История развития микробиологии

      Практический  интерес представляют ранние работы Мечникова по использованию гриба Isaria destructor для борьбы с вредителем полей – хлебным жуком. Они дают основание считать Мечникова основоположником биологического метода борьбы с вредителями сельскохозяйственных растений, метода, который в наши дни находит все более широкое применение и популярность.

      Таким образом, И.И. Мечников – выдающийся русский биолог, сочетавший качества экспериментатора, педагога и пропагандиста научных знаний, был человеком великого духа и труда, высшей наградой которого явилось присвоение ему в 1909 г. Нобелевской премии за исследования по фагоцитозу.

      Одним из крупнейших ученых в области микробиологии является друг и соратник И. Мечникова Н.Ф. Гамалея (1859-1949). Всю свою жизнь Гамалея посвятил изучению инфекционных болезней и разработке мер борьбы с их возбудителями. Гамалея внес крупнейший вклад в изучение туберкулеза, холеры, бешенства, в 1886 г. вместе с И. Мечниковым организовал в Одессе первую пастеровскую станцию и ввел в практику прививки против бешенства. Он открыл птичий вибрион – возбудителя холероподобного заболевания птиц – и в честь Ильи Ильича назвал его вибрионом Мечникова. Затем была получена вакцина против холеры человека.

      Большое внимание Гамалея уделял и вопросам эпидемиологии инфекционных болезней. Он был крупнейшим специалистом в  области иммунологии. Разработав оригинальный метод получения оспенной вакцины, он впервые высказал идею о выделении из бактерий наиболее полноценных антигенов и об использовании их для приготовления так называемых химических вакцин. Гамалея первый наблюдал и описал явление спонтанного лизиса бактерий под влиянием неизвестного в то время агента – бактериофага. Поэтому Гамалея считается не только одним из основоположников медицинской микробиологии, но и иммунологии и вирусологии.

      К числу выдающихся ученых, внесших  огромный вклад в микробиологию  инфекционных болезней, относится и  Даниил Кириллович Заболотный (1866-1920). Он по праву считается основоположником эпидемиологии. Где бы на земном шаре ни возникали эпидемии, Д.К. Заболотный всегда принимал участие в их ликвидации. Так, с 1897 по 1911 г. он в составе русских экспедиций участвует в изучении чумы в Индии, Китае, Маньчжурии, Персии, Шотландии; холеры – в Петербурге, Поволжье, на Кавказе, Украине. Доскональное изучение эпидемии чумы дало Заболотному возможность научного доказательства существовавшей гипотезы о природной очаговости этой болезни и о роли диких грызунов, как хранителей ее возбудителя в природе.

      Значительный  вклад внес Д.К. Заболотный в изучение эпидемий холеры и организацию борьбы с ней. Им установлены пути заноса холеры, роль бациллоносительства в распространении заболевания, изучена биология возбудителя в природе и разработаны эффективные методы диагностики холеры.

      Результаты  исследований Д.К. Заболотного составили научную основу санитарно-гигиенических, профилактических и лечебных мероприятий по борьбе с заразными болезнями человека.

      Русские исследователи заложили прочный фундамент нового направления в микробиологии – эколого-физиологического, ставшего вскоре ведущим и оказавшего влияние на развитие самостоятельных дисциплин и различных школ ученых.

      В этой связи, прежде всего, следует отметить С.Н .Виноградского, В.Л. Омелянского, Б.Л. Исаченко, Д.И. Ивановского, Г.А. Надсона, явившихся основоположниками тех или иных направлений в общей микробиологии. Создание, например, учения об экологии почвенных микроорганизмов неразрывно связано с именем русского исследователя С. Виноградского (1856-1953). Виноградский внес большой вклад и в познание физиологического многообразия микробного мира. Им выполнены классические работы по физиологии серобактерий, железобактерий, результатом которых явилось открытие хемосинтеза у бактерий – величайшее открытие 19 века.

      С. Виноградский доказал, что существуют бактерии, самостоятельно синтезирующие органическое вещество, используя при этом энергию окисления минеральных соединений (сероводород, аммиак) и углерод углекислоты, т. е. был открыт новый тип питания микроорганизмов – автотрофизм.

      Неизменным  требованием Виноградского было исследование микроорганизмов в  естественной среде обитания или условиях максимально приближающихся к естественным. Следуя этому принципу, он разработал простые и оригинальные методы исследования почвенных микроорганизмов. Всеобщее признание и широкое применение получил метод элективных (избирательных) сред, позволивший выделить из естественной среды ряд новых микроорганизмов и определить их роль в круговороте веществ.

      С. Виноградским опубликовано свыше 300 научных работ, посвященных экологии и физиологии почвенных микроорганизмов. Его по праву считают отцом почвенной микробиологии.

      К числу выдающихся основоположников отечественной микробиологии следует отнести также ученика С. Виноградского - В.Л. Омалянского (1867-1928). Он был не только замечательным ученым, но и талантливым педагогом, популяризатором достижений микробиологии. В. Омелянский, подобно Пастеру, обладал глубокими знаниями в области химии, которые легли в основу его экологического изучения микроорганизмов. Круг научных интересов В. Омелянского очень широк, однако главное направление его исследований связано с изучением круговорота веществ в природе, в котором существенную роль он отводил микроорганизмам. Изучая процессы разложения органического вещества, он впервые выделил целлюлозоразрушающие бактерии, описал их физиологию и химизм самого процесса.

      Глубоко и всесторонне Омелянским были изучены  микроорганизмы, участвующие в круговороте азота, особенно свободноживущие азотофиксаторы и нитрификаторы.

      К новой области исследований относится  одна из последних работ Омелянского  «Роль микроорганизмов в выветривании горных пород». Эта работа легла  в основу геологической микробиологии.

      Большой заслугой Омелянского является создание первого русского учебника «Основы  микробиологии», вышедшего из печати в 1909 г. и выдержавшего 9 изданий. В  нем Омелянский обобщил результаты микробиологических исследований и  дал общие схемы круговорота в природе отдельных элементов, в том числе азота, углерода, серы и железа. В течение десятилетий этот учебник был настольной книгой специалистов.

      Экологическое направление в микробиологии  успешно разрабатывалось Б.Л. Исаченко (1871-1948). Всеобщую известность приобрели работы в области водной микробиологии. Он впервые исследовал распространение микроорганизмов в Северном Ледовитом океане и указал на их важную роль в геологических процессах и в круговороте веществ в водоемах.

      Большой вклад в развитие мировой микробиологии  внес Д.И. Ивановский (1864-1920), открывший в 1892 г. вирусы растений и тем самым заложивши основу новой науки – вирусологии. Подчеркивая важность исследования Ивановского, английский вирусолог Н. Пири писал: «Огромное значение открытия Ивановского для теоретического естествознания заключается в том, что им была открыта новая форма существования белковых тел». Идеи Ивановского сыграли решающую роль в последующих блестящих успехах вирусологии, в результате которых были открыты возбудители большинства вирусных болезней человека, животных, растений и микроорганизмов. По заключению американского вирусолога Стенли, имя Ивановского в вирусологии следует рассматривать в том же свете, как имена Пастера и Коха в микробиологии.

      Большой вклад в развитие общей микробиологии  внес голландский ученый М. Бейеринк (1851-1931), который внедрял микроэкологический принцип в исследование микроорганизмов. Круг научных интересов Бейеринка был необычайно широк. Ему принадлежат работы по исследованию физиологии клубеньковых бактерий, изучению процесса денитрификации и сульфат-редукции, работы по изучению ферментов разных групп микроорганизмов. В 1898 г. независимо от Д.И. Ивановского Бейеринком был описан вирус табачной мозаики.

      Сообщения об активном участии микроорганизмов в процессах превращения веществ в природе стали быстро накапливаться в 70-80-х годах 19 в. В 1877 г. французские химики Т. Шлезинг и А. Мюнц доказали микробиологическую природу процесса нитрификации. В 1882 г. П. Дегерейн обнаружил аналогичную природу процесса денитрификации, а двумя годами позже он же установил микробиологическую природу анаэробного разложения растительных остатков. М. Воронин в 1867 г. описал клубеньковые бактерии, а спустя почти двадцать лет Г. Гельригель и Г. Вильфарт показали их способность к азотофиксации. П. Костычев создал теорию микробиологической природы процессов почвообразования.

      Таким образом, вторая половина 19 века характеризуется  выдающимися открытиями в области  микробиологии. На смену описательному морфолого-систематическому изучению микроорганизмов, господствовавшему в первой половине 19 века, пришло физиологическое изучение микроорганизмов, основанное на точном эксперименте 

      4.РАЗВИТИЕ  МИКРОБИОЛОГИИ В 20 ВЕКЕ 

      С 20-х годов прошлого столетия интенсивно начала разрабатываться проблема изменчивости микроорганизмов. Ведущую роль здесь сыграли исследования Г.А. Надсона (1867-1940). В 1925 г. Надсон и Г. Филиппов впервые показали возможность получения мутантов микроорганизмов под влиянием лучистой энергии. Эти исследования имели исключительно важное значение – они заложили основы нового направления в естествознании – радиационную биологию.

      Большой интерес представляют также более  ранние работы Надсона, характеризующие  его как микробиолога широкого профиля. Так, Надсон впервые выделил в чистую культуру и изучил зеленую бактерию Chlorobium limicola. Значительное место среди ранних работ Надсона занимают исследования взаимоотношений микроорганизмов. Им описаны явления антагонизма, хищничества и симбиоза микроорганизмов. На примере плесневого гриба Spicaria им было показано, что микроорганизмы при развитии в микробных ассоциациях вырабатывают пигмент как «средство защиты и нападения».

      Научный интерес и практическое значение имеют исследования Надсона роли микроорганизмов в круговороте серы, железа и кальция. Надсон впервые указал на перспективы развития геологической микробиологии. Заслуживает внимания и точка зрения Надсона по вопросам современной космической микробиологии. Он допускал возможность сохранения жизнеспособности микроорганизмов в космическом пространстве, подчеркивая значение лучей короткой волны в изменении их наследственных свойств. Надсоном в 1935 г. была высказана идея, которая в настоящее время является одной из важнейших проблем космической микробиологии: «Арениус интересовался импортом жизни с других планет на Землю. Меня же больше интересует обратный путь: возможность экспорта жизни с Земли на другие планеты, способные жизнь поддерживать. Может быть такой экспорт происходит теперь, или происходил ранее, или будет происходить в будущем».

      Перед учеными в 20 в. встал очень важный вопрос – как объяснить колоссальное разнообразие микромира, определить его  границы, выявить, на чем оно основано. Постановкой этой проблемы, имеющей общебиологическое значение, мы обязаны двум крупнейшим микробиологам А. Клюйверу (1888-1956) и К.В  ван Нилю.

      Клюйвер – голландский ученый, ученик Бейеринка. Биохимик по образованию, как это  часто бывает, он интересовался микробиологией. Когда Клюйвер начал работать, ему бросилось в глаза разнообразие типов жизни в микромире, но его интересовало то общее, что проступает сквозь это разнообразие. Поскольку Клюйвер был биохимиком, он и его ученики (одним из них был К. ван Ниль) провели сравнительные биохимические исследования в относительно далеко отстоящих друг от друга группах микроорганизмов. Было изучено много разных форм микроорганизмов и примерно к середине 50-х годов прошлого века сформулировано то, что теперь называется теорией биохимического единства жизни.

      В 1954 г. Клюйвер и К. ван Ниль выступили с циклом лекций, а позднее написали книгу «Вклад микробов в биологию», в основу которой были положены прочитанные лекции. Пользуясь накопленным к этому времени экспериментальным материалом, Клюйвер и К. ван Ниль показали, что поразительное многообразие процессов метаболизма у микроорганизмов покоится на не менее поразительном единообразии процессов биохимических, т.е. «все биохимические процессы, совершенно независимо от рода изучаемых организмов, могут быть сведены к цепям элементарных реакций, принадлежащих к небольшому числу типов».

      В чем же конкретно состоит биохимическое  единство жизни, сочетающееся с большим  физиологическим разнообразием  и разными типами жизни в мире микроорганизмов? Общее основано на единстве трех групп процессов: единстве механизмов передачи информации, единстве энергетических и конструктивных процессов. Клюйвер доказал два последних положения.

      Единство  системы передачи информации у всех типов жизни было установлено  позднее. В истории вопроса особую роль сыграло исследование природы явления трансформации, открытого в 1928 г. Ф. Гриффитом. Он установил превращение бескапсульного пневмококка R-типа в капсульный S-тип. Заражая мышей смешанной взвесью живых бескапсульных авирулентных пневмококков и убитых нагреванием капсульных вирулентных пневмококков, Гриффит наблюдал гибель животных, из крови которых выделял наряду с бескапсульными и капсульные пневмококки. Автор пришел к заключению, что бескапсульные варианты приобрели способность образовывать капсулу под влиянием капсульных пневмококков, несмотря на то, что последние были мертвыми. Однако природу трансформирующего начала Гриффит не установил. Он считал, что ответственными за образование капсулы являются полисахариды капсульных пневмококков S-типа.