Историческое развитие микробиологии

Размеры микроорганизмов  лежат за пределами разрешающей  способности человеческого глаза, поэтому до изобретения микроскопа человек не знал о существовании  столь мелких живых существ. Однако, не зная об этом, люди на протяжении тысячелетий  научились широко использовать в  своих целях процессы жизнедеятельности  многих микробов, в частности, для  приготовления кумыса и других молочнокислых  продуктов, получения вина, уксуса, пива, силосования кормов, мочки  льна. В течение многих веков природа  процессов брожения оставалась неясной. Наряду с этим человек давно познал и другую сторону жизнедеятельности  микроорганизмов: их способность вызывать повальные заразные ("прилипчивые") болезни, от которых погибало множество  людей. Происхождение и причины  таких болезней также тысячелетиями  были непонятны. Вместе с тем давно  подмечено, что существует определенное сходство между процессами брожения и гниения, с одной стороны, и  заразными болезнями, часто сопровождаемыми  образованием гноя, с другой. Родство  слов "гниль" и "гной" говорит  о давности такого мнения. Поэтому  много веков назад возникла мысль, что решение вопроса о природе  брожения и гниения приведет к  пониманию и природы заразных болезней. Особенно четко эту мысль  выразил в XVII в. английский ученый Р.Бойль, который пророчески предсказал, что  природу заразных болезней разгадает  тот, кто отгадает тайну брожения.

О природе заразных болезней высказывались различные предположения, в том числе и такое, что  их возбудителями являются какие-то мельчайшие живые существа - контагии. В наиболее законченной форме  эта идея была сформулирована в XVI в. выдающимся итальянским ученым, поэтом и врачом Джироламо Фракасторо. В своем главном медицинском труде "О контагии, контагиозных болезнях и лечении" (1546 г.) он четко сформулировал положение, что зараза - это материальное начало ("контагий телесен"). По его мнению, заражение происходит тремя путями: через непосредственное соприкосновение, опосредованно через предметы и на расстоянии, но при обязательном участии мельчайших невидимых контагий ("зародышей болезней"). Фракасторо же впервые использовал термин "инфекция" в медицинском смысле. Идея Фракасторо была правильной и плодотворной, но для ее научного доказательства не было еще необходимых научно-технических предпосылок - не было микроскопа.

Открытие микробов смогло осуществиться лишь во второй половине XVII в., когда в связи с развитием торговли назрела потребность в усовершенствовании оптики для мореплавания (подзорные трубы, телескопы). Впервые микроскоп был сконструирован в Голландии Гансом и Захарием Янсенами в 1590 г., но он давал еще очень слабое увеличение (всего в 32 раза) и не позволял увидеть бактерий. Открытие мира микробов связано с именем А.Левенгука. С помощью своего микроскопа, дающего увеличение до 300 раз, он в 1674 г. обнаружил и описал эритроциты человека, лягушек и рыб, в 1675 г. - простейших, в 1677 г. - сперматозоиды. А.Левенгук наблюдал клетки более чем 200 видов растений и животных. Свои наблюдения он описывал в письмах (всего их было около 300), направляя их в Лондонское Королевское Общество. Членом этого Общества он был избран в 1680 г. Первое из этих писем направил его друг, голландский ученый Р.Грааф, в 1683 г. А.Левенгук подробно описал и зарисовал основные формы бактерий. С открытия Левенгука начинается период зарождения микробиологии как науки и ее становления. Этот период получил название микрографического, так как изучение микроорганизмов сводилось лишь к описанию различных их форм, доступных исследованию при помощи далеко не совершенного микроскопа. Их биологические свойства и значение для человека долго еще оставались во многом непонятными.

Первые сведения о микроорганизмах  были весьма скудными, поэтому К.Линней в XVIII в. выделил их в один род под  названием Chaos и отнес к червям. В развитии микробиологии в этом периоде, продолжавшемся до середины XIX в., большое значение имели работы русских исследователей М.М.Тереховского (1740-1796 гг.) и Д.С.Самойловича (Сущинского). Большая заслуга М.М.Тереховского состоит в том, что он одним из первых использовал экспериментальный метод в микробиологии: он изучал влияние на микроорганизмы электрических разрядов разной силы, температуры, различных химических веществ; изучал их размножение и дыхание. К сожалению, его работы были мало известны в то время и не смогли оказать большого влияния на развитие микробиологии. Работы выдающегося русского врача Д.С.Самойловича получили самое широкое признание. Он был избран членом 12 зарубежных академий наук. Д.С.Самойлович вошел в историю микробиологии как один из первых (если не первый) "охотников" за возбудителем чумы. Впервые он принял участие в борьбе с чумой в 1771 г. во время вспышки ее в Москве, а затем с 1784 г. участвовал в ликвидации вспышек чумы в Херсоне, Кременчуге (1784 г.), Тамани (1796 г.), Одессе (1797 г.), Феодосии (1799 г.). С 1793 г. он был главным доктором карантинов юга России. Д.С.Самойлович был убежденным сторонником гипотезы о живой природе возбудителя чумы и за сто с лишним лет до открытия микроба пытался обнаружить его. Лишь несовершенство микроскопов того времени помешало ему сделать это. Он разработал и применил целый комплекс противочумных мероприятий. Наблюдая за чумой, он пришел к выводу, что после перенесения чумы к ней остается иммунитет. Одна из главных научных заслуг Д.С.Самойловича - идея о возможности создания искусственного иммунитета против чумы с помощью прививок. Своими идеями Д.С.Самойлович выступил как провозвестник зарождения новой науки - иммунологии. В это же время (конец XVIII - начало XIX вв.) английский врач Э.Дженнер впервые успешно осуществил древнюю мечту человечества: обуздать одну из самых страшных болезней человека - натуральную оспу - с помощью вакцинации (искусственных прививок возбудителя коровьей оспы).

По мере расширения методов изучения свойств микроорганизмов стала возможной и их систематика. В 1786 г. О.Мюллер выделил два рода бактерий - Monas и Vibrio и отнес их к группе инфузорий. В 1838 г. К.Эренберг переименовал их в семейства Monadna с одним родом (Monas) и Vibrionia, в котором выделил четыре рода: Bacterium, Spirillum, Vibrio и Spirochaeta. Большой вклад в систематику микробов внес один из основоположников отечественной микробиологии Л.С.Ценковский (1822-1887). В своей работе "О низших водорослях и инфузориях" (1855 г.) он установил место бактерий в системе живых существ, указав на близость их к растениям. Л.С.Ценковский описал 43 новых вида микроорганизмов, выяснил микробную природу клека (слизеподобная масса, образуемая на измельченной свекле). Впоследствии, независимо от Пастера, он получил сибиреязвенную вакцину, а будучи профессором Харьковского университета (1872-1887), способствовал организации Пастеровской станции в Харькове.

В 1857 г. П.Негели выделил все бактерии в одну самостоятельную группу Schizomycetes (грибы-дробянки). Вывод Л.С.Ценковского о природе бактерий поддержал в 1872 г. Ф.Кон, который отделил бактерии от простейших и отнес их к царству растений.

Второй период микробиологии - период ее подлинного рождения как  самостоятельной биологической  науки и стремительного развития - связан прежде всего с именами Л.Пастера, Р.Коха и их учеников. Любая наука рождается только тогда, когда для этого созреют необходимые научные и технические предпосылки, а также социально-экономические потребности в ней. Это общее правило. К середине XIX века научно-технические условия для рождения такой науки, как микробиология, вполне созрели: были сконструированы микроскопы с высокой разрешающей способностью и обнаружено много различных видов микроорганизмов. Наступило время выяснить и доказать их важную роль для человека, в частности, в качестве виновников различных заболеваний людей, животных и растений, а также в процессах брожения и гниения.

В медицине в это время  господствовала клеточная теория патологии  Р.Вирхова (1821-1902), в соответствии с  которой "все болезни в конце концов сводятся к активным или пассивным повреждениям большего или меньшего количества клеток", но она ничего не говорит о причинах, их вызывающих. В то же время, у больных животных и людей в организме находили различные микроорганизмы. Нужно было решить вопрос: являются ли они следствием болезни или ее причиной?

К середине 50-х годов XIX века стало ясно, что, пока не будет выяснена природа гнойных осложнений ран, дальнейший прогресс медицины вообще, и хирургии в особенности, невозможен. Наконец, незнание биологических основ  технологических процессов, лежащих  в основе производства вина и пива, наносило большой экономический  ущерб. Таким образом, сама жизнь  требовала решения этих проблем.

Окончив в 1847 г. Эколь Нормаль (нормальная школа - род педагогического института), Л.Пастер выполнил две докторские диссертации - по химии и физике. Последняя была посвящена изучению явлений, относящихся к вращательной поляризации жидкостей. В ходе изучения изомеров винной кислоты он впервые непосредственно столкнулся с деятельностью микроорганизмов. Добавляя плесневой гриб в оптически недеятельную смесь двух изомеров винной кислоты, Л.Пастер обнаружил, что через некоторое время эта смесь начинает вращать плоскость поляризации влево вследствие разрушения правого изомера грибом. Это обстоятельство натолкнуло его на мысль о возможном участии микроорганизмов в процессах брожения. Действительно, после нескольких лет напряженных исследований Л.Пастер установил, что процессы брожения вызываются микроорганизмами, причем каждый вид брожения - определенным видом. Позднее он установил, что и гниение (разложение белковых продуктов) - результат жизнедеятельности микроорганизмов. Таким образом, природа процессов брожения и гниения была наконец выяснена. Трудно переоценить все значение этих открытий Л.Пастера. Благодаря им были заложены основы технической (промышленной) микробиологии, выяснена роль микробов в круговороте веществ в природе, открыты анаэробные организмы. На основе этих работ Л.Пастера Дж.Листером (1827-1912) были разработаны принципы антисептики, а затем Л.Пастер дополнил их принципами асептики, благодаря которым и стал возможен дальнейший прогресс в хирургии. Исходя из своих исследований, Л.Пастер смог установить природу болезней вина и пива, показав, что они также являются результатом жизнедеятельности микроорганизмов. Он предложил и метод их предупреждения, названный впоследствии пастеризацией, а затем (после решения проблемы самозарождения) были разработаны методы стерилизации (автоклавирование), столь необходимые для обеспечения принципов асептики в медицине и развития консервной промышленности. Выяснение природы процессов брожения и гниения вновь поставило на повестку дня вопрос о возможности самозарождения жизни, теперь уже на уровне микроорганизмов. Оппоненты Л.Пастера утверждали, что в субстратах, подвергающихся брожению или гниению, их возбудители самозарождаются. Безупречными экспериментами Л.Пастер доказал, что микроорганизмы проникают из окружающей среды, а не самозарождаются. Своими исследованиями Л.Пастер подготовил научную общественность к пониманию того непреложного положения, что главными виновниками заразных болезней человека и животных являются микроорганизмы. Однако это нужно было доказать на конкретных примерах. Не будучи сам врачом, Л.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. Аналогичные опыты он поставил с куриной холерой и получил такие же результаты. Этими безукоризненными опытами была бесспорно доказана микробная природа заразных болезней.

В 1876 г. заявил о себе и  другой исследователь, оказавший огромное влияние на становление и развитие медицинской микробиологии, - Роберт Кох. В своей работе Р.Кох подвел окончательную черту под многолетней  дискуссией о природе бактерий, обнаруживаемых у больных сибирской язвой  животных. Дискуссия шла по вопросу: являются ли обнаруживаемые бактерии случайными спутниками болезни или  причиной ее? Р.Кох точными экспериментами доказал, что возбудителем сибирской  язвы является микроорганизм Bacillus anthracis. "Благодаря французу Пастеру было верно понято значение сибиреязвенных палочек, а благодаря немцу Коху было доказано их значение как единственных возбудителей сибирской язвы" (И.И.Мечников). Р.Коху микробиология обязана прежде всего тем, что он усовершенствовал бактериологическую методику. Он предложил метод выделения чистых культур из изолированных колоний на плотных средах, способы окраски бактерий анилиновыми красителями и внес усовершенствования в технику микроскопирования - конденсор Аббе и иммерсионные объективы. Все это способствовало широкому распространению экспериментальных исследований микроорганизмов и разработке бактериологических методов диагностики инфекционных болезней. Кроме того, Р.Коху принадлежит огромная историческая заслуга в открытии возбудителей тяжелейших заболеваний человека - туберкулеза и холеры.