслей промышленности — консервного производства.
Большой вклад в развитие микробиологии внесли отечественные ученые-микробиологи.
И. И. Мечников (1845—1915)—крупнейший русский ученый, один из основоположников мировой и отечественной микробиологии. И. И. Мечников создал учение о фагоцитозе и его роли в иммунитете и одним из первых разработал учение об антагонизме микробов, которое явилось теоретической основой для получения таких средств, как антибиотики. Он развил учение о причинах старения организма и указал путь к долголетию.
Особую роль в истории отечественной и мировой микробиологии сыграл Д. И. Ивановский (1864—1920). Изучая так называемую мозаичную болезнь листьев табака, он обнаружил микроорганизмы, которые получили название фильтрующихся вирусов. Д. И. Ивановский доказал, что эти микробы невидимы под микроскопом и не растут на обычных питательных средах. Это замечательное открытие явилось началом новой науки — вирусологии.
Большой вклад в развитие микробиологии внес Л. С. Ценковский (1822—1887). Особенно известны его работы «О низших водорослях и инфузориях» и о борьбе с сибирской язвой. Л. С. Ценковский разработал метод изготовления вакцины против сибирской язвы. Эта вакцина с успехом применяется в России в ветеринарной практике до настоящего времени.
Большие заслуги в развитии отечественной микробиологии принадлежат академику Н. Ф. Гамалея (1859—1949). Им была организована в 1886 г. вторая в мире пастеровская станция. Н. Ф. Гамалея выполнил ценные работы по эпидемиологии чумы и некоторым вопросам бактериологии туберкулеза. В советский период Н. Ф. Гамалея подготовил целую плеяду микробиологов. Особенно велики его заслуги в области ликвидации оспы в нашей стране.
К замечательным ученым-микробиологам относится Г. Н. Габричевский (1860—1907), изучивший скарлатину. Он доказал роль стрептококков как возбудителей скарлатины и на этом основании разработал вакцину против этого заболевания.
Почетное место в мировой науке занял русский ученый Д. К. Заболотный (1866—1929), известный своими трудами в области эпидемиологии чумы холеры, по экспериментальному сифилису.
Характерной чертой русских ученых была их готовность к самопожертвованию во имя науки. В конце прошлого века одесские ученые Г. Н. Минх (1836—1896) и О. О. Мочутковский (1845—1903), доказывая, что возбудители сыпного и возвратного тифа находятся в крови, заразили себя кровью больных.
§ 2. МИКРОБЫ И ИХ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТЬ
Микробы представляют собой различные по своей природе организмы, которые характеризуются очень малыми размерами. Большинство микробов состоят из одной клетки (за исключением грибков).
Размеры микроорганизмов принято выражать в тысячных долях миллиметра (микронах) и в миллионных долях миллиметра (миллимикронах). Известны микробы величиной всего лишь в несколько миллимикрон, но есть и достигающие размера 100 мк и более.
Как и все живые существа, микробы питаются, растут, размножаются и умирают.
Для того чтобы жить и размножаться, микроб должен питаться и дышать. Питание микробов осуществляется путем проникания питательных веществ через оболочку, покрывающую тело микроба. Таким же путем происходит у микробов выделение продуктов обмена веществ. Для питания микробу необходимы все те вещества, из которых состоит его тело, и в первую очередь углерод и азот.
Дыхание микробов происходит путем поглощения кислорода из воздуха. Но есть группа микробов, на которую кислород действует губительно. В этих случаях дыхание осуществляется за счет продуктов разложения углерода.
Размножение микробов большей частью происходит очень просто: взрослая клетка каждые 20—30 мин делится пополам. Можно представить, что могло произойти, если бы деление клеток происходило беспрепятственно, какое количество микробов смогло бы образоваться. Однако этого не происходит, так как в природе существует много факторов, которые вызывают гибель микробных клеток.
Некоторые микробы легко передвигаются при помощи тонких нитей — жгутиков, расположенных на поверхности всего тела микроба или на одном его конце.
Мир микробов очень разнообразен. Одни из них населяют почву, другие — воду, третьи встречаются на поверхности тела и в кишечнике животных и человека. Одни микроорганизмы относятся к животным организмам, другие — к миру растений. Существует группа микробов, занимающая промежуточное положение между животным и растительным миром.
Различают следующие основные группы микробов: бактерии, грибки, спирохеты, простейшие, риккетсии, вирусы.
Бактерии — одноклеточные организмы растительной природы, которые размножаются простым делением. Обычно величина бактерий колеблется в пределах 0,4—10 мк.
По внешнему виду бактерии подразделяются на три основные группы: кокки, имеющие форму шара; палочки; вибрионы и спириллы — изогнутые и спирально извитые формы.
Кокки в процессе размножения могут делиться в одной, двух и трех взаимно перпендикулярных плоскостях.
Если кокки делятся в одной плоскости, образуются стрептококки (цепочки кокков). Некоторые виды стрептококков являются возбудителями гнойничковых заболеваний кожи, скарлатины и др.
Если кокки делятся беспорядочно, образуя кучки, по форме напоминающие виноградные гроздья, — это стафилококки. Некоторые виды стафилококков являются возбудителями гнойничковых заболеваний кожи, заболеваний подкожной клетчатки.
Палочки по внешнему виду могут отличаться друг от друга. Бывают палочки строго цилиндрической формы, бочковидные, колбовидной формы и др. Большинство палочек располагается одиночно, беспорядочно, но они могут располагаться парами или цепочкой. Некоторые виды палочек являются болезнетворными для человека (палочка столбняка, палочка сибирской язвы и др.).
Вибрионы имеют изогнутую форму (запятые), спириллы — винтообразную. Среди этой группы мало представителей, вызывающих заболевание у человека.
Бактериальная клетка состоит из протоплазмы, оболочки и ядерного вещества. Кроме того, некоторые виды бактерий имеют еще жгутики, капсулу и пр.
Протоплазма бактерий прозрачная, полужидкая. Иногда ней образуются вакуоли, наполненные клеточным соком. Помимо них в протоплазме наблюдаются отложения капель жира, кристаллики солей, иногда серы.
Ядро бактерий в отличие от других микробов не собрано в виде отдельного образования, а рассеяно по всей протоплазме. У некоторых крупных бактерий имеется четко отграниченное от протоплазмы ядро.
Оболочка бактериальной клетки является довольно плотным и эластичным образованием, благодаря чему бактерии обычно сохраняют свою форму. Оболочку можно наблюдать в электронном микроскопе.
Капсула образуется многими бактериальными клетками и имеет защитное значение. Одни бактерии имеют капсулу постоянно, другие окружаются капсулой при попадании в организм: человека или животного.
Жгутики являются органами движения и имеются не у всех: бактерий. В лабораторной практике этим признаком пользуются для отличия одних видов бактерий от других. Количество жгутиков у бактерий бывает различным (один жгутик; множество жгутиков, отходящих от всех сторон; пучок жгутиков на одном конце бактериальной клетки).
Некоторые бактерии обладают способностью образовывать так называемые споры.
Образование спор у болезнетворных микробов происходит вне организма человека и животного, обычно при неблагоприятных условиях существования.
Споры очень устойчивы. Многие из них выдерживают длительное кипячение. Споры являются особой устойчивой формой существования бактерий. Споры различных бактерий в большом количестве постоянно находятся в воде, почве, где они могут сохраняться десятки лет. Если споры снова попадают в благоприятные условия, каждая из них прорастает в обычную бактериальную клетку.
Грибки — растительные организмы, чаще всего многоклеточные. Их клетки имеют вытянутую форму и похожи на нити. Они состоят из прочной оболочки, протоплазмы и отчетливо-видимого одного или нескольких ядер. Важной особенностью грибков является разнообразие способов размножения (простым делением, спорообразованием, почкованием, половым путем). Наиболее часто грибки размножаются путем спорообразования (споры у грибков в отличие от спор бактерий служат целям размножения, менее устойчивы).
Различают три основные группы грибков: совершенные, несовершенные и лучистые.
К совершенным относятся плесневые грибки и дрожжи.. Плесневые грибки выделяют активные противомикробные вещества — антибиотики. Как возбудители заболеваний человека плесневые грибки имеют очень малое значение.
Дрожжи широко применяются в хлебопечении, пивоваренной промышленности, виноделии и других производствах. В дрожжах содержится значительное количество ценных пищевых белков и витаминов группы В, в связи с чем их используют как дополнительное питание для ослабленных лиц, при некоторых заболеваниях.
В группу несовершенных входят болезнетворные грибки, поражающие волосы, кожу и ногти (грибки стригущего лишая, парши и других болезней).
Лучистые грибки по своему строению занимают промежуточное положение между грибками и бактериями. Известны лучистые грибки, вызывающие заболевания человека и крупного рогатого скота. Из лучистых грибков добывают сильнодействующие антибиотики — стрептомицин и др.
Спирохеты представляют особую группу микроорганизмов В основе строения спирохет лежит осевая эластическая нить на которой винтообразно намотана лента протоплазмы. Ядерное вещество у спирохет, так же как у бактерий, распределено по всей протоплазме. Спирохеты очень подвижны, размножаются простым делением поперек. К ним относятся возбудители возвратного тифа, сифилиса и других инфекционных болезней.
Простейшие—это одноклеточные организмы животного происхождения.
Клетки простейших состоят из протоплазмы и четко отграниченного ядра. Некоторые простейшие имеют жгутики, благодаря которым они передвигаются. Ряд простейших в определенных условиях может превращаться в цисты, которые окружаются плотной оболочкой. Цисты простейших, так же как и споры бактерий, являются устойчивой формой существования клеток в неблагоприятных условиях и не служат целям размножения. Попадая в благоприятные условия, цисты превращаются в обычные клетки. Размножаются простейшие делением, множественным дроблением и половым путем. К простейшим принадлежат возбудители малярии, амебной дизентерии и других заболеваний.
Риккетсии занимают промежуточное положение между бактериями и вирусами. У них имеются оболочка, цитоплазма ядерное вещество. Из риккетсий, вызывающих заболевания у людей, наибольшее значение имеет возбудитель сыпного тифа.
Размер вирусов исчисляется в миллионных долях миллиметра (миллимикронах). Вирусы видны в электронном микроскопе, который дает увеличение в десятки тысяч раз. Несмотря на свои малые размеры, каждая вирусная частица окружена мембраной, в которой заключено внутреннее содержимое. Важнейшим отличием вирусов от бактерий является неспособность размножаться вне организма. Вирусы являются внутриклеточными паразитами и размножаются в протоплазме клеток, а иногда в ядре. К ним относятся возбудители кори, гриппа полиомиелита, оспы и ряда других инфекционных заболеваний.