История о происхождении микроорганизмов

Зарождение жизни на Земле

 

Микроорганизмы - одни из древнейших живых существ, однако некоторые исследователи полагают, что им предшествовали неклеточные формы жизни. Считается, что развитие животного мира шло от простых к более сложноустроенным организмам.

У истоков жизни на Земле, по-видимому, была рибонуклеиновая кислота (РНК). Она универсальна: является носителем генетической информации, выполняет функцию биологического катализатора (фермента), может самокопироваться и т.д. Вначале появились вирусы (РНК - содержащие, потом ДНК - содержащие) и другие микроорганизмы (анаэробные гетеротрофы и аэробные автотрофы), растения и, наконец, животные.

Как полагают, жизнь на Земле возникла 700 млн лет назад, а возможно, и раньше. В такой среде могли существовать археобактерии, которые сохраняют жизнеспособность при температуре 100-105°С. Не исключена возможность занесения простоустроенных существ из Вселенной. В течение длительного времени происходило изменение атмосферы и климата. Появлялись растения и вездесущие цианобактерии (сине - зеленые водоросли.

После открытия А. ван Левенгуком микроорганизмов именно они стали основным объектом спора о зарождении жизни, поскольку логичным представлялось, что в первую очередь к самозарождению способны наиболее примитивно устроенные живые существа. Английский натуралист Дж. Нидхем (1713-1781) поставил серию опытов, которые сводились к тому, что он готовил в стеклянных колбах разные настои, кипятил их в течение нескольких минут, затем закрывал обычными пробками. Через несколько дней в сосудах появлялись микроорганизмы. Это привело Нидхема к заключению о спонтанном возникновении микроорганизмов из неживого органического вещества, т.е. о возможности самопроизвольного зарождения на уровне низших живых существ.

Опыты Дж. Нидхема повторил итальянский естествоиспытатель Л. Спалланцани (1729-1799). Его опыты внешне не отличались от опытов Нидхема, за исключением того, что Спалланцани закрывал сосуд пробкой не после, а до кипячения, а само кипячение длилось не несколько минут, как в опытах Нидхема, а значительно дольше - от 30 мин до 1 ч. В таких сосудах после выдерживания в течение нескольких дней не было обнаружено никаких микроорганизмов. Л. Спалланцани сделал вывод, что в опытах Дж. Нидхема микроорганизмы в настоях появлялись, или попадая туда из воздуха (поскольку сосуды закрывали обычными пробками после кипячения), или погибали не все первоначально содержавшиеся в настоях клетки из-за недостаточно длительного кипячения. (В первую очередь это относится к наиболее термоустойчивым формам бактерий - спорам.) Л. Спалланцани под микроскопом удалось наблюдать деление микроба на две одинаковые дочерние клетки, каждая из которых также делилась на две клетки. Все сказанное позволило итальянскому ученому утверждать, что и микроорганизмы возникают не в результате самозарождения, а происходят от себе подобных. Выводы Л. Спалланцани, однако, не поколебали веры Дж. Нидхема и его сторонников в самозарождение. Дж. Нидхем объяснил отрицательные результаты, полученные Л. Спалланцани, тем, что тот подвергал свои настои слишком жесткой обработке, в результате которой разрушалась их "жизненная сила".

Окончательный конец спору о самозарождении микроорганизмов положил Л. Пастер. Серией четко поставленных опытов он доказал, что микроорганизмы не возникают самопроизвольно. Особенно изящными были его опыты, проведенные в колбах с S-образными горлами. В такие колбы наливали подсахаренную дрожжевую воду. Если колбы прокипятить, а затем осторожно охладить, то они остаются стерильными неопределенно долгое время, несмотря на то, что не закрыты пробками. Если же удалить S-образный участок горла, то спустя несколько дней в такой колбе будет наблюдаться бурное развитие микроорганизмов. Через S-образное горло непрогретый воздух может легко поступать в колбу, но содержащиеся в воздухе микроорганизмы задерживаются в изгибах горла, оседая в его нижнем колене. После удаления S-образной части горла микроорганизмы прямо попадают в колбу, начинается их быстрый рост. Этим простым опытом Л. Пастер опроверг возражение о разрушении при нагревании таинственной "жизненной силы", содержащейся в питательной среде и в обычном (непрогретом) воздухе. Он неопровержимо доказал, что "самозарождение" в большинстве опытов происходит в результате попадания в стерилизованные питательные среды микроорганизмов из воздуха.

Позднее идеи о самозарождении возникли уже в XX в. по отношению к субмикроскопическим живым частицам - вирусам. Однако и в этом случае было доказано, что вирусы не зарождаются из невирусного материала, а происходят только от себе подобных частиц, т.е. вирусов. Таким образом, хотя теория самозарождения была убедительно опровергнута на разных уровнях организации живых организмов, вопрос о происхождении жизни оставался открытым.

Основной вывод, который можно сделать из рассмотренного выше материала, заключается в том, что в настоящее время спонтанное возникновение жизни невозможно. В конце XIX - начале XX в. большой популярностью пользовалась гипотеза панспермии, согласно которой живые организмы были занесены на Землю из космического пространства. Особенно привлекательно выглядела идея занесения их с метеоритами или космической пылью. Гипотеза панспермии была сформулирована в 1865 г. немецким исследователем Г. Рихтером и поддержана С. Аррениусом и Г. Гельмгольцем. В наше время эту идею с учетом достижений науки и техники, и в первую очередь освоения человеком космического пространства, модернизировали Ф. Крик и Л. Оргелл, предположившие доставку зародышей жизни (микроорганизмов) на Землю из другой, более развитой цивилизации на космическом корабле. Эта гипотеза не объясняет первоначального возникновения этих спор или зародышей, а просто истоки жизни выносит в просторы Вселенной. В настоящее время ни у кого не вызывает сомнения возможность существования жизни в других частях Вселенной, однако вероятность занесения на Землю живых организмов из космического пространства не имеет пока никаких подтверждений.

 

Генетика микроорганизмов

 

Генетика (от греч. genos- рождение) -наука о наследственности и изменчивости организмов. Чтобы установить изменения у живых существ, определить влияние на них разных факторов среды, необходимы не только знания, условия, но еще и время. Установить изменения в разных поколениях животных не всегда представляется возможным, так как для этого часто не хватает человеческой жизни. Микроорганизмы же быстро растут и размножаются, что увеличивает их относительную поверхность и контакт со средой обитания. Все это позволяет в сравнительно короткий срок получить большое количество поколений и проследить за изменением определенных признаков и свойств. Вот почему основными объектами генетических исследований стали такие существа. Способность живых организмов сохранять определенные признаки на протяжении многих поколений называется наследственностью. Еще в XIX веке Ч. Дарвин доказал, что все существующие виды живых организмов произошли путем изменчивости от немногих форм, а возникшие изменения, передаваемые по наследству, являются основой эволюционного процесса. Теория Дарвина получила высшую оценку у классиков марксизма-ленинизма. Ф. Энгельс рассматривал ее как одно и а величайших открытий XIX века.

Первым объектом генетических исследований была кишечная палочка, которая хорошо культивируется в лабораторных условиях. Важное значение имело также то, что морфологические, культуральные и биохимические свойства этой бактерии хорошо изучены. В дальнейшем объектом генетических исследований стали и другие бактерии, а также вирусы.

Основоположники русской микробиологической науки И.И. Мечников, Л.С. Ценковский, С.Н. Виноградский и др. подходили к изучению изменчивости с дарвинских позиций. И.И. Мечников писал: «Именно в области микробиологии была доказана возможность изменения природы бактерий, причем можно добиться стойких изменения внешних условий, причем можно добиться стойких изменений, передаваемых по наследству». Были и другие мнения об изменчивости микроорганизмов.

Полиморфисты (К. Негели, Х. Бюхнер) отстаивали возможность резких постоянных морфологических, культуральных и других изменений у микроорганизмов. К. Негели отрицал постоянство форм у микробов, признавая их широкую изменчивость и даже переход одного вида в другой. Шаровидная микробная клетка, по мнению полиморфистов, могла превращаться в зависимости от временных условий в палочку, спириллу, изменять биологические свойства и вновь приобретать первоначальные признаки. Один и тот же микроб, по их мнению, мог вызывать сбраживание молока, разложение белковых веществ и даже инфекционные процессы. Таким образом, К. Негели и его последователи отрицали специфические свойства у микроорганизмов. Это в какой-то степени было связано с несовершенством техники исследований, с невозможностью получения чистых культур, где могли быть микробы, разные по форме и размерам. С введением в микробиологическую практику плотных питательных сред, на которых вырастали изолированные колонии, стало возможным выделение микробов в чистом виде. Они длительное время сохраняли первоначальные свойства, что, по-видимому, явилось одной из причин формирования другого направления в науке - мономорфизма.

Мономорфисты (Ф. Кон, Р. Кох) утверждали постоянство микробных видов. Они отрицали их изменчивость под влиянием условий внешней среды. Позиция мономорфистов особенно укрепилась с открытием возбудителей инфекционных болезней.

Дальнейшие исследования показали, что под влиянием условий среды у организмов часто появляются новые признаки, которые могут быть временными или постоянными, передающимися по наследству. Микробы при этом способны терять вирулентность. Приобретать лекарственную устойчивость, увеличивать количество продуктов жизнедеятельности, изменять морфологические, культуральные и другие свойства.

Морфологические изменения. Температура, химические вещества, фаги, антибиотики и другие факторы среды могут вызывать изменения формы микробов. Палочки принимают округлую форму, становятся более длинными и толстыми, образуют вздутия. Морфологические изменения чаще наблюдаются у старых культур, когда в больших количествах накапливаются продукты жизнедеятельности микроорганизмов. Н.Ф. Гамалея такое явление называл гетероморфизмом.

Культуральные изменения. Одни и те же микробы в одинаковых условиях могут иметь разные культуральные признаки. На плотной питательной среде так называемые S-формы (от англ. smooth - гладкий) образуют гладкие, прозрачные, с ровными краями колонии, а R-формы (от англ. rough- шероховатый)- шероховатые, непрозрачные, со складчатой поверхностью. Между этими формами имеются и переходные О- и М - формы (промежуточная и слизистая). Такие культуры различаются не только по форме, но и по другим признакам. Так, S -форма, если это патогенный микроб, более болезнетворная, характеризуется хорошими агглютинирующими свойствами. R -форма не имеет таких признаков и почти не переходит в S -форму. Такие изменения, при которых происходит разъединение, расщепление признаков у микроорганизмов, называют диссоциацией. Этот вид изменчивости был описан П. де Крюи и Дж. Аркрайтом. В ее основе, как полагают, лежат мутации. Диссоциация наблюдается у ряда бактерий, в частности у возбудителей сибирской язвы, чумы и др.

Биологические изменения. Введение в организм микробов, подвергнутых воздействию внешних факторов среды, создает у животного невосприимчивость к повторным заражениям. И только случай с культурой холеры кур, оставленной на длительное время в термостате, позволил Л. Пастеру взглянуть на подобное явление глазами исследователя. Ослабленная культура не вызвала заболевания у птицы, но после введения ее в организм создавалась невосприимчивость (иммунитет). В последние годы отмечается повышенная устойчивость микроорганизмам к лекарственным веществам.

Вопросами изменчивости уделяется много внимания, так как изменчивость позволяет получить высокоактивные штаммы продуцентов антибиотиков, наиболее эффективные расы микробов для приготовления заквасок. Бактериальных удобрений, культур с пониженной вирулентностью для приготовления живых вакцин.

Изменения и их форма в мире микроорганизмов могут быть разными и зависят от многих причин. Фенотипические изменения связаны с условиями среды, не наследуются, хотя и могут сохранятся длительное время. Генотипические изменения наследуются. Болезнетворные бактерии чаще бывают в S-форме. Исключением являются возбудители туберкулеза, чумы, сибирской язвы, у которых болезнетворной является R-форма

 

Плазмиды

 

Плазмиды - это сравнительно небольшие внехромо-сомные молекулы ДНК бактериальной клетки. Они расположены в цитоплазме и имеют кольцевую структуру. В плазмидах содержится несколько генов, функционирующих независимо от генов, содержащихся в хромосомной ДНК. Типичным признаком плазмид служит их способность к самостоятельному воспроизведению (репликации).

Они могут также переходить из одной клетки в другую и включать в себя новые гены из окружающей среды. К числу плазмид относятся:

Профаги, вызывающие у лизогенной клетки ряд изменений, передающихся по наследству, например, способность образовывать токсин.

F-фактор, находящийся в автономном состоянии и принимающий участие в процессе конъюгации.

R-фактор, придающий клетке устойчивость к лекарственным препаратам (впервые R-фактор был выделен из кишечной палочки, затем из шигелл). Исследования показали, что К-фактор может быть удален из клетки, что вообще характерно для плазмид.

К-фактор обладает внутривидовой, межвидовой и даже межродовой трансмиссивностью, что может явиться причиной формирования трудно диагностируемых атипичных штаммов.

Бактериоциногенные факторы (col-факторы), которые впервые были обнаружены в культуре кишечной палочки (E.coli), в связи с чем названы колицинами. В дальнейшем они были выявлены и у других бактерий: холерного вибриона - вибриоцины, стафилококков - стафилоцины и др.

Соl-фактор - это маленькая автономная плазмида, которая детерминирует синтез белковых веществ, способных вызывать гибель бактерий собственного вида или близкородственного. Бактериоцины адсорбируются на поверхности чувствительных клеток и вызывают нарушения метаболизма, что приводит клетку к гибели.

В естественных условиях только единичные клетки в популяции (1 на 1000) спонтанно продуцируют колицин. Однако при некоторых воздействиях на культуру (обработка бактерий УФ-лучами) количество колицинпродуцйрующих клеток увеличивается.

 

Зарождение жизни на Земле

 

Микроорганизмы - одни из древнейших живых существ, однако некоторые исследователи полагают, что им предшествовали неклеточные формы жизни. Считается, что развитие животного мира шло от простых к более сложноустроенным организмам.

У истоков жизни на Земле, по-видимому, была рибонуклеиновая кислота (РНК). Она универсальна: является носителем генетической информации, выполняет функцию биологического катализатора (фермента), может самокопироваться и т.д. Вначале появились вирусы (РНК - содержащие, потом ДНК - содержащие) и другие микроорганизмы (анаэробные гетеротрофы и аэробные автотрофы), растения и, наконец, животные.

Как полагают, жизнь на Земле возникла 700 млн лет назад, а возможно, и раньше. В такой среде могли существовать археобактерии, которые сохраняют жизнеспособность при температуре 100-105°С. Не исключена возможность занесения простоустроенных существ из Вселенной. В течение длительного времени происходило изменение атмосферы и климата. Появлялись растения и вездесущие цианобактерии (сине - зеленые водоросли.

После открытия А. ван Левенгуком микроорганизмов именно они стали основным объектом спора о зарождении жизни, поскольку логичным представлялось, что в первую очередь к самозарождению способны наиболее примитивно устроенные живые существа. Английский натуралист Дж. Нидхем (1713-1781) поставил серию опытов, которые сводились к тому, что он готовил в стеклянных колбах разные настои, кипятил их в течение нескольких минут, затем закрывал обычными пробками. Через несколько дней в сосудах появлялись микроорганизмы. Это привело Нидхема к заключению о спонтанном возникновении микроорганизмов из неживого органического вещества, т.е. о возможности самопроизвольного зарождения на уровне низших живых существ.

Опыты Дж. Нидхема повторил итальянский естествоиспытатель Л. Спалланцани (1729-1799). Его опыты внешне не отличались от опытов Нидхема, за исключением того, что Спалланцани закрывал сосуд пробкой не после, а до кипячения, а само кипячение длилось не несколько минут, как в опытах Нидхема, а значительно дольше - от 30 мин до 1 ч. В таких сосудах после выдерживания в течение нескольких дней не было обнаружено никаких микроорганизмов. Л. Спалланцани сделал вывод, что в опытах Дж. Нидхема микроорганизмы в настоях появлялись, или попадая туда из воздуха (поскольку сосуды закрывали обычными пробками после кипячения), или погибали не все первоначально содержавшиеся в настоях клетки из-за недостаточно длительного кипячения. (В первую очередь это относится к наиболее термоустойчивым формам бактерий - спорам.) Л. Спалланцани под микроскопом удалось наблюдать деление микроба на две одинаковые дочерние клетки, каждая из которых также делилась на две клетки. Все сказанное позволило итальянскому ученому утверждать, что и микроорганизмы возникают не в результате самозарождения, а происходят от себе подобных. Выводы Л. Спалланцани, однако, не поколебали веры Дж. Нидхема и его сторонников в самозарождение. Дж. Нидхем объяснил отрицательные результаты, полученные Л. Спалланцани, тем, что тот подвергал свои настои слишком жесткой обработке, в результате которой разрушалась их "жизненная сила".

Окончательный конец спору о самозарождении микроорганизмов положил Л. Пастер. Серией четко поставленных опытов он доказал, что микроорганизмы не возникают самопроизвольно. Особенно изящными были его опыты, проведенные в колбах с S-образными горлами. В такие колбы наливали подсахаренную дрожжевую воду. Если колбы прокипятить, а затем осторожно охладить, то они остаются стерильными неопределенно долгое время, несмотря на то, что не закрыты пробками. Если же удалить S-образный участок горла, то спустя несколько дней в такой колбе будет наблюдаться бурное развитие микроорганизмов. Через S-образное горло непрогретый воздух может легко поступать в колбу, но содержащиеся в воздухе микроорганизмы задерживаются в изгибах горла, оседая в его нижнем колене. После удаления S-образной части горла микроорганизмы прямо попадают в колбу, начинается их быстрый рост. Этим простым опытом Л. Пастер опроверг возражение о разрушении при нагревании таинственной "жизненной силы", содержащейся в питательной среде и в обычном (непрогретом) воздухе. Он неопровержимо доказал, что "самозарождение" в большинстве опытов происходит в результате попадания в стерилизованные питательные среды микроорганизмов из воздуха.

Позднее идеи о самозарождении возникли уже в XX в. по отношению к субмикроскопическим живым частицам - вирусам. Однако и в этом случае было доказано, что вирусы не зарождаются из невирусного материала, а происходят только от себе подобных частиц, т.е. вирусов. Таким образом, хотя теория самозарождения была убедительно опровергнута на разных уровнях организации живых организмов, вопрос о происхождении жизни оставался открытым.

Основной вывод, который можно сделать из рассмотренного выше материала, заключается в том, что в настоящее время спонтанное возникновение жизни невозможно. В конце XIX - начале XX в. большой популярностью пользовалась гипотеза панспермии, согласно которой живые организмы были занесены на Землю из космического пространства. Особенно привлекательно выглядела идея занесения их с метеоритами или космической пылью. Гипотеза панспермии была сформулирована в 1865 г. немецким исследователем Г. Рихтером и поддержана С. Аррениусом и Г. Гельмгольцем. В наше время эту идею с учетом достижений науки и техники, и в первую очередь освоения человеком космического пространства, модернизировали Ф. Крик и Л. Оргелл, предположившие доставку зародышей жизни (микроорганизмов) на Землю из другой, более развитой цивилизации на космическом корабле. Эта гипотеза не объясняет первоначального возникновения этих спор или зародышей, а просто истоки жизни выносит в просторы Вселенной. В настоящее время ни у кого не вызывает сомнения возможность существования жизни в других частях Вселенной, однако вероятность занесения на Землю живых организмов из космического пространства не имеет пока никаких подтверждений.

 

История о происхождении микроорганизмов

 

Уже в 5-6 веках до н.э. человек пользовался плодами деятельности микроорганизмов, не зная об их существовании - виноделие, хлебопечение, сыроделие, выделка кож. Мысль о наличии в природе невидимых живых существ возникала у многих исследователей. Так, еще в 6-ом веке до н.э. Гиппократ, в 16-ом веке н.э. Джираламо Фракасторо, а также в 17-ом веке Афанасий Кирхер высказывали предположение, что причиной заразных болезней являются невидимые живые существа. Однако у них не было, да и не могло быть доказательств, подтверждающих эту мысль.

По мнению В.Л. Омелянского, "Первым исследователем" перед изумленным взором которого открылся таинственный и полный чудес мир микроорганизмов - был ученый иезуит Афанасий Kиpxep (1601-1680), автор ряда сочинений астрологического характера. С помощью довольно сильной лупы он наблюдал мельчайших "червячков" в загнившем мясе, молоке, уксусе, сыре и в крови больных, предполагая, что все это живое население произошло из безжизненных органических материалов".

Гиппократ, реформатор античной медицины, считал, что с воздухом в организм человека могут попадать ядовитые испарения - миазмы, вызывающие различные болезни. А его соотечественник, величайший историк Фукидид, сказал, что причиной болезни являются «живые контагии». Вполне возможно, что они живут по другим законам в своем ином, невидимом мире.

Научное предположение о невидимых возбудителях заболеваний, передающихся при посредстве воды и воздуха, распространилось благодаря выдающемуся врачу и философу Авиценне. Почти 100 лет назад восточный везир Абу Али Ибн Сина написал книги о здоровье и болезнях человека, по которым учились многие поколения врачей в Европе и странах Востока.

Великий русский ученый М.В. Ломоносов так оценил значение микроскопа в развитии науки: «Много микроскоп нам тайности открыл». Невооруженный человеческий глаз может различать две точки, если они отстоят друг от друга не меньше, чем на 0,1 мм. Это расстояние и является границей, отделяющей видимый мир от невидимого. Многие увлекались наблюдениями через увеличительные стекла, но наибольшего успеха добился голландский натуралист Антони Ван Левенгук (1632-1723). На гранильных фабриках Амстердама он научился шлифовать увеличительные стекла (линзы) и сконструировал простейший микроскоп, при помощи которого ему удалось обнаружить мельчайших и живых зверьков (анималькулюсов) в дождевой капле, воде, зубном налете и других материалах.

Левенгук представил рисунки шаровидных, палочковидных и извитых форм бактерий, описал дрожжи и плесени, а также эритроциты и сперматозоиды. Свои наблюдения он опубликовал в виде писем в Лондонское научное королевское общество. Впоследствии они были обобщены им в книге «Тайны природы, открытые Антонием Левенгуком».

Изучение биохимической деятельности микроорганизмов, их роль в природе, жизни человека и животных положило начало бурному развитию общей микробиологии, что неразрывно связано с работами выдающегося французского ученого Луи Пастера (1822-1895 гг.). Гениальные открытия Пастера составили целую эпоху в развитии естествознания и привели к коренным революционным изменениям в биологии и медицине. Об основных работах Л. Пастера можно судить по надписи, сделанной на мемориальной доске, где помещалась его лаборатория в Высшей нормальной школе в Париже: «Здесь была лаборатория Пастера».

г. - Брожения;

г. - Самопроизвольное заражение;

г. - Болезни вина и пива;

г. - Болезни шелковичных червей;

г. - Зараза и вакцина;

г. - Предохранение от бешенства.

В своих первых работах, будучи химиком по образованию, что оптически недеятельный раствор виннокаменной кислоты при внесении в него плесневого гриба начинает вращать плоскость поляризации влево вследствие разрушения этим микробом правовращающего изомера. Из этих наблюдений он делает вывод, что микроорганизмы способны изменять среду, в которой живут и вызывают разнообразные химические превращения. В своих дальнейших работах Л. Пастер детально изучает роль микробов в процессах брожения (масляно-кислое, спиртовое и др.), которые вызываются строго определенными микроорганизмами, отличающимися друг от друга по морфологическим и физиологическим свойствам.

При изучении брожения Л. Пастер открыл явление анаэробиоза - способности некоторых микроорганизмов развиваться без доступа кислорода. Познание биологической сущности процессов брожения имело огромное значение, т.к. открывало путь к рациональному управлению и регулированию бродильных процессов. Эти исследования позволили выяснить роль микробов в круговороте веществ в природе, в частности в процессах гниения. Пастер убедительно опроверг утверждение о самопроизвольном заражении. Разработанные им методы стерилизации оказали огромное влияние на развитие всей медицины и особенно хирургии.

На основании исследований Пастера английский ученый хирург Дж. Листер предложил асептический метод стерилизации. При болезнях вин Пастер предложил мягкий способ стерилизации, названный позже пастеризацией. Следующим этапом научной деятельности Пастера явилось изучение причин болезни шелковичных червей. Эта болезнь наносила огромный экономический ущерб производству шелка во Франции. Оказалось, что и в этом случае повинны микробы (больных уничтожали и заменяли здоровыми бабочками). Л. Пастер доказал инфекционную природу сибирской язвы, стафиллококкозов. О природе этих болезней сообщение было встречено врачами того времени с недоверием. Многие из них считали, что подобные исследования фантазия химика. Научно обосновал вакцинацию и создал первую вакцину.

Идея предохранение людей и животных от заразных болезней не была новой. За много лет до работ Пастера английский врач Эд. Дженнер (1749-1823) разработал метод предохранительных прививок против оспы. Заражая людей коровьей оспой, Дженнер по существу разрешил проблему борьбы с оспой человека. Однако сущность этого метода была разгадана Пастером спустя 100 лет.

Л. Пастер со своими учениками разработал стойкую теорию ослабления (аттенуации) заразных свойств микробов и принципы применения ослабленных микробов для профилактики инфекционных болезней. В честь первооткрывателя предохранительных прививок Дженнера, Пастер назвал прививки культурой микроорганизмов или вирусов вакцинацией (vacca - корова). Культивированием возбудителя сибирской язвы при температуре 42,5°С был получен вакцинный штамм, обладающий низкой вирулентностью. Вершина деятельности Пастера - исследование по борьбе с бешенством. Успех его стал сенсацией. В 1886 г. в России Мечников И.И. и Гамалея Н.Ф. организовали в Одессе Пастеровскую станцию по борьбе с бешенством (1845-1916).

Гамалея Н.Ф. (1859-1949) впервые наблюдал лизис сибиреязвенных бацилл в культуре.

В конце 19 столетия бурный прогресс микробиологии связан с работами немецкого ученого Роб. Коха (1843-1910). При решении вопросов о роли микробов в этиологии инфекционных болезней Кох исходил из положений, которым должен отвечать микроб, признаваемый возбудителем болезни. Суть этих требований, известных под названием «триада Гейль-Коха» заключается в следующем:

микроб, предполагаемый в качестве возбудителя болезни, всегда должен обнаруживаться только при данном заболевании;

данный микроб должен быть выделен в чистой культуре;

чистая культура этого микроба должна вызвать у экспериментальных животных заболевание.

Р. Кох изучал возбудителя сибирской язвы, впервые использовал анилиновые красители и применил при микроскопировании иммерсионную систему и микрофотографирование. В марте 1882 г. обнаружил и установил возбудителя туберкулеза. В честь этого выдающегося исследователя микроб назван палочкой Коха - mycobacterium tuberculosis; Кох открыл возбудителя холеры, ввел понятие о дезинфекции, изобрел туберкулин, ввел метод выделения чистой культуры.

С Пастером сотрудничал наш соотечественник И.И. Мечников (1845-1916) - основоположник фагоцитарной теории иммунитета.

Виноградский С.Н. (1856-1953) - сельскохозяйственный микробиолог, Д.И. Ивановский (1864-1920) впервые доказал экспериментальным путем существование вирусов - ВТМ.

В развитии ветеринарной микробиологии большую роль сыграли исследования Леффлера и Фреша, открывших первого вируса, поражающего животных - возбудителя ящура (1897).

В настоящее время открыты нанобактерии американским геологом Техасского университета Robert Folk - бактерии овоидной и призматической формы размером 0,2-0,5 микрон. Фолк установил активное участие парниковых бактерий в минерализации осадочных пород. Они формируют большинство биомасс и ответственны за коррозию металлов, осаждение минеральных осадков. Сейчас нанобактерии изучаются у человека приоритет. Финский ученый Kajander (1992) обнаружил странную бациллу, склонную к амитозу, от 0,2-0,5 до 2 микрон, заключенную в капсулу. И лишь 10 лет спустя, в 1998 г. о нанобактериях снова заговорили: их обнаруживают в почечных камнях. Он доказал участие нанобактерий в образовании уролитов. Он доказал новый механизм в биоминерализации в организме.

Джеймс Коултон (Каида) получил подтверждение, что скорлупа из карбоната-апатита - причина миокардита, новообразований. Это самый большой сюрприз 20-го века.

 

Генетика микроорганизмов

 

Генетика (от греч. genos- рождение) -наука о наследственности и изменчивости организмов. Чтобы установить изменения у живых существ, определить влияние на них разных факторов среды, необходимы не только знания, условия, но еще и время. Установить изменения в разных поколениях животных не всегда представляется возможным, так как для этого часто не хватает человеческой жизни. Микроорганизмы же быстро растут и размножаются, что увеличивает их относительную поверхность и контакт со средой обитания. Все это позволяет в сравнительно короткий срок получить большое количество поколений и проследить за изменением определенных признаков и свойств. Вот почему основными объектами генетических исследований стали такие существа. Способность живых организмов сохранять определенные признаки на протяжении многих поколений называется наследственностью. Еще в XIX веке Ч. Дарвин доказал, что все существующие виды живых организмов произошли путем изменчивости от немногих форм, а возникшие изменения, передаваемые по наследству, являются основой эволюционного процесса. Теория Дарвина получила высшую оценку у классиков марксизма-ленинизма. Ф. Энгельс рассматривал ее как одно и а величайших открытий XIX века.

Первым объектом генетических исследований была кишечная палочка, которая хорошо культивируется в лабораторных условиях. Важное значение имело также то, что морфологические, культуральные и биохимические свойства этой бактерии хорошо изучены. В дальнейшем объектом генетических исследований стали и другие бактерии, а также вирусы.

Основоположники русской микробиологической науки И.И. Мечников, Л.С. Ценковский, С.Н. Виноградский и др. подходили к изучению изменчивости с дарвинских позиций. И.И. Мечников писал: «Именно в области микробиологии была доказана возможность изменения природы бактерий, причем можно добиться стойких изменения внешних условий, причем можно добиться стойких изменений, передаваемых по наследству». Были и другие мнения об изменчивости микроорганизмов.

Полиморфисты (К. Негели, Х. Бюхнер) отстаивали возможность резких постоянных морфологических, культуральных и других изменений у микроорганизмов. К. Негели отрицал постоянство форм у микробов, признавая их широкую изменчивость и даже переход одного вида в другой. Шаровидная микробная клетка, по мнению полиморфистов, могла превращаться в зависимости от временных условий в палочку, спириллу, изменять биологические свойства и вновь приобретать первоначальные признаки. Один и тот же микроб, по их мнению, мог вызывать сбраживание молока, разложение белковых веществ и даже инфекционные процессы. Таким образом, К. Негели и его последователи отрицали специфические свойства у микроорганизмов. Это в какой-то степени было связано с несовершенством техники исследований, с невозможностью получения чистых культур, где могли быть микробы, разные по форме и размерам. С введением в микробиологическую практику плотных питательных сред, на которых вырастали изолированные колонии, стало возможным выделение микробов в чистом виде. Они длительное время сохраняли первоначальные свойства, что, по-видимому, явилось одной из причин формирования другого направления в науке - мономорфизма.

Мономорфисты (Ф. Кон, Р. Кох) утверждали постоянство микробных видов. Они отрицали их изменчивость под влиянием условий внешней среды. Позиция мономорфистов особенно укрепилась с открытием возбудителей инфекционных болезней.

Дальнейшие исследования показали, что под влиянием условий среды у организмов часто появляются новые признаки, которые могут быть временными или постоянными, передающимися по наследству. Микробы при этом способны терять вирулентность. Приобретать лекарственную устойчивость, увеличивать количество продуктов жизнедеятельности, изменять морфологические, культуральные и другие свойства.

Морфологические изменения. Температура, химические вещества, фаги, антибиотики и другие факторы среды могут вызывать изменения формы микробов. Палочки принимают округлую форму, становятся более длинными и толстыми, образуют вздутия. Морфологические изменения чаще наблюдаются у старых культур, когда в больших количествах накапливаются продукты жизнедеятельности микроорганизмов. Н.Ф. Гамалея такое явление называл гетероморфизмом.

Культуральные изменения. Одни и те же микробы в одинаковых условиях могут иметь разные культуральные признаки. На плотной питательной среде так называемые S-формы (от англ. smooth - гладкий) образуют гладкие, прозрачные, с ровными краями колонии, а R-формы (от англ. rough- шероховатый)- шероховатые, непрозрачные, со складчатой поверхностью. Между этими формами имеются и переходные О- и М - формы (промежуточная и слизистая). Такие культуры различаются не только по форме, но и по другим признакам. Так, S -форма, если это патогенный микроб, более болезнетворная, характеризуется хорошими агглютинирующими свойствами. R -форма не имеет таких признаков и почти не переходит в S -форму. Такие изменения, при которых происходит разъединение, расщепление признаков у микроорганизмов, называют диссоциацией. Этот вид изменчивости был описан П. де Крюи и Дж. Аркрайтом. В ее основе, как полагают, лежат мутации. Диссоциация наблюдается у ряда бактерий, в частности у возбудителей сибирской язвы, чумы и др.

Биологические изменения. Введение в организм микробов, подвергнутых воздействию внешних факторов среды, создает у животного невосприимчивость к повторным заражениям. И только случай с культурой холеры кур, оставленной на длительное время в термостате, позволил Л. Пастеру взглянуть на подобное явление глазами исследователя. Ослабленная культура не вызвала заболевания у птицы, но после введения ее в организм создавалась невосприимчивость (иммунитет). В последние годы отмечается повышенная устойчивость ми