Анотация История на развитието на микробиологията
История на развитието на микробиологията
Микробиологията (от гръцки micros - малък, bios - живот, logos - учение, т.е. учението за малките форми на живот) е наука, която изучава организми, които са неразличими (невидими) с просто око на оптика, които се наричат микроорганизми (микроби) поради техния микроскопичен размер.
Предметът на изучаване на микробиологията е тяхната морфология, физиология, генетика, таксономия, екология и връзки с други форми на живот.
Втаксономичноотношение микроорганизмите са много разнообразни. Те включват приони, вируси, бактерии, водорасли, гъбички, протозои и дори микроскопични метазои.
Според наличието и структурата на клетките цялата жива природа може да бъде разделена на прокариоти (без истинско ядро), еукариоти (с ядро) и форми на живот без клетъчна структура. Последните се нуждаят от клетки за своето съществуване, т.е. савътреклетъчни форми на живот(фиг. 1).
Според нивото на организация на геномите, наличието и състава на протеин-синтезиращи системи и клетъчната стена, всички живи същества се разделят на 4 царства на живота: еукариоти, еубактерии, архебактерии, вируси и плазмиди.
Прокариотите, които комбинират еубактерии и архебактерии, включват бактерии, нисши (синьо-зелени) водорасли, спирохети, актиномицети, архебактерии, рикетсии, хламидия, микоплазми. Протозои, дрожди и нишковидни еукариотни гъби.
Микроорганизмите са невидими с просто око представители на всички царства на живота. Те заемат най-ниските (най-древните) етапи на еволюцията, но играят важна роля в икономиката, циркулацията на веществата в природата, в нормалното съществуване и патологията на растенията, животните и хората.
Микроорганизмите са населявали Земята преди 3-4 милиарда години,много преди появата на висшите растения и животни. Микробите представляват най-многобройната и разнообразна група живи същества. Микроорганизмите са изключително широко разпространени в природата и са единствените форми на жива материя, които обитават всякакви, най-разнообразни субстрати (местообитания), включително по-високо организирани организми от животинския и растителния свят.
Можем да кажем, че без микроорганизми животът в съвременните му форми би бил просто невъзможен.
Микроорганизмите създават атмосферата, извършват циркулацията на вещества и енергия в природата, разграждането на органични съединения и синтеза на протеини, допринасят за плодородието на почвата, образуването на нефт и въглища, изветрянето на скалите и много други природни явления.
С помощта на микроорганизми се извършват важни производствени процеси - печене, винопроизводство и пивоварство, производството на органични киселини, ензими, хранителни протеини, хормони, антибиотици и други лекарства.
Микроорганизмите, както никоя друга форма на живот, се влияят от различни природни и антропични (свързани с човешката дейност) фактори, което, предвид краткия им живот и високата скорост на възпроизводство, допринася за бързата им еволюция.
Най-известни са патогенните микроорганизми (микроби-патогени) - причинители на заболявания на хора, животни, растения, насекоми. Микроорганизмите, които в процеса на еволюцията придобиват патогенност за човека (способността да причиняват заболявания), причиняват епидемии, които отнемат милиони животи. Досега инфекциозните заболявания, причинени от микроорганизми, остават една от основните причини за смърт и причиняват значителни щети на икономиката.
Променливостта на патогеннитемикроорганизмите е основната движеща сила в развитието и усъвършенстването на системите за защита на висшите животни и човека от всичко чуждо (извънземна генетична информация). Освен това микроорганизмите доскоро бяха важен фактор за естествения подбор в човешката популация (пример е чумата и съвременното разпространение на кръвните групи). В момента вирусът на човешката имунна недостатъчност (HIV) е посегнал на светата светих на човека – неговата имунна система.
Основните етапи в развитието на микробиологията, вирусологията и имунологията
Те включват следното:
1.Емпирично познание(преди изобретяването на микроскопите и приложението им за изследване на микросвета).
J. Fracastoro (1546) предполага живата природа на агенти на инфекциозни болести - contagium vivum.
2.Морфологичният периодотне около двеста години.
Антони ван Льовенхук през 1675 г първи описва протозои, през 1683 г. - основните форми на бактерии. Несъвършенството на инструментите (максималното увеличение на микроскопите X300) и методите за изследване на микросвета не допринесоха за бързото натрупване на научни знания за микроорганизмите.
3.Физиологичен период(от 1875 г.) - ерата на Л. Пастьор и Р. Кох.
Л. Пастьор - изследване на микробиологичните основи на процесите на ферментация и гниене, развитието на промишлената микробиология, изясняване на ролята на микроорганизмите в циркулацията на веществата в природата, откриването на анаеробни микроорганизми, развитието на принципите на асептиката, методи за стерилизация, отслабване (затихване) на вирулентността и получаване на ваксини (ваксинни щамове).
Р. Кох - метод за изолиране на чисти култури върху твърди хранителни среди, методи за оцветяване на бактерии с анилинови багрила, откриване на патогени на антракс, холера (запетая на Кох), туберкулоза (пръчици на Кох),подобряване на микроскопската техника. Експериментално обосноваване на критериите на Хенле, известни като постулати (триада) на Хенле-Кох.
И.И. Мечников е поет на микробиологията” според образното определение на Емил Ру. Той създава нова ера в микробиологията - учението за имунитета (имунитета), като развива теорията за фагоцитозата и обосновава клетъчната теория за имунитета.
В същото време се натрупват данни за производството на антитела срещу бактериите и техните токсини в тялото, което позволява на П. Ерлих да развие хуморална теория за имунитета. В последвалата дългосрочна и плодотворна дискусия между привържениците на фагоцитната и хуморалната теория бяха разкрити много механизми на имунитета и се роди науката имунология.
По-късно беше установено, че наследственият и придобитият имунитет зависи от координираната дейност на пет основни системи: макрофаги, комплемент, Т- и В-лимфоцити, интерферони, основната система за хистосъвместимост, осигуряваща различни форми на имунен отговор. И. И. Мечников и П. Ерлих през 1908 г. е удостоен с Нобелова награда.
5. Следващата важна стъпка в развитието на микробиологията еоткриването на антибиотиците. През 1929г А. Флеминг открива пеницилина и започва ерата на антибиотичната терапия, която води до революционен прогрес на медицината. По-късно се оказа, че микробите се адаптират към антибиотиците и изследването на механизмите на лекарствена резистентност доведе до откриването на втори екстрахромозомен (плазмиден) бактериален геном.
Изследването на плазмидите показа, че те са дори по-прости организми от вирусите и, за разлика от бактериофагите, не увреждат бактериите, а ги даряват с допълнителни биологични свойства. Откриването на плазмидите значително допълни представите за формите на съществуване на живота и възможните начини за неговотоеволюция.
6. Съвременниятмолекулярно-генетичен етапот развитието на микробиологията, вирусологията и имунологията започва през втората половина на 20 век във връзка с постиженията на генетиката и молекулярната биология, създаването на електронния микроскоп.
При експерименти върху бактерии е доказана ролята на ДНК в предаването на наследствени белези. Използването на бактерии, вируси и по-късно плазмиди като обекти на молекулярно-биологични и генетични изследвания доведе до по-задълбочено разбиране на основните процеси, лежащи в основата на живота. Изясняването на принципите на кодиране на генетичната информация в ДНК на бактериите и установяването на универсалността на генетичния код направи възможно по-доброто разбиране на молекулярно-генетичните модели, присъщи на по-високо организираните организми.
Дешифрирането на генома на Escherichia coli направи възможно конструирането и трансплантирането на гени. Към днешна дата генното инженерство създаде нови области на биотехнологиите.
Дешифрирана е молекулярно-генетичната организация на много вируси и механизмите на тяхното взаимодействие с клетките, способността на вирусната ДНК да се интегрира в генома на чувствителна клетка и основните механизми на вирусната канцерогенеза са установени.
Имунологията претърпя истинска революция, излизайки далеч отвъд инфекциозната имунология и превръщайки се в една от най-важните фундаментални медицински и биологични дисциплини. Към днешна дата имунологията е наука, която изучава не само защитата срещу инфекции. В съвременния смисълимунологията е наука, която изучава механизмите за самозащита на организма от всичко генетично чуждо, поддържайки структурната и функционална цялост на тялото.
В момента имунологията включва редица специализирани области, сред които, наред с инфекциознитеимунология, като най-значими са имуногенетика, имуноморфология, трансплантационна имунология, имунопатология, имунохематология, онкоимунология, онтогенна имунология, ваксинология и приложна имунодиагностика.
Микробиологията и вирусологията катофундаментални биологични наукивключват и редица самостоятелни научни дисциплини със собствени цели и задачи: обща, техническа (промишлена), селскостопанска, ветеринарна имедицинска микробиология и вирусология, която е от най-голямо значение за човечеството.
Медицинската микробиология и вирусология изучава патогените на човешките инфекциозни заболявания (тяхната морфология, физиология, екология, биологични и генетични характеристики), разработва методи за тяхното култивиране и идентифициране, специфични методи за тяхната диагностика, лечение и профилактика.
Някои от най-важните раздели на медицинската микробиология и вирусология включват клинична микробиология, санитарна микробиология, медицинска микология и протозоология, медицинска паразитология и изследване на сапронози.
На прага на 21 век микробиологията, вирусологията и имунологията представляват едни от водещите области на биологията и медицината, интензивно развиващи се и разширяващи границите на човешкото познание.
Имунологията се доближи до регулирането на механизмите за самозащита на тялото, коригирането на имунните недостатъци, разрешаването на проблема със СПИН и борбата с рака.
Създават се нови генетично модифицирани ваксини, появяват се нови данни за откриването на инфекциозни агенти, причиняващи "соматични" заболявания (стомашна язва, гастрит, хепатит, миокарден инфаркт, склероза, някои форми на бронхиална астма, шизофрения и др.).
Имаше концепция за ново и завръщанеинфекции (възникващи и повторно възникващи инфекции). Примери за възстановяване на стари патогени са mycobacterium tuberculosis, рикетсия от групата на петниста треска, пренасяна от кърлежи, и редица други патогени на естествени фокални инфекции. Новите патогени включват вируса на човешката имунна недостатъчност (HIV), Legionella, Bartonella, Ehrlichia, Helicobacter pylori и Chlamydia pneumoniae. Накрая бяха открити вироиди и приони, нови класове инфекциозни агенти.
Вироидите са инфекциозни агенти, които причиняват лезии в растенията, подобни на вирусните, но тези патогени се различават от вирусите по няколко начина: липсата на протеинова обвивка (гола инфекциозна РНК), антигенни свойства, едноверижнакръговаРНК структура (на вируси, само вирус на хепатит D), малък размер на РНК.
Прионите (протеинови инфекциозни частици - протеинови инфекциозни частици) са протеинови структури, лишени от РНК, които са причинители на някои бавни инфекции при хора и животни, характеризиращи се с летални лезии на централната нервна система от типспонгиформна енцефалопатия и- куру, болест на Кройцфелд-Якоб, синдром на Герстман-Щрауслер-Шейнкер, амни отрофична левкоспонгиоза, спонгиформна и говежда цефалопатия ("бяс" на кравата), скрейпи при овцете, енцефалопатия при норки, хронично инвалидизиращо заболяване на елени и лосове. Предполага се, че прионите могат да играят роля в етиологията на шизофренията и миопатиите. Значителни разлики от вирусите, предимно липсата на собствен геном, все още не ни позволяват да разглеждаме прионите като представители на дивата природа.
3. Задачи на медицинската микробиология.
Те включват следното:
1. Установяване на етиологичната (причинна) роля на микроорганизмите в нормални и патологични състояния.
2. Разработване на диагностични методи,специфична профилактика и лечение на инфекциозни заболявания, индикация (откриване) и идентифициране (определяне) на патогени.
3. Бактериологичен и вирусологичен контрол на околната среда, храната, спазване на режима на стерилизация и наблюдение на източници на инфекция в лечебни и детски заведения.
4. Контрол върху чувствителността на микроорганизмите към антибиотици и други лекарствени препарати, състоянието на микробиоценозите (микрофлора)на повърхности и кухини на човешкото тяло.
4. Методи за микробиологична диагностика.
Методите за лабораторна диагностика на инфекциозни агенти са многобройни, основните от които включват следното.
1. Микроскопски - чрез инструменти за микроскопия. Определете формата, размера, относителното разположение на микроорганизмите, тяхната структура, способността за оцветяване с определени багрила.
2. Микробиологични (бактериологични и вирусологични) - изолиране на чиста култура и нейната идентификация.
3. Биологично - заразяване на лабораторни животни с възпроизвеждане на инфекциозния процес върху чувствителни модели (биоанализ).
4. Имунологични (опции - серологични, алергологични) - използват се за откриване на патогенни антигени или антитела към тях.
5. Молекулярна генетика - ДНК и РНК проби, полимеразна верижна реакция (PCR) и много други.
В заключение на изложения материал е необходимо да се отбележи теоретичното значение на съвременната микробиология, вирусология и имунология. Постиженията на тези науки направиха възможно изучаването на основните процеси на живота на молекулярно-генетично ниво. Те определят съвременното разбиране за същността на механизмите на развитие на редица заболявания и посоката на тяхната по-ефективна профилактика и лечение.
1.Покровски В.И. „Медицинска микробиология, имунология, вирусология”. Учебник за студенти по ферма. Университети, 2002.
2. Борисов Л.Б. „Медицинска микробиология, вирусология и имунология”. Учебник за студенти по медицина. Университети, 1994г.
3. Воробьов А.А. „Микробиология”. Учебник за студенти по медицина. Университети, 1994г.
4. Коротяев А.И. "Медицинска микробиология, вирусология и имунология", 1998г.