Глава 1. основы общей микробиологии

ВВЕДЕНИЕ. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ЭПИЗООТОЛОГИИ И МИКРОБИОЛОГИИ

На протяжении многих столетий проблемой для животных и людей являлись заразные болезни, в борьбе с которыми человек был беспо­мощен. Человек с давних времен пытался разобраться в причинах массовых заболеваний животных и людей, однако природа инфекци­онной патологии у животных длительное время оставалась не уста­новленной. В первую очередь людей интересовали причины возник­новения инфекционных болезней, а затем особенности их проявле­ния, способы профилактики и ликвидации. В результате изучении этих причин в последующем сформировались две науки: микробио­логия и эпизоотология.

Историю развития микробиологии и эпизоотологии условно можно разделить на пять периодов (этапов): эвристический; морфологичес­кий; физиологический; иммунологический и современный — молекулярно-генетический. Эти периоды не столько связаны хронологически, сколько обусловлены основными достижениями и открытиями.

Эвристический период (IV—III тысячелетие до н. э.) связан скорее с логическими и методическими приемами нахождения истины, т. е. эвристикой (от гр. эврика — неожиданная находка), чем с какими-либо экспериментами и доказательствами. Мыслители того времени, изучая причины возникновения и исчезновения инфекционных болезней, по­мимо их широкого распространения, отмечали следующие свойства: способность передачи массовых болезней от больных здоровым и не­восприимчивость к повторному заболеванию, которая появляется пос­ле выздоровления при той или иной инфекционной болезни. Анализ этих свойств дал повод для догадки о том, что причиной возникновения массового заболевания животных и людей служит какое-то заразное начало, способное к размножению и передающееся от больного к здо­ровому непосредственно или через предметы окружающей среды. Эта догадка была подтверждена крупнейшими мыслителями Древней Гре­ции и Рима (Гиппократ (460—377 гг. до н. э.), Тит Лукреций Кар (96—55 гг. до н. э.), Вергилий (70-19 гг. до н. э.) и др.), которые причинами болезней считали крохотные организмы, проникающие в тело живот­ных и человека. В связи с этим уже в древние времена при организации мероприятий по борьбе с инфекционными болезнями человека и жи­вотных учитывались заразность больного, постинфекционный имму­нитет, изоляция больных, а также дезинфекция, обезвреживание огнем, сжигание вещей, трупов, построек и др. Несмотря на большое наследие великих мыслителей, сущность ин­фекционных болезней животных и человека в течение многих веков оставалась до конца не распознанной. Однако постепенно накаплива­ющиеся данные о природе инфекционных болезней позволили выска­зать предположение о таком свойстве, как специфичность, суть которо­го заключалось в том, что каждой инфекционной болезни свойствен строго специфический возбудитель. В эпоху Средневековья инфекци­онные болезни животных и людей получали панзоотическое распро­странение. Начиная с VI в. почти непрерывно свирепствовала чума крупного рогатого скота, сибирская язва животных. Среди лошадей пе­риодически возникали эпизоотии болезней, по описанию напоминаю­щие злокачественный грипп и контагиозную плевропневмонию и др.

На территории Беларуси заразные болезни отмечены четыре тысячи лет тому назад. С течением времени все чаще встречаются антрополо­гические и литературные данные о панзоотиях чумы крупного рогатого скота, сибирской язвы, т. е. о заболеваниях, которые были характерны для Европейского континента вплоть до конца XIX — начала XX в.

В 1060 г. в Друцке, Полоцке и Киеве погибло большое количество животных от трех неизвестный эпизоотии. Многие заразные болезни животных в Беларуси отмечались в 1440, 1448, 1556,1655,1693 и другие годы. Распространению их способствовали купля, продажа, перегон животных, войны, а также отсутствие должных мер борьбы с ними. Эпизоотии охватывали обширные территории и вызывали массовую гибель животных. Сведения о гибели домашних животных в Беларуси имеются также в древнерусских летописях. В одной из летописей ука­зывалось (А.Ф. Змеев): «Того же лета (1448 г.) мор быть на кони, да и люди мерли». В 1556 г. «моровая язва опустошила Полотск». В «Бар-колабовской летописи» указывается об эпизоотии бешенства в 1608 г. в Белорусском Приднепровье. А через 100 лет (1708 г.) в районе Радошкович «множество лошадей и большое количество собак взбесились. Люди, имевшие несчастье быть укушенными, умирали в обозе через несколько дней в страшных мучениях». О большом падеже скота осенью 1655 г. под Быховом и в 1661-1679 гг. под Могилевом говорится в актах 1894 и 1901 гг. Московского государства.

Однако, к сожалению, материалистические идеи о природе болез­ней, сформулированные крупнейшими мыслителями Древней Греции и Рима, в эпоху Средневековья почти не развивались. И все же данные о болезнях животных накапливались. В Византийской империи вышла книга о болезнях лошадей, названная «Гиппиатрика». Автор этой кни­ги Апсирт из Клазомена (300 г. н. э.) исполнял обязанности ветеринар­ного врача в армии Константина Великого и описал сап лошадей, чуму крупного рогатого скота, туберкулез и другие болезни животных. Поч­ти одновременно Венеции Ренат написал для императора Валентина книгу «Ветеринарное искусство, или Муломедицина». Автор придер­живался материалистического подхода к объяснению природы инфек­ционных болезней лошадей и рекомендовал изолировать больных жи­вотных, «чтобы зараза не переходила на ближайшего». Он впервые предпринял попытку дифференцировать очень схожие по клиническо­му проявлению болезни лошадей: истинный сап, мыт, контагиозную плевропневмонию и эпизоотический лимфангит.

Определенный вклад в изучение инфекционной патологии у живот­ных и людей в эпоху Средневековья внесли арабские (Абу-Бекр Мухам­мед Бен — Зикария), итальянские (Хуан Альварец Саламиалиси) и мно­гие другие ученые.

Эпоха Возрождения характеризовалась активизацией исследований по изучению инфекционных болезней людей и животных. Крупным ученым этой эпохи был Парацельс (1493-1541), который считал, что каждой болезни свойственно «свое семя», т. е. определенное химичес­кое вещество. Огромный вклад в изучение инфекционных болезней животных, людей и растений в этот период внес итальянский врач и ас­троном Джироламо Фракасторо (1478-1553), который высказал идею о живом контагии (coniagium vivum), который вызывает болезни. При этом каждая болезнь вызывается своим контагием, т. е. он впервые указал на специфичность инфекционных болезней. В 1546 г. им издана книга «О контагии, контагиозных болезнях и лечении». В ней автор дифференцировал болезни, свойственные человеку, животным и рас­тениям, описал ящур, оспу овец, сап лошадей и др. Он не видел возбу­дителя, но предполагал, что он (seminaria prima) проникает в организм различными путями и размножается в нем.

Морфологический период развития микробиологии и эпизоотологии связан с изобретением микроскопа и изучением морфологии микро­бов. В 1590 г. голландцами братьями Гансом и Захарием Янсенами, а за­тем А. Левенгуком (1632-1723) был создан микроскоп. Микроскоп А. Левенгука обладал относительно высокой разрешающей способнос­тью до 300 раз и позволял увидеть живой микромир. С помощью мик­роскопа собственной конструкции он рассматривал различные настои, воду, слюну, кровь, испражнения, зубной налет, листья растений и др. Всюду он находил мельчайших «зверушек», т. е. микробов, называя их «анималькулами». «С величайшим изумлением,— писал он,— я видел в зубном налете множество мельчайших животных, весьма оживленно двигавшихся. В моем рту их больше, чем людей в Соединенном коро­левстве». В 1695 г. была опубликована его книга «Тайны природы, от­крытые Антонием Левенгуком».

Обнаружение возбудителей инфекционных болезней с помощью микроскопа послужило основой для последующего бурного развития микробиологии и эпизоотологии. Условно различают три периода:

♦ физиологический — датируется со второй половины XIX в. харак­теризуется изучением жизнедеятельности микробов, их физиологии;

♦ иммунологический — связан с работами Луи Пастера по созданию вакцин и вакцинации, начинается примерно с 1880 г.;

♦ молекулярно-генетический — развитие микробиологии датируется 1953 г., когда Дж. Уотсон и Ф. Крик расшифровали строение ДНК, ко­торая является носителем наследственности. Данный период характе­ризуется определением молекулярной структуры бактерий и вирусов, их генетического кода.

В эти периоды развития микробиологии и эпизоотологии идея о жи­вых возбудителях инфекционных болезней отстаивалась все большим количеством исследователей и подкреплялась экспериментальными данными. Так, Цинке в 1804 г. заразил кроликов слюной бешеной со­баки. К. Давен в 1849 г. во Франции и Ф. А. Брауэль в России в 1856 г. обнаружили сибиреязвенных микробов: первый — в крови овцы, пав­шей от сибирской язвы, второй — в крови человека, умершего от этой болезни.

К концу XIX в. была создана научная база для изучения этиологии и патогенеза инфекционных болезней, природы иммунитета и законо­мерностей эпизоотического процесса. Наиболее существенными в этом отношении являются открытия великого французского ученого Луи Пастера (1822-1895). Он доказал, что спиртовое брожение является результатом деятельности дрожжей, молочнокислое — вызывается мо­лочнокислыми бактериями, маслянокислое — протекает без доступа воздуха под влиянием маслянокислых микробов, т. е. открыл явление анаэробиоза. Л. Пастер выявил возбудителей куриной холеры, стафило-, стрепто- и пневмококков. Он указал, что родильная горячка, осте­омиелит вызываются микробами, а возбудителями пебрины и фляшерии (болезни шелковичных червей) являются стрептококки. Ученый обосновал процессы дезинфекции и стерилизации, предложил методы обработки вина и пива, предупреждающие их порчу. Разработал вакци­ны против сибирской язвы, пастереллеза, бешенства и рожи свиней. Л. Пастер доказал, что причиной процесса брожения и гниения, а так­же инфекционных болезней являются микроорганизмы. Он же на про­стых и оригинальных опытах показал, что живые организмы зарожда­ются от себя подобных живых организмов, т. е. из неживой природы они возникать не могут. За решение проблемы самозарождения Л. Пас-теру была присуждена премия Французской академии наук.

Большой вклад в развитие микробиологии внес немецкий ученый Р. Кох (1845—1910). Он открыл возбудителей туберкулеза и холеры, предложил плотные питательные среды, окрашивание бактерий ани­линовыми красителями, метод микрофотографирования и выделения чистых культур. Р. Кох применил для микроскопии иммерсионную сис­тему и конденсор Э. Аббе, разработал метод получения туберкулина, открыл возбудителя сибирской язвы и доказал, что он образует споры. Экспериментально обосновал теорию и практику дезинфекции, а так­же положение под названием «Триада Генле-Коха». Суть этого поло­жения сводится к следующему: подозреваемый вид микроорганизмов должен быть обнаружен в больном организме; вид микробов, вызвав­ших болезнь, должен быть получен в чистой культуре; введение чистой культуры в организм должно вызывать то же заболевание, что и у пер­воначально заболевших животных.

Р. Кох и его ученики открыли возбудителей азиатской холеры, стол­бняка, брюшного тифа, гонореи. Ученого называли королем медицины и отцом бактериологии. Исследованиями Л. Пастера, а в последующем и Р. Коха окончательно решен вопрос о возбудителе сибирской язвы, который был впервые обнаружен К. Давеном (1812—1882), а затем Ф.А. Брауэлем (1807—1882). Это было началом торжества идеи о мик­робном происхождении инфекционных болезней.

Существенный вклад в изучение вопросов неспецифической и специ­фической иммунной защиты при инфекционных болезнях внесли лау­реаты Нобелевской премии: гениальный ученый И. И. Мечников (1845-1916), разработавший фагоцитарную теорию, и немецкий иссле­дователь Эрлих (1854-1915)— гуморальную теорию иммунитета. И. И. Мечников (1845—1916) исследовал патогенез холеры человека, ту­беркулеза, тифа, сифилиса. Разработал учение о микробном антагониз­ме, обосновал теорию долголетия и фагоцитоза, раскрыл сущность вос­паления как защитной реакции организма. Он является отцом иммуно­логии. Ученый впервые предложил использовать гриб Isaria destructor для борьбы с вредителем полей — хлебным жуком, т. е. он основал биологи­ческий метод борьбы с вредителями сельскохозяйственных растений.

Основоположником общей микробиологии является Л. С. Ценковский. Объектом его исследований были простейшие, водоросли, грибы. Он изучил изменчивость микроорганизмов, создал отечественную вак­цину против сибирской язвы, описал явление симбиоза.

Основоположником общей почвенной микробиологии был С.Н. Виноградский (1856—1953). Ученый разработал накопительные питатель­ные среды, выделил и изучил азотфиксирующие и нитрофицирующие бактерии, установил роль микробов в круговороте N, С, Р, Fe, S; открыл новый тип питания микробов — аутотрофизм (способность синтезиро­вать органические вещества); хемосинтез (способность жить за счет окисления аммиака, сероводорода, закисного железа, не нуждаясь в органическом веществе, синтезируя компоненты тела из углекисло­ты воздуха). Учеником С. Н Виноградского был В. П. Омелянский (1867-1929). В сфере его интересов был круговорот веществ в природе. Им выделены целлюлозоразрушающие бактерии, описаны физиология и химизм этого процесса, созданы первый русский учебник «Основы микробиологии» и первое русское руководство по микробиологии.

Важной вехой в изучении этиологии инфекционных болезней явля­ется открытие в 1892 г. Д. И. Ивановским (1864-1920) нового вида воз­будителя — вируса табачной мозаики. Новый вид возбудителя обладал способностью проходить через бактериальные фильтры, был невидим в микроскопе и не выращивался на питательных средах. Это дало воз­можность установить причины инфекционных болезней, возбудителей которых не удавалось выращивать на обычных питательных средах (ящур, чума крупного рогатого скота, бешенство и другие вирусные болезни).

Н.Ф. Гамалея (1859-1949) посвятил свои работы изучению инфек­ции и иммунитета, изменчивости бактерий, профилактике сыпного тифа, холеры, туберкулеза. Он открыл птичий вибрион, описал лизис бактерий под влиянием неизвестного в то время бактериофага.

Н.А. Михин (1872—1946) — один из основоположников ветеринар­ной микробиологии — открыл возбудителя лептоспироза крупного ро­гатого скота, разработал методику приготовления фармолвакцины про­тив сальмонеллеза телят, методику получения противосибиреязвенной и противоколибактериозной сывороток. Он является автором первого отечественного учебника «Курс частной микробиологии для ветери­нарных врачей и студентов».

После установления основных причин болезней, за 100 с неболь­шим лет после открытий Л. Пастера, были установлены возбудители подавляющего большинства известных инфекционных болезней че­ловека и животных, что позволило дифференцировать болезни и вы­являть все новые и новые нозологические их формы. Так, если в «Ру­ководстве к изучению инфекционных болезней домашних животных» профессора А.А. Раевского (1848-1916) описано (1880) всего девять болезней, то в знаменитой книге Ф. Гутира и И. Марека (1905) «Част­ная патология и терапия домашних животных» подробно описано более 100 заразных болезней животных. К тому времени было уста­новлено, что ряд болезней является общим и для животных и для че­ловека. В XXI в. их количество составляет около 200, а всего болезней, свойственных животным, около 500. Количество нозологических еди­ниц инфекционных болезней продолжает расти. Только за последние десятилетия зарегистрирован ряд новых инфекционных болезней жи­вотных: губкообразная энцефалопатия крупного рогатого скота, репродуктивно-респираторный синдром свиней, цирковирусная инфек­ция свиней, высококонтагиозный грипп птиц и др. В 1982 г. Стенли Прузинер установил новый вид возбудителей инфекционных болез­ней — прион.

Большой вклад в развитие ветеринарной микробиологии и эпизоо­тологии внесли Г. А. Андриевский, С. Н. Вышелесский, М. Г. Тартаков-ский, Н. Н. Гинсбург, Я. Е. Коляков, С. Г. Колесов, Я. Р. Коваленко, Н. Б. Лихачев, А. X. Саркисов, Р. А. Цион, Н. А. Ковалев, Н. Н. Андросик, Ю. А. Малахов, О. А. Тугаринов и многие другие.

Неоценимый вклад в изучение инфекционных болезней животных внес основоположник отечественной эпизоотологической школы академик С. Н. Вышелесский. Он исследовал многие теоретические и практические вопросы борьбы с инфекционными болезнями, в том числе с чумой, сибирской язвой и др.

Становление частной эпизоотологии и микробиологии как наук свя­зано с открытием ветеринарных школ, которые были призваны гото­вить специалистов главным образом для ликвидации эпизоотии, при­чиняющих огромные убытки. Первая ветеринарная школа была откры­та в Лионе в 1762 г.

Контрольные вопросы

1.Кто впервые обнаружил микроорганизмы?

2.На какие периоды подразделяют историю развития микробиологии и эпи­зоотологии?

3.Какие открытия и достижения были сделаны Л. Пастером, Р. Кохом, И. И. Мечниковым?

4.Кто впервые расшифровал строение ДНК?

5.Назовите ученых, внесших значительный вклад в развитие микробиоло­гии и эпизоотологии.

Глава 1. ОСНОВЫ ОБЩЕЙ МИКРОБИОЛОГИИ

Введение в микробиологию

Предмет микробиологии

Микробиология (от гр. micros — малый, bios — жизнь, logos — уче­ние) — наука о мельчайших живых существах, не видимых невооружен­ным глазом. Их называют микроорганизмами или микробами. Микро­бы — это существа относительно простого строения, в большинстве своем одноклеточные.

Ветеринарная микробиология состоит из следующих разделов: об­щая микробиология, иммунология, частная микробиология.

Общая микробиология изучает морфологию и физиологию микроор­ганизмов, их распространение в природе, роль в круговороте веществ, влияние факторов внешней среды на микробы, их генетику, роль мик­робов в инфекционном процессе, условия возникновения инфекции, патогенность и вирулентность микроорганизмов, вопросы системати­ки бактерий и многие другие вопросы.

Иммунология изучает иммунную систему организма, виды иммуни­тета, его формирование, влияние антигена на организм, синтез и дина­мику образования антител, вопросы аллергии, серологические реак­ции, специфическую иммунопрофилактику инфекционных болезней, терапию животных и целый ряд других вопросов.

Частная микробиология исследует возбудителей инфекционных бо­лезней, их биологические свойства, пути проникновения микробов в организм, патогенез болезни, пути выделения возбудителей из орга­низма, устойчивость микробов по отношению к различным факторам внешней среды, вопросы лабораторной диагностики, профилактики и терапии больных животных и т. п.

Ветеринарная микробиология связана с генетикой, вирусологией, биохимией, эпизоотологией, фармакологией, хирургией, ветеринарно-санитарной и судебной экспертизой и другими предметами. Осо­бенно тесно ветеринарная микробиология связана с медицинской микробиологией. Из шести таких основных проблем здравоохранения, как атеросклероз, онкологические болезни, вирусные инфекции, диа­бет, алкоголизм, ВИЧ-инфекция (вирус иммунодефицита человека), ни одна не может быть решена без участия микробиологов и иммуно­логов.

В связи с разнообразием микроорганизмов (вирусы, синезеленые водоросли, микроскопические грибы и т. д.) от микробиологии отдели­лись и определились в самостоятельные науки вирусология (изучает вирусы), альгология (микроскопические водоросли), микология (мик­роскопические грибы) и т. д.

Многие ученые при изучении инфекционных болезней сами себя заражали опасными возбудителями: Д. Самойлович, Г. А. Андриевс­кий, И. И. Мечников, Н. Ф. Гамалея, Д. К. Заболотный и др. Родилась наука деонтология — наука о долге.

Оценивая успехи, достигнутые микробиологией во второй половине XIX в., французский исследователь П. Таннери писал: «Перед лицом бактериологических открытий история других естественных наук за последние десятилетия XIX в. кажется несколько бледной».