Краткий очерк истории микробиологии - Л. Б. Богоявленская
Введение - Л. Б. Богоявленская
С первых дней создания Советского государства охрана здоровья населения стала одной из главных задач, стоящих перед партией и правительством. Мероприятия, направленные на снижение заболеваемости, в том числе и инфекционными болезнями, постоянно декретируются законами и постановлениями ЦК КПСС, Верховного Совета и Совета Министров СССР.
В постановлении ЦК КПСС и Совета Министров СССР "О мерах по дальнейшему улучшению народного здравоохранения" (1968) изложены принципы, в соответствии с которыми медицинские учреждения ведут борьбу за здоровье человека. В "Основах закон законодательства Союза ССР и союзных республик о здравоохранении" (1969) это постановление расширено и развито. Специально предусмотрены законы, охраняющие водные источники и природные богатства нашей страны: "Основы водного законодательства Союза ССР и союзных республик" (1970), "Об усилении охраны природы и улучшении использования природных ресурсов" (1972).
Противоэпидемические и профилактические мероприятия, достижения медицинской науки и техники, повышение уровня благосостояния и культуры населения привели к ликвидации ряда тяжелых инфекционных болезней в СССР. В нашей стране уже давно не зарегистрировано ни одного случая натуральной оспы; нет чумы и эпидемического возвратного тифа. Снижена заболеваемость дифтерией, коклюшем, корью и другими инфекциями.
Однако до сих пор эпидемии гриппа, вспышки кишечных заболеваний, внутрибольничные инфекции наносят Урон народному хозяйству и здоровью населения, поэтому борьба с инфекционными болезнями является одной из первоочередных задач здравоохранения.
Пути решения этой задачи намечены XXVI съездом КПСС, на котором было отмечено, что "познание механизма... иммунологических процессов жизнедеятельности человека, совершенствование методов профилактики, диагностики и лечения наиболее распространенных заболеваний"*, является одной из важнейших задач медицинской науки.
* (Материалы XXVI съезда КПСС. - М.: Политиздат, 1981, с. 146.)
Чтобы достигнуть успеха в деле снижения и ликвидации инфекционных болезней, необходимо хорошо знать экологию и биологию их возбудителей, особенности взаимодействия микроорганизмов с организмом хозяина (человека, животного) и закономерности распространения инфекций. Такие знания позволяют создавать систему мероприятий, направленных на предупреждение возникновения и распространения инфекционных болезней.
Успех этих мероприятий в значительной мере обеспечивается деятельностью среднего медицинского персонала, а качество работы фельдшеров, лаборантов, медицинских сестер зависит от их знаний и подготовки в области медицинской микробиологии.
Предмет и задачи микробиологии. Микробиология - раздел биологии, изучающий закономерности жизни и развития микроорганизмов в их единстве с окружающей средой. Эта наука изучает свойства микроорганизмов, а также процессы, которые они вызывают в макроорганизме (в частности, в организме человека) и различных объектах окружающей среды. Полезные для человека свойства микроорганизмов используются в различных отраслях народного хозяйства.
Микроорганизмы окружают нас повсюду. Они живут в почве, воде, организме человека и животных. С помощью одних микроорганизмов происходит круговорот веществ в природе - очищение окружающей среды (гниющие органические отбросы под влиянием микроорганизмов превращаются в неорганические вещества, которые усваиваются растениями); другие вызывают заболевания человека и животных.
Микробиология рассматривает широкий круг вопросов и подразделяется на ряд дисциплин.
Общая микробиология изучает строение и жизнедеятельность микроорганизмов, их распространение в природе, наследственность и изменчивость.
Медицинская микробиология изучает микроорганизмы, вызывающие заболевания человека, и процессы, происходящие в организме при внедрении болезнетворных микроорганизмов. Задачей медицинской микробиологии является разработка методов лабораторной диагностики инфекционных болезней, создание иммунобиологических медицинских препаратов для их предупреждения и лечения.
Курс медицинской микробиологии включает общую и частную части.
Общая медицинская микробиология рассматривает свойства микроорганизмов и их взаимодействие с организмом хозяина, частная - характеризует возбудителей отдельных болезней и методы их лабораторной диагностики.
В настоящее время из медицинской микробиологии выделены: вирусология (наука о вирусах); протозоология (изучает простейшие); микология (изучает грибы); иммунология (рассматривает защитные процессы, происходящие в организме); санитарная микробиология (занимается микроорганизмами, обитающими во внешней среде); космическая микробиология (изучает влияние космических условий на микроорганизмы и изменение микробной флоры человека в космосе).
Ветеринарная микробиология изучает микроорганизмы, вызывающие заболевания животных. Эта отрасль науки тесно связана с медицинской микробиологией, так как многие микроорганизмы являются возбудителями болезней и человека, и животных.
Промышленная микробиология изучает микроорганизмы, которые используют в производстве пищевых продуктов, антибиотиков и других лекарственных веществ, создает способы защиты пищевых продуктов и различных материалов от вредного воздействия микроорганизмов.
Агромикробиология изучает микроорганизмы, играющие роль в формировании почвенных структур, повышении плодородия почв, создании бактериальных удобрений.
Краткий очерк истории микробиологии - Л. Б. Богоявленская
Задолго до открытия микроорганизмов человек сталкивался с процессами их жизнедеятельности. С незапамятных времен люди использовали брожение теста, сквашивание молока, брожение виноградного сока. Издавна знакомы человечеству и повальные заболевания, уносившие население целых селений и городов. Уже в трудах врача Древней Греции Гиппократа появляются предположения о связи заразных болезней и особых болезнетворных испарений, названных им "миазмами". Подобная гипотеза высказана итальянским врачом Джироламо Фракасторо (XVI век). Он создал учение о живом "контагии" - "мельчайших и недоступных нашим чувствам частиц", которые, проникая в организм человека, вызывают болезнь. Мнение о том, что причиной заразных болезней являются живые существа, высказал в начале XVII века Афанасий Кирхер.
Окончательное подтверждение этих предположений было получено голландским натуралистом Антони ван Левенгуком (1632-1723). Шлифуя стекла, он сумел изготовить двояковыпуклые линзы, дававшие увеличение в 160 раз и более. Рассматривая в созданной им оптической системе настои, дождевую воду, зубной налет и другие объекты, он увидел, зарисовал и описал "живых зверьков", которых и сегодня можно рассматривать, как основные формы микроорганизмов: шаровидные, извитые, палочковидные, плесень, дрожжи.
Антони ван Левенгук (1632-1723)
Предположения о причинах заразных болезней не были доказаны, но практическая деятельность врачей со времен древности подтверждала их.
Законы индусов (1800-800 гг. до н. э.) предусматривали первые "противоэпидемические" мероприятия - больной чахоткой приравнивался по степени опасности его для окружающих к прокаженному, а брамину запрещалось вступать в брак с девушкой, имевшей среди предков чахоточных. Широко известны предписания об изоляции прокаженных, дезинфекции их вещей и жилищ (1700-500 гг. до н. э.).
В 1771-1772 гг. во время эпидемии чумы в Москве военный врач Данила Самойлович, считая, что "чума вызывается особливым и совсем отменным существом", впервые производит дезинфекцию вещей больных чумой, делает прививку "заразного ослабленного начала чумы" здоровым людям, соприкасавшимся с больными.
Одна из наиболее интересных глав в истории медицины - создание метода оспопрививания, который с давних времен практиковался у турков, персов и китайцев. Применение прививок было основано на убеждении, что при искусственном заражении болезнь протекает легче, чем при естественном. Оспа производила чудовищные опустошения. Только за 1723 г. в Париже умерло от оспы 20 тыс. человек, в Неаполе в 1768 г. - 16 тыс. человек за несколько недель.
Английский врач Эдуард Дженнер заметил, что многие люди, которые не болели оспой, не заражаются и при контакте с больными. Особенно часто это явление наблюдали у доярок, заражавшихся при доении животных, больных коровьей оспой. Это явилось отправным пунктом его исследований, продолжавшихся более 10 лет. В 1796 г. Дженнер привил здоровому мальчику содержимое гнойного пузырька от коровы, больной оспой. Через полтора месяца он привил этому же мальчику материал от человека, больного оспой. Мальчик не заболел. С тех пор прививки против оспы принесли человечеству избавление от этой страшной болезни, уносившей миллионы человеческих жертв.
Прошло много лет. Открытые Левенгуком микроскопические существа не связывали с возникновением заразных заболеваний. И только в XIX веке гениальные работы французского ученого Луи Пастера (1822-1895) дали научные доказательства значения микроорганизмов в возникновении заразных болезней и обоснование для развития методов борьбы с ними.
Луи Пастер (1822-1895)
Химик по образованию, Пастер показал, что микроорганизмы способны изменять среду обитания и вызывать ее химические превращения. Но он не остановился на химических явлениях, а описал процессы брожения и гниения и показал, что они вызываются микроорганизмами.
Им впервые выявлены микроорганизмы, которые могут существовать без доступа кислорода (анаэробы).
Одной из наиболее важных заслуг Пастера является Доказательство невозможности самопроизвольного зарождения живых существ. Этот вопрос волновал умы ученых в течение долгого времени.
Хотя еще в 1775 г. русский исследователь М. М. Тереховский высказал мнение, что микроскопические существа ("инфузории") не возникают путем самозарождения, вопрос о возникновении живого из неживого оставался спорным.
Опыты Пастера показали, что микроорганизмы попадают в питательную среду только из воздуха. Прокипятив бульон в колбе с горлышком, вытянутым в форме латинской буквы S, он сохранял бульон прозрачным (стерильным), так как микроорганизмы, проникая в трубку вместе с воздухом, оседали под действием силы тяжести в его изогнутом колене и не достигали бульона на дне колбы.
Круг исследований Пастера весьма широк. Доказав роль микроорганизмов в развитии процессов брожения и гниения, он занялся изучением болезней шелковичных червей, которые наносили в то время большой урон экономике Франции. И в этой работе он сумел найти причину поражения червей - их заболевания были также вызваны микроорганизмами, и Пастер нашел средство борьбы с ними.
Пастером разработаны впервые в истории науки методы уничтожения микроорганизмов при воздействии на них высокой температуры. Этот метод обеспложивания среды называют стерилизацией.
Для пищевых продуктов, которые изменяют свои свойства при кипячении, он предложил более "мягкую" стерилизацию, названную пастеризацией. Продукты обрабатываются несколько раз при сравнительно невысокой температуре.
Пастер не остановился на изучении процессов в окружающем нас мире. Он показал роль микроорганизмов в жизни человека, впервые доказав, что заразные болезни человека также являются результатом жизнедеятельности микроорганизмов. Это открытие сыграло огромную роль в развитии биологии и дало начало новой науке - медицинской микробиологии.
Следующим этапом деятельности Пастера было создание вакцин (от лат. vacca - корова). Этим термином Пастер назвал ослабленные культуры микроорганизмов, введение которых не вызывает заболевания, но делает людей и животных невосприимчивыми к нему.
Он приготовил вакцину из ослабленной прогреванием культуры возбудителей куриной холеры, привил ее курам, вызвав у них не смертельное заболевание, и после их выздоровления вновь заразил их очень "сильной" культурой возбудителя. Куры остались живы и здоровы. По тому же принципу была создана вакцина против сибирской язвы животных - предварительные прививки сделали нечувствительными к этому заболеванию коров и овец.
В 1885 г. Пастер предложил прививки против бешенства; поскольку возбудителя бешенства не удавалось обнаружить ни под микроскопом, ни на искусственной среде, Пастер использовал для изготовления вакцины мозг бешеной собаки, который многократно последовательно перевивал от кролика к кролику, уменьшая период, протекающий от заражения до заболевания и ослабляя силу прививочного материала. Применение таких вакцин на собаках давало хорошие результаты, и Пастер решился вакцинировать ребенка, искусанного бешеной собакой, и спас его от верной смерти. Следующий шаг - вакцинация русских крестьян, пешком прибывших в Париж после укусов бешеного волка.
Успех вакцинации положил начало доверию врачей и населения к новому средству борьбы с самыми страшными инфекциями прошлого.
На основании открытий Пастера английский хирург Д. Листер (1867) создал метод антисептики - промывания ран и перевязочных материалов раствором карболовой кислоты, чтобы предотвратить развитие в ранах микроорганизмов.
Открытия, сделанные Луи Пастером, коротко изложены на мемориальной доске на здании его первой лаборатории:
"Здесь была лаборатория Пастера:
1857 - брожение
1860 - самопроизвольное зарождение
1865 - болезни вина и пива
1868 - болезни шелковичных червей
1881 - зараза и вакцины
1885 - предохранение от бешенства".
Научные исследования Пастера показали роль микроорганизмов в возникновении инфекции. Он научился выращивать их в искусственных питательных средах, но не знал способа обнаружения возбудителя в каждом отдельном случае инфекции.
Немецкий ученый Роберт Кох (1843-1910) впервые ввел в практику плотные питательные среды, позволившие получить отдельные колонии и чистую культуру микроорганизмов. Кох впервые предложил анилиновые красители для окраски микроорганизмов, ввел освещение при микроскопировании (конденсор Аббе), применил иммерсионную систему и микрофотографирование.
Роберт Кох (1843-1910)
Он открыл возбудителя туберкулеза (1882), названного в честь ученого "палочкой Коха" и возбудителя холеры (1883).
Методы выращивания и выделения микроорганизмов, которые разработал Кох, привели к целому ряду открытий. В конце XIX века были описаны возбудители дифтерии (Э. Клебс и Ф. Леффлер), брюшного тифа (К. Эберт и Г. Гаффки), столбняка (А. Николайер и С. Китазато), дизентерии (А. В. Григорьев, К. Шига) и многие другие.
Открытие возбудителей некоторых инфекций связано с драматическими страницами истории медицины. Так в 1874 г. профессор Казанского университета Г. Н. Минх заразил себя кровью больного возвратным тифом. Он заболел, доказав этим, что возбудители возвратного тифа находятся в крови. Минх высказал предположение, что возбудители передаются через кровососущих насекомых. Через два года врач О. О. Мочутковский, повторив опыт Минха, заразил себя кровью больных сыпным и возвратным тифом и подтвердил высказанное Минхом предположение о том, что возбудитель этого заболевания находится в крови.
Д. И. Ивановский (1864-1920) в эти же годы изучал мозаичную болезнь листьев табака и пришел к выводу, что ее вызывает мельчайший агент. Он не растет на питательных средах и проходит через фильтры. К такому выводу Ивановский пришел, вызывая болезнь здоровых растений соком из пораженных листьев табака, после фильтрования его через мельчайшие поры (не пропускающие другие микроорганизмы). Это была первая работа, доказавшая вирусную природу инфекционных болезней.
Д. И. Ивановский (1864-1920)
В истории микробиологии можно условно выделить несколько периодов:
морфологический, для которого характерно описание микроорганизмов (А. Левенгук); физиологический, развитие которого связано с работами Л. Пастера и Р. Коха, раскрывших сущность жизнедеятельности микроорганизмов и законов их развития; иммунологический. В этот период жил и работал И. И. Мечников, его исследования и положили начало учению об иммунитете.
Очерк истории отечественной микробиологии. Большой вклад в развитие микробиологии внесли отечественные ученые.
Еще в 1698 г. Петр I, находясь в Голландии, познакомился с А. Левенгуком, который продемонстрировал ему микроскоп и показал ряд микроскопических объектов.
В период становления микробиологии Л. С. Ценковский (1822-1887) опубликовал работу "О низших водорослях и инфузориях", в которой впервые отнес бактерии к растительным организмам. Он же, в соответствии с принципами Пастера, получил ослабленный вариант бацилл сибирской язвы и использовал его для прививки животных.
Наряду с Пастером и Кохом, одним из основоположников микробиологии является великий русский ученый И. И. Мечников (1845-1916). Его классическая, до сих пор всеобъемлющая теория иммунитета основана на признании роли клеточной защиты в развитии невосприимчивости к инфекционным болезням. Он показал, что многие клетки организма (лейкоциты, клетки селезенки, костного мозга и пр.) способны захватывать и переваривать различные чужеродные элементы, в том числе и бактерии. Такие клетки он назвал фагоцитами (от греч. phago - пожираю, cytos - клетка), а открытое явление - фагоцитозом. Учение о фагоцитозе явилось основой для изучения воспаления, которое, как показал Мечников, является активной реакцией организма на внедрение болезнетворных микробов.
И. И. Мечников (1845-1916)
Научная деятельность Мечникова многогранна и широка. Он исследовал причины старения и искал способы продления жизни человека. Мечников считал, что ядовитые продукты, образующиеся в результате жизнедеятельности гнилостных микроорганизмов, обитающих в толстом кишечнике, отравляют организм человека. Чтобы избежать этого вредного воздействия, он предлагал заселить кишечник молочно-кислыми бактериями - антагонистами гнилостных.
При таком изменении микрофлоры кишечника, считал Мечников, гнилостные яды не будут пагубно действовать на организм человека и жизнь его продлится. В настоящее время доказано, что нельзя полностью менять естественную флору кишечника, но идея использования одного вида микроорганизмов в борьбе с другими (болезнетворными), высказанная Мечниковым, сегодня претворена в жизнь при применении антибиотиков для лечения многих инфекционных болезней, бактерийных препаратов для лечения кишечных заболеваний.
Мечников изучал холеру, брюшной тиф и туберкулез. Он разработал метод экспериментального воспроизведения сифилиса (совместно с французским ученым Э. Ру), исследовал многие другие вопросы биологии и медицины. В 1886 г. он организовал в Одессе первую в стране бактериологическую станцию и создал школу микробиологов. Однако его прогрессивная научная и общественная деятельность вызвала недовольство царского правительства и он был вынужден покинуть родину. С 1887 г. и до конца жизни он жил в Париже и работал в институте Пастера. В нашей стране и за рубежом его именем названы многие научные институты и лаборатории.
Одним из ближайших помощников и учеников Мечникова был А. М. Безредка (1868-1940). Его работы, посвященные проблемам иммунитета и анафилаксии, нашли широкое применение в практике.
Л. А. Тарасевич (1868-1927) также является учеником Мечникова. Он вел исследования в области изучения механизма иммунитета и анафилаксии, являлся блестящим организатором борьбы с эпидемиями в России, проводил вакцинацию против туберкулеза и кишечных инфекций. В 1918 г. он организовал Институт контроля сывороток и вакцин, который носит его имя (ГИСК им. Л. А. Тарасевича).
К числу выдающихся микробиологов и учеников Мечникова относится П. В. Циклинская (1859-1923) - первая женщина-профессор бактериологии, руководитель кафедры бактериологии Московских высших женских курсов. Основные работы Циклинской посвящены изучению кишечной флоры и ее значения для здоровья человека. Результаты исследований Циклинской по изучению природы детских поносов до сих пор имеют теоретическое и практическое значение.
Ближайшим помощником Мечникова во время его работы на бактериологической станции в Одессе был Н. Ф. Гамалея (1859-1949). Это был крупный иммунолог, впервые применивший так называемые химические вакцины. Он изучал бешенство, возбудителей туберкулеза, холеры. В 1898 г. Гамалея впервые наблюдал бактериофагию - растворение бактерий. Имя Н. Ф. Гамалеи присвоено нескольким микробиологическим институтам нашей страны.
Имя Г. Н. Габричевского (1860-1907), главы Московской школы микробиологов, связано с изучением и производством вакцин и сывороток в России. Он показал значение гемолитического стрептококка как возбудителя скарлатины и предложил вакцину, снизившую смертность от этого заболевания. Внедрение Габричевским в практику лечения дифтерии сыворотки также имело несомненный успех. Габричевский был председателем Пироговского общества русских врачей, автором первого русского учебника медицинской микробиологии. Его именем назван Московский институт микробиологии и эпидемиологии.
Д. К. Заболотный (1866-1929) - выдающийся микробиолог и эпидемиолог. Его по праву можно считать основоположником отечественной эпидемиологии. Труды Заболотного посвящены борьбе с чумой, холерой, сифилисом. Он заразил себя взвесью холерных вибрионов, чтобы выяснить возможность вакцинации против этой болезни через рот убитой вакциной. Такой же опыт проделал над собой И. Г. Савченко.
Особое место в общей микробиологии занимает микробиология почвы. Основоположник этой науки С. Н. Виноградский (1856-1953) установил роль микроорганизмов в круговороте азота, углерода, фосфора, серы и железа. Он изучил нитрифицирующие и азотфиксирующие бактерии почвы.
Его ученик В. Л. Омелянский (1867-1928) посвятил свои исследования выяснению роли бактерий в круговороте азота и углерода, анаэробному разложению клетчатки.
Можно назвать еще много имен отечественных микробиологов, которым принадлежит честь открытия возбудителей разных инфекционных болезней, создания лечебных препаратов, разработки вакцин и сывороток для предупреждения инфекций. Нельзя забыть и тех, кто рисковал своей жизнью при изучении возбудителей инфекционных болезней или в борьбе с ними: И. А. Деминского, В. Хавкина, М. А. Лебедевой, А. Л. Берлина и др.
Великая Октябрьская социалистическая революция раскрыла широкие возможности для плодотворной работы ученых-микробиологов.
Первый период развития советской микробиологии был связан с ликвидацией эпидемий сыпного и возвратного тифов, холеры; предотвращением заноса чумы и натуральной оспы. Решение этой задачи требовало организации производства вакцин и сывороток для проведения профилактических прививок, организации санитарно-просветительной работы, подготовки высококвалифицированных кадров. Блестящая плеяда советских ученых-микробиологов помогла решить поставленные задачи.
Л. А. Зильбер (1894-1966) - микробиолог, иммунолог, эпидемиолог. Его работы по изучению весенне-летнего энцефалита привели к открытию возбудителя и переносчиков этого заболевания. В течение длительного времени Зильбер изучал этиологию и иммунологию злокачественных опухолей и создал вирусогенетическую теорию их происхождения.
Л. А. Зильбер (1894-1966)
Исследования З. В. Ермольевой (1898-1974) были посвящены изучению холеры и борьбе с этой инфекцией. Она впервые в СССР получила пенициллин, который в годы Великой Отечественной войны спас тысячи жизней.
З. В. Ермольева (1898-1974)
Автор классических трудов по изучению бруцеллеза и риккетсиозов П. Ф. Здродовский (1890-1976) создал и внедрил в практику ряд профилактических и лечебных препаратов. Он занимался также вопросами иммунологии малярии и кишечных заболеваний, вызванных простейшими.
1950-1970 гг. были периодом небывалого расцвета советской микробиологии. В это время развернули свою работу крупные ученые: М. П. Чумаков, А. А. Смородинцев, В. М. Жданов, В. Д. Тимаков и др. Их исследования связаны с разработкой и внедрением вакцин против различных инфекций. Созданы и используются вакцины из ослабленных возбудителей чумы, туляремии, бруцеллеза. Разработана и повседневно применяется вакцина против полиомиелита. Введение этой вакцины почти ликвидировало полиомиелит (детский паралич) в нашей стране.
Дальнейшее развитие микробиологии, вирусологии и иммунологии тесно связано с успехами молекулярной биологии и генетики. Эти дисциплины поднимают микробиологические исследования на новый, более высокий уровень, позволяя широко проникать в сущность патогенности, структуры клетки, закономерности иммунного ответа организма и т. д.
В этом очень кратком очерке истории микробиологии освещена лишь малая часть проблем и вопросов, над разрешением которых непрестанно трудятся советские микробиологи. Их преданность своему делу, высокая квалификация и творческое горение - залог будущих успехов отечественной медицины.