Вступ до мікробіології Історія розвитку мікробіології Морфологія мікроорганізмів

ВСТУП ДО МІКРОБІОЛОГІЇ.

ІСТОРІЯ РОЗВИТКУ МІКРОБІОЛОГІЇ.

МОРФОЛОГІЯ МІКРООРГАНІЗМІВ.

Мікробіологія є одним з основних предметів у підготовці медичних працівників. Без знань цього предмета неможливо науково обґрунтувати діагностику, лікування та профілактику інфекційних захворювань. Для сприйняття навчального мате­ріалу з мікробіології треба знати біологію, хімію, анатомію та фізіологію, латинську мову, фармакологію. А сама мікробіоло­гія є основою для всіх клінічних та медико-профілактичних дисциплін, оскільки вона сприяє логічному сприйняттю цих предметів і формує клінічне мислення, без якого не можна бути висококваліфікованим спеціалістом.

Навчальна мета.

Знати:

· завдання медичної мікробіології;

· сучасні методи діагностики інфекційних хвороб;

· морфологію бактерій та коротку характеристику вірусів, пріонів, грибів і найпростіших;

· будову бактеріальної клітини;

Мати поняття:

· про класифікацію та номенклатуру мікроорганізмів;

· про культуральні та біохімічні властивості мікробів, живильні середовища

Бути проінформованим про історію розвитку мікробіоло­гії, внесок вітчизняних учених у розвиток науки, досягнення мікробіології в боротьбі з інфекційними хворобами.

План

І. Вступ до мікробіології.

1. Мікробіологія як наука. Досягнення та завдання медич­ної мікробіології в боротьбі з інфекційними захворюван­нями.

2. Сучасні методи мікробіологічної діагностики інфекцій­них хвороб.

3. Історія розвитку мікробіології.

ІІ. Морфологія мікроорганізмів.

1. Поняття про систематику, класифікацію та номенклатуру мікроорганізмів.

2. Морфологія бактерій.

3. Будова бактеріальної клітини.

4. Характеристика нетипових представників різних груп бактерій.

5. Коротка характеристика грибів, найпростіших, вірусів і пріонів.

ВСТУП ДО МІКРОБІОЛОГІЇ. МІКРОБІОЛОГІЯ ЯК НАУКА

Мікробіологія (від грецьк. microc – малий, bios – життя, logos – наука) – це наука про дуже малі, невидимі неозбро­єним оком живі істоти, названі мікроорганізмами, або мікро­бами, їх систематику, морфологію та фізіологію, екологію та взаємовідношення з іншими живими організмами.

Більш ніж за трьохсотлітню історію вивчення мікрооргані­змів (з моменту першого описання мікроорганізмів А. Левенгуком) мікробіологія зібрала велику кількість наукових даних і розділилася на галузі (загальна, технічна, сільськогосподарсь­ка, ветеринарна, медична, санітарна, морська, космічна та ін.).

У медичній мікробіології залежно від об'єкту дослідження виділяють:

бактеріологію – науку про бактерії;

мікологію – науку про гриби;

протозоологію – науку про найпростіші;

вірусологію – науку про віруси.

Як окрема дисципліна сформувалась імунологія, набула роз­витку генна інженерія.

Медична мікробіологія вивчає хвороботворні (патогенні) мік­роорганізми, їх морфологію, фізіологію, екологію, резистент­ність, антигенну структуру, фактори патогенності, розробляє методи діагностики, профілактики та лікування інфекційних хвороб.

Мікробіологи створюють препарати для їх специфічної про­філактики та лікування.

Досягнення та завдання медичної мікробіології в боротьбі з інфекційними захворюваннями. Завдяки успіхам мікробіології й інших медичних наук в усьому світі ліквідовано натураль­ну віспу, знижено захворюваність на чуму, поліомієліт, кір, висипний і поворотний тифи та інші хвороби, значно знижено смертність від інфекційних хвороб. Але наприкінці XX ст. були зареєстровані спалахи епідемій дифтерії, туберкульозу, холери та кишкових захворювань, значно поширилися внутрішньо лікарняні інфекції.

Виникли нові проблеми: а) виділено вірус імунодефіци­ту людини (ВІЛ), збудники інших раніше невідомих інфекцій; б) відкрито пріони; в) унаслідок мінливості мікроорганізмів з'явилися стійкі до лікарських препаратів збудники.

Над вирішенням цих проблем працюють мікробіологи всьо­го світу й України зокрема. ВООЗ створила розширену про­граму профілактики інфекційних захворювань, її реалізація дозволить ліквідувати такі хвороби, як поліомієліт, краснуха, кір, епідемічний паротит, а захворюваність на туберкульоз, дифтерію, правець, коклюш значно знизиться. Реалізовувати цю програму і доведеться сьогоднішнім студентам – майбут­нім медпрацівникам, а допоможе їм у цьому знання мікробіології.

Сучасні методи мікробіологічної діагностики інфекційних захворювань. Успіхи в лікуванні та профілактиці інфекційних хвороб значною мірою залежать від своєчасної діагностики. Мікробіологія пропонує такі сучасні методи діагностики:

мікроскопічний – ґрунтується на виявленні збудника в па­тологічному матеріалі та його ідентифікації (визначенні виду). За допомогою мікроскопа вивчають його морфологічні (форму, розмір, взаємне розміщення клітин, рухливість, наявність спо­ри та капсули) і тинкторіальні властивості (здатність забарвлю­ватися барвниками);

мікробіологічний – посів патологічного матеріалу на живиль­ні середовища, виділення чистої культури та її ідентифікація на основі вивчення культуральних і біохімічних властивостей мікроорганізмів; нині розроблено автоматичні системи, які дозволяють протягом кількох годин визначити вид збудника, вивчити його антибіотикограму;

біологічний – уведення патологічного матеріалу лаборатор­ним тваринам із метою моделювання в них інфекційного за­хворювання, виділення чистої культури збудника з подальшою ідентифікацією, виявлення токсинів;

серологічний – виявлення в крові специфічних антитіл і антигенів;

алергічний метод – виявлення підвищеної чутливості, мак­роорганізму до конкретного збудника або продуктів його жит­тєдіяльності. Використовують для діагностики туберкульозу (реакція Манту), бруцельозу (реакція Бюрне) та ін.;

молекулярно-генетичний – виявлення фрагментів нуклеїно­вих кислот мікроорганізмів у патологічному матеріалі. Викори­стовують молекулярні та генні ДНК- і РНК-зонди в поєднанні з ланцюговою полімеразною реакцією (ЛПР). За допомогою цього методу можна ідентифікувати будь-який об'єкт.

ІСТОРІЯ РОЗВИТКУ МІКРОБІОЛОГІЇ

У розвитку мікробіології виділяють 4 періоди:

І – морфологічний (А. Левенгук);

II – фізіологічний (Луї Пастер, Роберт Кох та ін.);

III – імунологічний (І. І. Мечников, П. Ерліх та ін.);

IV – молекулярно-генетичний (сучасний);

Тривалий час людина жила в оточенні невидимих істот, спо­живала продукти їх життєдіяльності (випечений хліб, кисле молоко, вино, пиво). Ці істоти спричинювали захворювання, але людина навіть не підозрювала про їх існування, бо вони мали надто малі розміри.

Навіть видатний лікар Древньої Греції Гіппократ вважав, що в повітрі під час епідемій містяться особливі хвороботвор­ні "міазми" – випаровування, які можуть поширюватися на великі відстані. На думку Лукреція Кара, кожна інфекція має особливе "насіння". Лише під час страшної епідемії чуми в XIV ст. з'явилися перші уявлення про заразні хвороби. У 1374 р. у Венеції був виданий наказ про ізоляцію людей, товарів та кораблів на 40 днів (quarantina) з метою запобігання поширен­ню чуми, звідки і пішов термін – карантин. Джираломо Фра-касторо розробив учення про живих контагій (contagiumvivum) як причину захворювання.

Мікроскоп уперше винайшли голландці Ганс та Захарій Янсени. Антоній ван Левенгук значно удосконалив його і пер­шим проник у світ мікробів (мал. 1). Цей світ невидимих рані­ше істот, що виник перед дослідником, вразив його. Він роз­глядав усе, що потрапляли під руку: дощову воду, зубний наліт, випорожнення. ,1 всюди були істоти, які мали різну форму (кулясту, паличкоподібну, звивисту, розгалужену) і хаотично рухались. Про це відкриття А. Левенгук доповів у Лондонсь­кому Королівському товаристві (1673). Так почався І період розвитку мікробіології – морфологічний. Але вчений навіть не підозрював, що ці "невинні створіння Господні" можуть бути причиною захворювань і навіть смерті. Бо і в той час була дуже поширена міазматична теорія. Багато вчених під­тримували теорію живих контагій. Одним із них був випуск­ник Київської Духовної академії, лікар Данило Самойлович (1744– 1805). За допомогою мікроскопа він намагався виявити збудник чуми в органах померлих від цієї хвороби і створити протичумний профілактичний препарат – вакцину. Але лише в 1796 р. англійський лікар Едуард Дженнер створив першу ефективну вакцину. Він помітив, що доярки ніколи не хво­ріють на натуральну віспу, а коров'ячу переносять у легкій формі. Тому Е. Дженнер прищепив коров'ячу віспу 8-річному хлопчику, а через 1 міс заразив його натуральною. Дитина не захворіла. Завдяки вакцині, так назвали препарат (від лат. vacca – корова), сьогодні віспа ліквідована в усьому світі. Хоч Дженнер і провів вакцинацію, але суті її він не зрозумів. Це вда­лося французькому вченому Луї Пастеру (1822–1895). З іменем Л. Пастера пов'язаний II період .розвитку мікробіології – фізіо­логічний. Пастер є основоположником наукової мікробіології. Він довів неможливість самозародження життя, запропонував методи стериліз

ації {повного знищення мікроорганізмів) та пас­теризацію (більш м'яку стерилізацію), а також науково обґрунтував роль мікроорганізмів у виникненні захворювань. Л. Пас­тер довів, що бродіння та гниття спричинюють мікроорганізми, що дозволило іншим ученим, зокрема Лістеру та Пирогову, розробити методи асептики та антисептики.

Л. Пастер відкрив анаероби, обґрунтував явище атенуації (ослаблення патологічних властивостей збудника), отримав вак­цину проти сибірки та сказу.

Л. Пастер зібрав навколо себе блискучу плеяду вчених. Се­ред них були і наші співвітчизники: 1.1. Мечников, О. М. Безредка, М. Ф. Гамалія, І. Г. Савченко та ін.

У цю "золоту" пору мікробіології поряд з іменем Л. Пасте­ра стало ім'я німецького вченого Роберта Коха (1843– 1910) – майстра прикладних досліджень. Він зробив неоціненний вне­сок у мікробіологію:

удосконалив мікробіологічну техніку, застосував імерсійні об'єктиви, мікрофотографію;

використав анілінові барвники;

запропонував методи виділення чистої культури та щільні живильні середовища;

відкрив збудників туберкульозу (паличку Коха) і холери; довів, що збудником сибірки є В. апігпасіз; обґрунтував теорію та практику дезінфекції (знищення па­тогенних мікроорганізмів).

Використовуючи методи Коха, інші вчені відкрили й опи­сали збудників дифтерії (Клебс і Лєффлєр), черевного тифу (Еберт і Гафкі), правця (Ніколайєр і Кітазато), дизентерії (Гри-гор'єв і Шига), сифілісу (Шаудін), лептоспірозу (Індо, Ідо).

Було відкрито здатність мікробів утворювати токсини. Дифтерійний екзотоксин уперше виділили Ру та Йєрсен. Ру і Берінг отримали антитоксичну протидифтерійну сироватку. Використання сироваток призвело до виникнення проблеми сироваткової хвороби.

Вирішенню цих проблем був присвячений III період роз­витку мікробіології – імунологічний. Одним з основополож­ників імунології був випускник Харківського університету 1.1. Мечников. Наукова діяльність І.І. Мечникова дуже багато­гранна. Він обґрунтував фагоцитарну теорію імунітету, визначив роль клітинного захисту в розвитку імунітету. Між ним і П. Ерліхом (побічником гуморальної теорії, який вважав, що імунітет забезпечується антитілами) тривалий час ішла диску­сія. 1.1. Мечников першим зрозумів, що ці теорії доповнюють одна одну. У 1908 р. 1.1. Меччиков та П. Ерліх отримали Нобе­лівську премію за це відкриття. 1.1. Мечников вивчив явище антагонізму в мікросвіті, що лягло в основу використання бак-препаратів та антибіотиків, зробив значний внесок у вивчен­ня холери, черевного тифу і туберкульозу, створив велику школу мікробіологів. Його учнями та помічниками були євро­пейські вчені (Ру, Йєрсен, Борде, Жангу, Бюрне, Рамон) та на­ші співвітчизники (О. М. Безредка, М. Ф. Гамалія, Д. К. Забо­лотний, Л. А. Тарасевич, І. Г. Савченко, В. А. Хавкін), які стали всесвітньо відомими вченими.

І.І. Мечников є основоположником розвитку наукової мік­робіології в Україні.

Бурхливий розвиток мікробіології сприяв розквіту всієї медицини, але розвиток самої мікробіології гальмувався від­ставанням інших наук: біохімії, генетики, фізики. Наприкін­ці XIX ст. було відкрито царство вірусів Д. І. Івановським, але глибоке вивчення їх стало можливим лише в другій половині XX ст. після винаходу електронного мікроскопа.

На початку XX ст. розвивалися прикладні аспекти мікро­біології. Були сформульовані наукові принципи хіміотерапії (П. Ерліх, Д. Л. Романовський), відкриті та виділені антибіоти­ки (Флемінг, Чейн, Флорі, 3. В. Єрмольєва), розроблені методи серодіагностики (Вассерманн, Відаль, Райт, Асколі).

IV період розвитку мікробіології – молекулярно-генетичний. У дослідах на бактеріях та вірусах було доведено, що носієм генів є ДНК. Було встановлено її структуру. Мікробіо­логи відкрили плазміди (нехромосомні носії спадковості, що передають різні ознаки, зокрема резистентність до лікарсь­ких засобів). У другій половині XX ст. бурхливо розвивалися вірусологія та імунологія. У галузі вірусології були такі досяг­нення:

розшифровано молекулярно-генетичну організацію багатьох вірусів;

вивчено механізм взаємодії вірусів із клітиною, загальні ме­ханізми перетворення вірусами нормальної клітини на пух­линну (Л. О. Зільбер);

у 1983 р. виділено ВІЛ (Монтаньє і Галло);

виділено та вивчено нові віруси (Ласса, Марбург, Ебола);

відкрито пріони.

У галузі імунології зроблено багато відкриттів:

запропоновано вчення про імунітет як захист організму від усіх генетичне чужорідних агентів, а не тільки від мікроорга­нізмів;

описано два різновиди лімфоцитів – В- і Т-лімфоцити, їх функції;

розшифровано структуру антитіл, відкрито різні класи імуноглобулінів;

виявлено гени, що контролюють утворення антитіл до всіх існуючих агентів, тобто доведено існування генетичної схиль­ності до інфекційних захворювань.

У цей же період відбувалося становлення генної інженерії. Розпочалося промислове виробництво вакцин нового поколін­ня – генно-інженерних. Д. Келєр та І. Мільстайн відкрили гібридоми, що дозволило отримати моноклональні антитіла заданої специфічності, які використовують з діагностичною метою.

Історія розвитку мікробіології – це героїчна та разом з тим драматична сторінка історії медицини. Адже дослідник завжди ризикує, тримаючи смерть у пробірці. Багато вчених у дослідах на собі довели:

заразність тієї чи іншої хвороби (Г. М. Мінх та О. О. Мочутковський довели заразність поворотного та висипного тифів, виявили переносників хвороби – вошей);

ефективність вакцин або сироваток (І. І. Мечников, І. Г. Сав­ченко, Д. К. Заболотний та інші дослідники після вакцинації випили культуру збудника);

безпечність вакцини (вірусологи лабораторії А. А. Смородинцева Інституту експериментальної медицини в Ленінграді та члени їх сімей прийняли великі дози поліомієлітної вакцини, а М. П. Чумаков приймав вакцину тричі, щоб довести безпеч­ність її для людей).

Винятковий гербїзм проявили І. О. Деминський, М. О. Лебедєва, А. І. Турчинович-Вижникевич, І. В. Мамонтов, Ріккетс і Провачек, які своє життя принесли в жертву науці.

Багато вчених стали лауреатами Нобелівської премії з мік­робіології. Серед них 1.1. Мечников, П. Ерліх, Р. Кох, А. Фле­мінг, Чейн та ін.

Розвиток мікробіологи в Україні. Центром розвитку мікро­біології в Україні була Одеса, де в 1885 р. у Новоросійському (Одеському) університеті вперше почали викладати мікробіо­логію 1.1. Мечников і Я. Ю. Бардах. У Московському універ­ситеті мікробіологію викладав з 1892 р. учень 1.1. Мечникова Г. Н. Габричевський. Після від'їзду Мечникова до Франції для роботи в Пастерівському інституті Одеську школу мікробіо­логів очолив М. Ф. Гамалія. Він у себе на квартирі разом з 1.1. Мечниковим ще у 1886 р. відкрив першу в Україні та дру­гу в світі бактеріологічну лабораторію і Пастерівську станцію, де виготовляли вакцину та робили щеплення проти сказу. М. Ф. Гамалія вперше використав хімічні вакцини, розробив методику виготовлення вакцини проти віспи. Цей дослідник спостерігав у 1898 р. явище бактеріофагії задовго до відкриття Д'Ерелем бактеріофага (1917). Випробував на собі безпечність вакцини проти сказу.

Наші співвітчизники зробили неоціненний внесок у розви­ток світової медицини. Вони відкривали бактеріологічні ла­бораторії й інститути в різних містах і країнах, розпочинали викладання і відкривали кафедри мікробіології, їх іменами названі наукові та навчальні заклади: ім. 1.1. Мечникова – у Санкт-Петербурзі, Харкові, Одесі та інших містах, ім. Д. К. За­болотного – у Києві, Санкт-Петербурзі, ім. В. А. Хавкіна – в Індії (Бомбей). Вдячні народи встановлювали їм пам'ятники (Хавкіну – у Бомбеї).

О. М. Безредка вивчав проблеми імунітету та анафілаксії, запропонував методику введення сироваток з метою профілак­тики анафілактичного шоку, яку використовують і нині (вона названа його ім'ям).

І. Г. Савченко встановив стрептококову етіологію скарла­тини. Разом з 1.1. Мечниковим вивчав механізм фагоцитозу та проблеми профілактики холери. Проводив досліди самозара­ження разом із Д. К. Заболотним. Заснував бактеріологічний інститут у Казані.

Великий науковий потенціал українського народу знайшов свою реалізацію в роботах Київської та Харківської шкіл мікробіологів, які виникли пізніше, їх плідна праця сприяла подальшому розвитку медицини (роботи М. П. Нещадименка, В. Г. Дроботька, Л. В. Громашевського, В. І. Недригайлова та ін.). Засновником кафедри Київського медичного інституту бувМ. П. Нещадименко. Першим директором і засновником Нау­ково-дослідного інституту мікробіології та вірусології в Києві був Д. К. Заболотний – визначний мікробіолог, основополож­ник епідеміології. Його роботи були присвячені боротьбі з чу­мою, холерою, сифілісом.

Більше як півстоліття на кафедрі мікробіології Київського медичного інституту працював С. С. Дяченко, який виховав ба­гато вчених-мікробіологів і вірусологів, а також лікарів-практиків, які і понині працюють на ниві охорони здоров'я українсько­го народу. Плідною стала робота В. Й. Білай та інших фахівців, які досліджували хвороботворні гриби та гриби-продуценти антибіотиків.

І нині мікробіологічна наука України стоїть на варті здоров'я народу. Розгорнута широка мережа бактеріологічних лабора­торій та науково-дослідних інститутів, основними напрямками роботи яких є діагностика та профілактика інфекційних хвороб.