Физиологический период исторического развития микробиологии

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Орловский государственный университет

Медицинский институт

 

 

 

 

Кафедра иммунологии и специализированных клинических дисциплин

Реферат на тему:

«Физиологический период исторического развития микробиологии»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Орел 2014г.

Историческое развитие микробиологии содержит пять важнейших периодов: эвристический, морфологический, физиологический, иммунологический и молекулярно-генетический. Каждый из данных периодов, несомненно, важен и без них не было микробиологии как таковой.

Однако, можно считать, что физиологический период  - это время подлинного рождения микробиологии как самостоятельной биологической науки и стремительного ее развития. К середине XIX века научные и технические достижения стали необходимым условием для рождения подобной науки. Появившиеся микроскопы с высокой разрешающей способностью, а так же теории и предположения прошлых лет дали толчок для усиленного развития микробиологии.  В то время у больных животных и людей в организме находили различные микроорганизмы, и ученые того времени должны были выяснить: являются ли они следствием болезни или ее причиной?1

«Золотая пора» микробиологии началась с открытий французского химика Луи Пастера. Окончив институт, он написал две диссертации – по химии и физике. Последняя была посвящена изучению явлений, относящихся к вращательной поляризации жидкостей. В ходе изучения изомеров винной кислоты Пастер впервые непосредственно столкнулся с деятельностью микроорганизмов. Он высказал мысль о том, что именно микроорганизмы принимают участие в брожении. Прошло несколько лет тяжелых исследований и напряженной работы, и Пастер сделал еще одно открытие - результатом процесса гниения являются также микроорганизмы.

И тем не менее первые работы Пастера были посвящены именно химии. Он изучал симметрию молекул органических веществ. Позднее на основе этих исследований Пастера родилась целая наука — стереохимия.

Пастер всегда стремился к тому, чтобы его работы непосредственно служили людям, отвечали их насущным нуждам. В 32 года Пастер уже возглавил факультет естественной истории университета города Лилля. И вот — с этого и начались биологические исследования Пастера — к нему обратились городские виноделы с просьбой выяснить причины прогоркания и прокисания вина. Страна несла колоссальные убытки. По мнению Пастера, порча вина и пива представляет собой не что иное, как болезни этих напитков, обусловливаемые ненормальными ферментами. Ученый показал, что образование спирта, глицерина и янтарной кислоты при брожении может происходить только в присутствии микроорганизмов, зачастую специфичных.

Луи Пастер доказал, что брожение есть процесс, тесно связанный с жизнедеятельностью дрожжевых грибков, которые питаются и размножаются за счёт бродящей жидкости. При выяснении этого вопроса Пастеру предстояло опровергнуть господствовавший в то время взгляд Либиха на брожение, как на химический процесс. Особенно убедительны были опыты Пастера, произведенные с жидкостью, содержащей чистый сахар, различные минеральные соли, служившие пищей бродильному грибку, и аммиачную соль, доставлявшую грибку необходимый азот. Грибок развивался, увеличиваясь в весе; аммиачная соль тратилась. По теории Либиха, надо было ждать уменьшения в весе грибка и выделения аммиака, как продукта разрушения азотистого органического вещества, составляющего фермент. Вслед за тем Пастер показал, что и для молочного брожения также необходимо присутствие особого «организованного фермента» (как в то время называли живые клетки микробов), который размножается в бродящей жидкости, также увеличиваясь в весе, и при помощи которого можно вызывать ферментацию в новых порциях жидкости.

В это же время Луи Пастер сделал ещё одно важное открытие. Он нашёл, что существуют организмы, которые могут жить без кислорода. Для некоторых из них кислород не только не нужен, но и ядовит. Такие организмы называются строгими (или облигатными) анаэробами. Их представители — микробы, вызывающие маслянокислое брожение. Размножение таких микробов вызывает прогорклость вина и пива. Брожение, таким образом, оказалось анаэробным процессом, «жизнью без кислорода», потому что на него отрицательно воздействует кислород (эффект Пастера).

Пастер установив, что в определенных продуктах развивается много посторонней микрофлоры, попадающей из воздуха и используемой аппаратуры, предложил прогревать указанные продукты при 50—60 °С, что приводило к гибели вегетативных форм микробов. Этот метод получил название пастеризации. С целью уничтожения спор микробов Пастер предложил стерилизацию жидкостей при 120°С, а твердых предметов при 140°С. 2 При этом нагревание происходила в паровом котле, который получил название «автоклав».

Благодаря открытию Луи Пастера были заложены основы технической (промышленной) микробиологии, выяснена роль микробов в круговороте веществ в природе. В течении 1860-1864 гг ученый опроверг теорию о самозарождении жизни. В это время Парижская академия наук объявила конкурс на лучшее решение вопроса о том, происходит ли в обычных условиях самозарождение жизни. Пастер решил доказать, что даже микробы могут возникнуть только от других микробов, т. е. самозарождения не происходит. Его предшественники уже показали это. Итальянский учёный Ладзаро Спалланцани  в XVII в. кипятил бульон в запаянном сосуде. Такой бульон не портился, бактерии в нём не появлялись.

Но оппоненты Спалланцани отвечали, что просто в закрытый сосуд не может проникнуть некая «жизненная сила», благодаря которой происходит самозарождение. Пастер решил опровергнуть этот нелепый аргумент с помощью простого и остроумного опыта. Он провёл элегантный опыт, доказавший невозможность самозарождения микробов, специально приготовленный круглый стеклянный сосуд (с горлышком, вытянутым в длинную .S-образную трубку) он налил питательный раствор и подверг его длительному кипячению. Затем у не остывшего еще сосуда запаял конец трубки.

При последующем охлаждении объем жидкости, естественно, уменьшился и в сосуде возникло пониженное давление. Жидкость оставалась чистой, живых микробов в ней не было. Но как только Пастер отламывал кончик запаянной трубки, в нее вследствие пониженного давления тотчас засасывалось небольшое количество воздуха, а с ним и микробы, которые, достигнув питательного раствора, начинали быстро размножаться.3 В 1862 году Парижская Академия присудила Пастеру премию за разрешение вопроса о самозарождении жизни. 

Современник Пастера, английский физик Джон Тиндаль, показал, что микробы в жидкостях гибнут после нескольких повторных кипячений. Таком образом он изобрел метод стерилизации растворов, содержащих споры бактерий, способные выживать в кипящей воде; этот метод до сих пор известен под названием "тиндализация". Ученый заметил, что при кипячении в течение 5 минут можно достигнуть стерилизации некоторых материалов, в то время как другие материалы можно прокипятить в течение 5 часов, и они

по-прежнему будут содержались живые организмы! После этого Тиндаль стал разрабатывать свой собственный метод стерилизации. Суть его заключается в том, что стерилизуемый раствор несколько раз нагревается в течение ряда дней: непроросшие споры выдерживают нагревание, а проросшие гибнут. После нескольких последовательных нагреваний раствор становится стерильным. Более того, Тиндаль в ходе своих экспериментов пришел к выводу, что некоторые микроорганизмы могут существовать в двух формах: термостойкие и те, кто не выдерживают высоких температур. Опыты Тиндаля были столь оригинальными, а его поддержка взглядов Пастера столь энергичной, что он по праву разделяет с Пастером славу ниспровергателя учения о самозарождении.4

Исследования Пастера и Тиндаля нашли еще одно практическое применение. Его предложил их современник хирург Листер (1827-1912), хорошо знакомый с работами этих ученых. Листер высказал мысль, что если бы операционное поле на теле больного удалось изолировать от микроорганизмов, попадающих из воздуха, то это спасло бы жизнь многим оперируемым. В те времена в английских больницах смертность при ампутации достигала 25-50%-главным образом вследствие заражения. При операциях в полевых условиях во время военных кампаний дело обстояло еще хуже. К тому же пока сохранялась вера в самозарождение микробов, не было причин удалять их из раны. Однако после открытия Пастера Листер понял, что носителей инфекции необходимо уничтожать прежде, чем они попадут на операционное поле. И Листер добился успеха, применив карболовую кислоту (фенол) в качестве антибактериального средства. Он стерилизовал инструменты, опрыскивал кабинет и даже пропитывал одежду больного раствором фенола. Принятые меры дали отличные результаты, что привело к рождению антисептической хирургии. Впоследствии Пастер предложил использовать антисептик в родильных домах, где от горячки умирала каждая четвертая женщина. Ученый доказал, что виновниками болезни были сами ученые, переносившие на своих руках микробы от одной пациентке к другой. Тем самым Листер разработал принцип антисептики, а Пастер дополнил их принципами асептики, благодаря которым произошел прогресс в хирургии.

В 1868 г. Л. Пастер спас промышленность Франции, производящую шелк, показав, что болезни шелковичных червей, формирующих шелковые нити, вызываются микробами, и предложив меры профилактики. В тот же год (в возрасте 45 лет) у Пастера произошел первый инсульт, который повлек кровоизлияние в мозг. Он остался инвалидом: левая рука бездействовала, левая нога волочилась по земле. Он едва не погиб, но, в конце концов, поправился. Более того, он совершил после этого самые значительные открытия.

Известен факт, что Пастер всю жизнь занимаясь биологией и посвятив все время лечению людей, не имел ни медицинского, ни биологического образования. Поэтому Пастер привлек к своим работам талантливого врача Э.Ру (1853-1933) и приступил к изучению болезнетворных бактерий. Пастер выделил из крови больного сибирской язвой животного палочку, получил ее чистую культуру и, заражая ею здоровое животное, наблюдал гибель последнего от сибирской язвы. Этими безукоризненными опытами была бесспорно доказана микробная природа заразных болезней. В 1879 г, работая с возбудителем куриной холеры Пастер установил, что в определенных условиях культивирования патогенные микробы теряют вирулентность и, будучи введенными здоровым птицам, предохраняют их от заражения. Из этого факта развилась теория аттенуации (от лат. attenuatus – ослабление). Так появилась первая искусственная вакцина. Прививочный материал Пастер назвал вакциной в знак уважения к заслугам своего предшественника Эдварда Дженнера, создавшего вакцину против чёрной оспы.

Многие французские врачи пренебрежительно относились к открытиям «какого-то химика Пастера». Чтобы доказать свою правоту, Пастер поставил опыт, сопровождавшийся публичным показом. Климент Тимирязев в своём очерке о Пастере так рассказывает об этом впечатляющем эксперименте:

 

«Получив в своё распоряжение стадо овец в 50 штук, он сделал 25 из них несколько предварительных прививок ослабленной заразы.

31 мая в присутствии  многочисленных и в большинстве  недоверчиво настроенных зрителей  он привил всем 50 овцам сибирскую  язву в её самой смертельной  форме и пригласил всех присутствующих  вернуться через 48 часов, объявив вперёд, что 25 животных они застанут уже мёртвыми, а 25 целыми и невредимыми. Даже друзья Пастера были испуганы его самоуверенностью. Но пророчество исполнилось буквально. Собравшимся в Пулье-ле-Форт 2 июня представилась такая картина: 22 овцы лежали мёртвыми, две умерли у них на глазах, а третья к ночи; остальные 25 были живы и здоровы. Скептицизм врагов, опасение друзей уступили место взрыву безграничного восторга. И действительно, с тех пор, что свет стоит, не было видано ничего подобного ».

После этого Пастер стал изучать природу бешенства. После ряда неудач он установил, что болезнь передает некий невидимый инфекционный агент, способный вызывать заболевание у здоровых лабораторных животных после субдурального заражения. При перевивании возбудителя на кроликах Пастер установил, что инкубационный период бешенства все время сокращался до известного предела (7 сут), за которым останавливался. Такой агент, постоянно дающий самый короткий период инкубации, получил название фиксированный вирус (virus fixe). При этом возбудитель приобрел выраженный тропизм к нервным тканям и, введенный внутримышечно или подкожно, «не имел силы» передвигаться по нервным стволам в головной мозг, то есть не вызывал развития бешенства, и его можно было использовать для вакцинации. Однако использование живых вакцин всегда создавало риск развития самогот заболевания, поэтому много времени Пастер потратил на поиск способов аттенуации возбудителя бешенства. Наконец, он нашел, что если высушивать спинной мозг кролика, зараженного фиксированным вирусом, в банкас с гидроксидом калия, то возбудитель постепенно потеряет свою вирулентность и становится безвредным при подкожном или даже субдуральном введении. Так была создана антирабическая вакцина (от лат anti – против, rabies - бешенство). 5

 

Но, конечно, Пастер не мог ставить опыты по прививке бешенства на человеке. В марте 1885 г. он писал своему другу: «Я всё ещё не решаюсь попробовать лечить людей. Право же, я готов заразить самого себя, а потом приостановить развитие болезни — так хочется убедиться в правильности моих опытов!» К решающему шагу Пастера подтолкнула сама жизнь.

 

Знаменательный день для науки наступил 6 июля 1885 г. За два дня до этого в эльзасской деревушке Штейге девятилетний Йозеф Мейстер отправился в школу в соседнее селение. Но по дороге кто-то напал на мальчика сзади и сбил его с ног. Обернувшись, он увидел оскаленную морду бешеной собаки. Навалившись на ребёнка и брызжа слюной, собака много раз укусила его. Случайный прохожий сумел прогнать взбесившегося пса. Но 14 ран, хоть и не угрожали непосредственно жизни мальчика, не оставляли сомнения в том, что ребёнок обречён на неминуемую смерть от бешенства. Убитая горем мать привезла Иозефа в Париж к Пастеру. Ей сказали, что это единственный человек, который сможет его спасти.

Весь день Пастер мучительно размышлял. Шансов выжить без прививки у мальчика не было. Но если он погибнет после прививки, под сомнением окажется сам метод. К тому же у Пастера не было врачебного диплома! В случае гибели мальчика его могли привлечь к суду. И всё-таки учёный решился попробовать. Каждый день Йозефу делались уколы. Доза ослабленного возбудителя каждый раз возрастала. Под конец прививался уже не ослабленный, а смертельно опасный возбудитель. Перед глазами Пастера, по свидетельству его биографа, «всё время стоял образ ребёнка, больного, умирающего или в припадке бешенства». Эти 20 дней ожидания были самыми тяжёлыми в жизни учёного. Пастер почти не спал, отказывался от пищи. Но мальчик остался здоров.

В возрасте 59 лет Пастер удостоился высшей чести для французского учёного — был избран в состав Французской академии. Пастер не только создал микробиологию как фундаментальную биологическую науку, но и определил ее основные разделы, которые затем выделились в качестве самостоятельных научных дисциплин со своими целями и задачами: общая микробиология (изучает фундаментальные закономерности биологии микроорганизмов); техническая (промышленная) микробиология (изучает различные типы процессов брожения, которые используются для получения спиртов, ацетона, глицерина, а также разрабатывает и организует производство с помощью микробов - продуцентов антибиотиков, витаминов и других биологически активных соединений); сельскохозяйственная микробиология (изучает почвенную микрофлору, ее роль в круговороте веществ в природе и влияние на структуру и плодородие почв, а также болезни растений, методы предупреждения и борьбы с ними); ветеринарная микробиология (изучает биологию возбудителей заразных болезней животных и разрабатывает методы специфической диагностики, профилактики и лечения их; она тесно связана с медицинской микробиологией, так как имеются болезни, общие для животных и человека и передающиеся от животных к человеку).