Микробиология
ОГЛАВЛЕНИЕ
ОГЛАВЛЕНИЕ.. 1
Глава 1. 6
МИКРОБИОЛОГИЯ И ЕЁ РАЗВИТИЕ.. 6
Глава 2. 13
МОРФОЛОГИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ.. 13
2.1. Систематика и номенклатура микроорганизмов. 13
2.2. Строение бактериальной клетки. Формы бактерий. 13
Формы бактерий. 16
2.3. Морфология грибов, особенности классификации. 18
2.4. Морфология простейших, особенности классификации. 19
2.5. Морфология вирусов, особенности классификации. 19
Глава 3. 21
ФИЗИОЛОГИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ.. 21
3.1. Химический состав бактерий. 21
3.2. Питание бактерий. 22
3.3. Дыхание бактерий. 24
3.4. Рост и размножение бактерий. 24
3.5. Взаимодействие вируса с клеткой. 26
3.5.1. Продуктивный тип взаимодействия (репродукция вирусов) 26
3.5.2. Интегративный тип взаимодействия (вирогения) 28
3.6. Культивирование и индикация вирусов. 28
3.7. Бактериофаги. 29
Глава 4. 32
ЭКОЛОГИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ.. 32
4.1. Микрофлора почвы.. 32
4.2. Микрофлора воды.. 32
4.3. Микрофлора воздуха. 33
4.4. Роль микроорганизмов в круговороте веществ в природе. 33
4.5. Микрофлора тела человека. 34
4.6. Влияние факторов окружающей среды на микроорганизмы.. 36
4.7. Микрофлора растительного лекарственного сырья, фитопатогенные микроорганизмы, микробиологический контроль лекарственных средств. 38
4.8. Цель, задачи и методы санитарной микробиологии. 41
Глава 5. 43
ГЕНЕТИКА МИКРООРГАНИЗМОВ.. 43
5.1. Рекомбинации у бактерий. 43
5.1.1. Трансформация. 44
5.1.2. Трансдукция. 44
5.1.3. Конъюгация. 44
5.2. Плазмиды.. 45
5.3. Мутации. 46
5.4. Особенности генетики вирусов. 46
Глава 6. 48
ОСНОВЫ МЕДИЦИНСКОЙ БИОТЕХНОЛОГИИ.. 48
6.1. Понятие о биотехнологии, цели и задачи. 48
6.2. Краткая история развития биотехнологии. 49
6.3. Микроорганизмы, клетки и процессы, применяемые в биотехнологии. 50
6.4. Генетическая инженерия и область ее применения в биотехнологии. 52
6.5. Биологические препараты, полученные методом генетической инженерии. 53
Глава 7. 56
ХИМИОТЕРАПЕВТИЧЕСКИЕ ПРЕПАРАТЫ. АНТИБИОТИКИ.. 56
7.1. Понятие о химиотерапии и антибиотиках. 56
7.1.1. Классификация антибиотиков. 56
7.1-2. Способы получения антибиотиков. 57
7.1.3. Спектр и механизм действия антибиотиков. 57
7.1.4. Побочное действие антибиотиков. 58
7.1.5. Принципы рациональной антибиотикотерапии. 61
Глава 8. 62
УЧЕНИЕ ОБ ИНФЕКЦИИ.. 62
8.1. Характеристика инфекционного процесса. 62
8.2. Основные эпидемиологические понятия. 65
Глава 9. 67
УЧЕНИЕ ОБ ИММУНИТЕТЕ.. 67
9.1. Сущность и роль иммунитета. 67
9.2. Иммунология и ее задачи. 67
9.3. Краткая история развития иммунологии. 68
9.4. Иммунная система. Иммунокомпетентные клетки. 68
9.5. Виды иммунитета. 71
9.6. Реакции и механизмы иммунитета. 71
9.7. Факторы неспецифической защиты организма. 72
9.7.1 Фагоцитоз. 73
9.7.2. Комплемент. 74
9.7.3. Интерферон. 75
9.8. Антигены.. 76
9.9. Антителообразование. 78
9.10. Иммунологическая память. 81
9.11. Иммунологическая толерантность. 82
9.12. Аллергия (гиперчувствительность немедленного и замедленного типов) 83
9.12.1. Реакции IgE-опосредованные и аналогичные (тип I) 83
9.12.1.1. Анафилаксия. 83
9.12.1-2. Атопии. 84
9.12.2. Цитотоксические реакции (тип II) 84
9.12.3. Реакции иммунных комплексов (тип III) 85
9.12.3.1. Сывороточная болезнь. 85
9.12.4. Реакции, опосредованные Т-клетками (тип IV) 85
9.13. Особенности иммунитета при некоторых инфекционных и неинфекционных болезнях. 86
9.13.1. Противовирусный иммунитет. 87
9.13.2. Противоопухолевый иммунитет. 87
9.13.3. Трансплантационный иммунитет. 88
9.14. Теории иммунитета. 89
9.15. Понятие об иммунном статусе. Иммунологическая недостаточность. 91
9.16. Реакции иммунитета. 91
9.17. Иммунобиологические медицинские препараты.. 95
9.17.1. Вакцины.. 96
9.17.1.1. Живые вакцины.. 96
9.17.1-2. Неживые (инактивированные) вакцины.. 97
9.17.1.3. Синтетические и полусинтетические вакцины.. 98
9.17.1.4. Ассоциированные вакцины.. 98
9.17.1.5. Массовые способы вакцинации. 99
9.17.1.6. Эффективность вакцин. 99
9.17.2. Эубиотики. 99
9.17.3. Фаги. 100
9.17.4. Сывороточные иммунные препараты.. 100
9.17.5. Иммуномодуляторы.. 101
9.17.6. Диагностические препараты.. 101
Частная микробиология. 102
ПРИНЦИПЫ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ.. 102
Глава 10. 103
ВОЗБУДИТЕЛИ КИШЕЧНЫХ ИНФЕКЦИОННЫХ БОЛЕЗНЕЙ.. 103
10.1. Возбудители бактериальных кишечных инфекций. 103
10.1.1. Возбудители эшерихиозов. 103
10.1-2. Возбудители дизентерии. 104
10.1.3. Возбудители брюшного тифа и паратифов. 106
10.1.4. Возбудители сальмонеллезов. 107
10.1.5. Возбудитель кишечного иерсиниоза. 108
10.1.6. Возбудитель холеры.. 109
10.1.7. Возбудители бруцеллеза. 111
10.1.8. Возбудитель лептоспироза. 112
10.1.9. Возбудители нампилобактериозов. 113
10.1.10. Возбудители пищевых токсикоинфекций и интоксикаций. 114
10.1.11. Возбудитель ботулизма. 115
10.1.12. Возбудитель листериоза. 116
10.2. Возбудители вирусных кишечных инфекций. 117
10.2.1. Энтеровирусы.. 117
10.2.1.1. Вирусы полиомиелита. 118
10.2.1-2. Вирусы Коксаки, ECHO и энтеровирусы типов 68-71. 119
10.2.1.3. Вирус гепатита А.. 120
10.2.1.4. Вирус гепатита Е.. 121
10.2.2. Ротавирусы.. 121
10.3. Возбудители протозойных кишечных инфекций. 122
10.3.1. Возбудитель амебиаза. 122
10.3.2. Возбудитель токсоплазмоза. 123
10.3.3. Возбудитель лямблиоза. 123
10.3.4. Возбудитель балантидиоза. 124
Глава 11. 125
ВОЗБУДИТЕЛИ ИНФЕКЦИОННЫХ БОЛЕЗНЕЙ ДЫХАТЕЛЬНЫХ ПУТЕЙ.. 125
11.1. Возбудители бактериальных инфекций дыхательных путей. 125
11.1.1. Возбудители дифтерии. 125
11.1-2. Возбудитель скарлатины.. 126
11.1.3. Возбудитель коклюша. 127
11.1.4. Возбудитель менингококковой инфекции. 128
11.1.5. Возбудители туберкулеза. 129
11.1.6. Возбудители легионеллеза. 130
11.1.7. Возбудители орнитоза. 131
11.1.8. Возбудитель микоплазмоза. 132
11.2. Возбудители вирусных инфекций дыхательных путей. 132
11.2.1. Вирусы гриппа и других острых респираторных заболеваний. 132
11.2.1.1. Вирусы гриппа. 132
11.2.1.2. Вирусы парагриппа. 134
11.2.1.3. Респираторно-синцитиальный вирус (PC-вирус) 135
11.2.1.4. Риновирусы.. 135
11.2.1.5. Коронавирусы.. 135
11.2.1.6. Реовирусы.. 135
11.2.1.7. Аденовирусы.. 136
11.2.2. Вирус натуральной оспы.. 136
11.2.3. Вирус оспы обезьян. 138
11.2.4. Вирус кори. 138
11.2.5. Вирус эпидемического паротита. 139
11.2.6. Вирус краснухи. 140
11.2.7. Вирус ветряной оспы и опоясывающего герпеса. 140
Глава 12. 142
ВОЗБУДИТЕЛИ ТРАНСМИССИВНЫХ ИНФЕКЦИОННЫХ БОЛЕЗНЕЙ.. 142
12.1. Возбудители бактериальных кровяных инфекций. 142
12.1.1. Возбудитель чумы.. 142
12.1.2. Возбудитель туляремии. 143
12.1.3. Возбудитель эпидемического возвратного тифа. 144
12.1.4. Возбудитель эпидемического сыпного тифа. 145
12.1.5. Возбудитель эндемического сыпного тифа. 146
12.1.6. Возбудитель клещевого сыпного тифа. 146
12.1.7. Возбудитель марсельской лихорадки. 146
12.1.8. Возбудитель цуцугамуши. 147
12.1.9. Возбудитель Ку-лихорадки. 147
12.2. Возбудители вирусных кровяных инфекций. 148
12.2.1. Вирус иммунодефицита человека. 148
12.2.2. Вирусы гепатитов В, D, С и G.. 150
12.2.2.1. Вирус гепатита В.. 150
12.2.2.2. Вирус гепатита D.. 150
12.2.2.3. Вирус гепатитов С и G.. 151
12.2.3. Арбовирусы.. 151
12.2.3.1. Вирус клещевого энцефалита. 152
12.2.3.2. Вирус японского энцефалита. 153
12.2.3.3. Вирус омской геморрагической лихорадки. 153
12.2.3.4. Вирус крымской геморрагической лихорадки. 153
12.2.3.5. Вирус желтой лихорадки. 153
12.2.3.6. Вирус лихорадки денге. 153
12.2.3.7. Вирус москитной лихорадки. 154
12.3. Возбудители протозойных кровяных инфекций. 154
12.3.1. Возбудители малярии. 154
12.3.2. Возбудители лейшманиозов. 155
12.3.3. Возбудители трипаносомозов. 156
Глава 13. 157
ВОЗБУДИТЕЛИ ИНФЕКЦИОННЫХ БОЛЕЗНЕЙ НАРУЖНЫХ ПОКРОВОВ.. 157
13.1. Возбудители бактериальных инфекций наружных покровов. 157
13.1.1. Возбудитель сибирской язвы.. 157
13.1-2. Возбудитель сапа. 158
13.1.3. Возбудитель столбняка. 158
13.1.4. Возбудители анаэробной инфекции. 159
13.1.4. Неспорообразующие анаэробы.. 160
13.1.5. Возбудитель сифилиса. 161
13.1.7. Условно-патогенные м/о – возбудители гнойно-воспалительных болезней. 163
13.1.8. Возбудитель трахомы.. 166
13.1.9. Возбудители урогенитального хламидиоза и венерической лимфогранулемы.. 167
13.1.9.1. Урогенитальный хламидиоз. 167
13.1.9.2. Венерическая лимфогранулема. 167
13.2. Возбудители вирусных инфекций наружных покровов. 168
13.2.1. Вирус бешенства. 168
13.2.2. Вирус простого герпеса. 169
13.2.3. Вирус цитомегалии. 171
13.2.4. Вирус ящура. 171
13.3. Возбудители протозойных инфекций наружных покровов. 172
13.3.1. Возбудитель трихомоноза. 172
Глава 14. 173
ВОЗБУДИТЕЛИ МИКОЗОВ.. 173
14.1. Характеристика микозов. 173
14.2. Диагностика микозов. 173
Глава 15. 175
ВОЗБУДИТЕЛИ МЕДЛЕННЫХ ВИРУСНЫХ ИНФЕКЦИЙ.. 175
Электронная версия книги находится на хранении в публичной медицинской библиотеке: http://www.bestmedbook.com/. Публикация осуществлена согласно ст.19 п.2 Закона РФ "Об авторском праве и смежных правах" от 09.07.1993 N 5351-1 изменения от 20.07.2004 (ФЗ N72-ФЗ "О внесении изменений в Закон Российской Федерации "Об авторском праве и смежных правах" принят ГД ФС РФ 25.06.2004), не преследует коммерческой выгоды и служит рекламой печатного издания.
Копируя, распространяя, публикуя текст либо его часть на своих ресурсах, Вы принимаете на себя ответственность согласно действующему законодательству.
Исключительно для использования произведения в личных целях (ст.18, ст.26 Закона РФ «Об авторском праве и смежных правах»).
Коммерческое воспроизведение запрещено.
Компьютерная верстка и вычитка текста – Микрюкова С.А.
Глава 1.
МИКРОБИОЛОГИЯ И ЕЁ РАЗВИТИЕ
Общая характеристика микроорганизмов.
Биосфера заселена огромным числом живых существ. Одни из них составляют макромир, другие – микромир. К макромиру относятся животные, птицы, растения, насекомые и другие видимые невооруженным глазом существа; микромиру принадлежат не видимые невооруженным глазом мельчайшие живые существа, имеющие как растительное, так и животное происхождение; это главным образом бактерии, грибы, простейшие и вирусы. По ориентировочным подсчетам, в биосфере обитает не менее 1030 бактерий, а число вирусов, простейших не поддается учету.
Микроорганизмы в зависимости от молекулярно-биологической организации подразделяют на прокариотов и эукариотов. Прокариоты (от греч. karyon – ядро) – доядерные простейшие одноклеточные формы жизни, не имеющие ядерной мембраны и высокоорганизованных органелл. Это бактерии, в том числе актиномицеты и сине-зеленые водоросли. К эукариотам, имеющим оформленное ядро и высокоорганизованные органеллы, относятся одноклеточные и многоклеточные организмы – простейшие, грибы, водоросли (кроме сине-зеленых). Прокариоты и эукариоты имеют определенное строение, формы жизнедеятельности и находятся в биоценотическом (от греч. bios – жизнь и koinos – общий) отношении с другими живыми существами, а также неживой природой. Как прокариоты, так и эукариоты состоят из структур, обеспечивающих их жизненные процессы, направленные на выживание и размножение.
Особое место среди микроорганизмов занимают вирусы (от лат. virus – яд) – мельчайшие и простейшие формы жизни, стоящие на грани между живым и неживым, неспособные жить и размножаться вне животной, растительной или иной клетки. В состав вирусов входят нуклеиновые кислоты (ДНК или РНК), белки, ферменты. Еще более просто устроены прионы – инфекционные – белковые частицы, лишенные генетического материала, т.е. нуклеиновой кислоты. Вирусы и прионы являются облигатными (обязательными) внутриклеточными паразитами.
Прокариоты, как правило, размножаются вне клетки, однако могут являться факультативными внутриклеточными паразитами; только некоторые из бактерий (риккетсии, хламидии) являются облигатными внутриклеточными паразитами. Эукариоты устроены значительно сложнее, чем прокариоты. Об этом можно судить по объему генома, т.е. числу генов, составляющих генетический аппарат клетки. У эукариотов его объем в десятки и сотни раз больше, чем у прокариотов. Так, если у вирусов объем генома состоит примерно из 10-100 генов, у бактерий – из 1000-5000 генов, то у простейших – из 10 000 генов и более. Размеры отдельных представителей микромира колеблются от 0,01-0,4 мкм, или 10-400 нм (вирусы), до 10 мкм и более (бактерии, грибы, простейшие).
Микроорганизмы играют огромную роль в природе и жизни человека. Они обеспечивают круговорот веществ и энергии в природе, плодородие почв, поддержание газового состава атмосферы и других природных процессов. Подавляющее большинство микроорганизмов безвредно для человека, а многие из них полезны.
В частности, микроорганизмы, населяющие кожу и слизистые оболочки, желудочно-кишечный и урогенитальный тракты, составляют экологическое единство с организмом человека и поддерживают постоянство некоторых процессов его жизнедеятельности (эндоэкология). Многие микроорганизмы используются человеком при получении жизненно необходимых продуктов и материалов.
Микроорганизмы, которые не оказывают неблагоприятных влияний на организм человека и не вызывают у него заболеваний, называют непатогенными, или сапрофитами (от греч. sapros – гнилой и phyton – растение), т.е. питающимися органическими веществами от отмерших организмов. Однако имеется группа микроорганизмов, вызывающих у человека различные заболевания, патологические процессы. Эти микроорганизмы называют патогенными (от греч. pathos – болезнь); они живут и питаются за счет органических субстратов. Количество патогенных микроорганизмов огромно – более 3000 видов (бактерии, вирусы, грибы), из них более 1000 составляют вирусы. При соответствующих условиях, главным образом снижении сопротивляемости организма, сапрофиты могут вызывать болезни, г.е. вести себя как патогенные микроорганизмы. Такие микроорганизмы называют условно-патогенными.
Микроорганизмы изучает наука, которая получила название микробиологии.
Задачи и цели микробиологии. Микробиология (от греч. micros – малый, bios – жизнь, logos – учение) – наука, изучающая строение, жизнедеятельность и экологию микроорганизмов – мельчайших форм жизни растительного или животного происхождения, не видимых невооруженным глазом. Микробиология изучает всех представителей микромира (бактерии, грибы, простейшие, вирусы). По своей сути микробиология является биологической фундаментальной наукой. Для изучения микроорганизмов она использует методы других наук, прежде всего физики, биологии, биоорганической химии, молекулярной биологии, генетики, цитологии, иммунологии. Как и всякая наука, микробиология подразделяется на общую и частную. Общая микробиология изучает закономерности строения и жизнедеятельности микроорганизмов на всех уровнях – молекулярном, клеточном, популяционном; генетику и взаимоотношения их с окружающей средой. Предметом изучения частной микробиологии являются отдельные представители микромира в зависимости от проявления и влияния их на окружающую среду, живую природу, в том числе человека. К частным разделам микробиологии относятся: медицинская, ветеринарная, сельскохозяйственная, техническая (раздел биотехнологии), морская, космическая микробиология. Медицинская микробиология изучает патогенные для человека микроорганизмы: бактерии, вирусы, грибы, простейшие. В зависимости от природы изучаемых патогенных микроорганизмов медицинская микробиология делится на бактериологию, вирусологию, микологию, протозоологию. Каждая из этих дисциплин рассматривает следующие вопросы:
§ морфологию и физиологию, т.е. осуществляет микроскопические и другие виды исследований, изучает обмен веществ, питание, дыхание, условия роста и размножения, генетические особенности патогенных микроорганизмов;
§ роль микроорганизмов в этиологии и патогенезе инфекционных болезней;
§ основные клинические проявления и распространенность вызываемых заболеваний;
§ специфическую диагностику, профилактику и лечение инфекционных болезней;
§ экологию патогенных микроорганизмов.
К медицинской микробиологии относят также санитарную, клиническую и фармацевтическую микробиологию.
Санитарная микробиология изучает микрофлору окружающей среды, взаимоотношение микрофлоры с организмом, влияние микрофлоры и продуктов ее жизнедеятельности на состояние здоровья человека, разрабатывает мероприятия, предупреждающие неблагоприятное воздействие микроорганизмов на человека.
В центре внимания клинической микробиологии – роль условно-патогенных микроорганизмов в возникновении заболеваний человека, диагностика и профилактика этих болезней.
Фармацевтическая микробиология исследует инфекционные болезни лекарственных растений, порчу лекарственных растений и сырья под действием микроорганизмов, обсемененность лекарственных средств в процессе приготовления, а также готовых лекарственных форм, методы асептики и антисептики, дезинфекции при производстве лекарственных препаратов, технологию получения микробиологических и иммунологических диагностических, профилактических и лечебных препаратов.
Ветеринарная микробиология изучает те же вопросы, что и медицинская микробиология, но применительно к микроорганизмам, вызывающим болезни животных. Микрофлора почвы, растительного мира, влияние ее на плодородие, состав почвы, инфекционные заболевания растений и т.д. находятся в центре внимания сельскохозяйственной микробиологии.
Морская и космическая микробиология изучает соответственно микрофлору морей и водоемов и космического пространства и других планет.
Техническая микробиология, являющаяся частью биотехнологии, разрабатывает технологию получения из микроорганизмов разнообразных продуктов для народного хозяйства и медицины (антибиотики, вакцины, ферменты, белки, витамины). Основа современной биотехнологии – генетическая инженерия.
Многочисленные открытия в области микробиологии, изучение взаимоотношений между макро- и микроорганизмами во второй половине XIX в. способствовали началу бурного развития иммунологии. Вначале иммунология рассматривалась как наука о невосприимчивости организма к инфекционным болезням. В настоящее время она стала общемедицинской и общебиологической наукой. Доказано, что иммунная система служит для защиты организма не только от микробных агентов, но и от любых генетически чужеродных организму веществ с целью сохранения постоянства внутренней среды организма, т.е. гомеостаза.
Иммунология является основой для разработки лабораторных методов диагностики, профилактики и лечения инфекционных и многих неинфекционных болезней, а также разработки иммунобиологических препаратов (вакцин, иммуноглобулинов, иммуномодуляторов, аллергенов, диагностических препаратов). Разработкой и производством иммунобиологических препаратов занимается иммунобиотехнология – самостоятельный раздел иммунологии.
Современная медицинская микробиология и иммунология достигли больших успехов и играют огромную роль в диагностике, профилактике и лечении инфекционных и многих неинфекционных болезней, связанных с нарушением иммунной системы (онкологические, аутоиммунные болезни, трансплантация органов и тканей и др.).
История развития микробиологии. Микробиология прошла длительный путь развития, исчисляющийся многими тысячелетиями. Уже в V.VI тысячелетии до н.э. человек пользовался плодами деятельности микроорганизмов, не зная об их существовании. Виноделие, хлебопечение, сыроделие, выделка кож – не что иное, как процессы, проходящие с участием микроорганизмов. Тогда же, в древности, ученые и мыслители предполагали, что многие болезни вызываются какими-то посторонними невидимыми причинами, имеющими живую природу.
Следовательно, микробиология зародилась задолго до нашей эры. В своем развитии она прошла несколько этапов, не столько связанных хронологически, сколько обусловленных основными достижениями и открытиями.
Историю развития микробиологии можно разделить на пять этапов: эвристический, морфологический, физиологический, иммунологический и молекулярно-генетический.
Эвристический период (IV.III тысячелетие до н.э. – – XVI в. н. э.) связан скорее с логическими методическими приемами нахождения истины, т.е. эвристикой, чем с какими-либо экспериментами и доказательствами. Мыслители того времени (Гиппократ, римский писатель Варрон и др.) высказывали предположения о природе заразных болезней, миазмах, мелких невидимых животных. Эти представления были сформулированы в стройную гипотезу спустя многие столетия в сочинениях итальянского врача Д. Фракасторо (1478.1553), высказавшего идею о живом контагии (contagium vivum), который вызывает болезни. При этом каждая болезнь вызывается своим контагием. Для предохранения от болезней им были рекомендованы изоляция больного, карантин, ношение масок, обработка предметов уксусом. Таким образом, Д. Фракасторо был одним из основоположников эпидемиологии, т. е. науки о причинах, условиях и механизмах формирования заболеваний и способах их профилактики. Однако доказательство существования невидимых возбудителей болезней стало возможным после изобретения микроскопа. Приоритет в открытии микроорганизмов принадлежит голландскому натуралисту-любителю Антонио Левенгуку (1б32-1723). Торговец полотном А. Левенгук увлекался шлифованием стекол и довел это искусство до совершенства, сконструировав микроскоп, позволивший увеличивать рассматриваемые предметы в 300 раз. Изучая под микроскопом различные объекты (дождевую воду, настои, зубной налет, кровь, испражнения, сперму), Левенгук наблюдал мельчайших животных, которых он назвал анималькулюсами. Свои наблюдения А. Левенгук регулярно сообщал в Лондонское королевское общество, а в 1695 г. обобщил в книге «Тайны природы, открытые Антонием Левенгуком». Таким образом, с изобретением микроскопа А.Левенгуком начинается следующий этап в развитие микробиологии, получивший название морфологического.
Открытие А. Левенгука привлекло огромное внимание специалистов, у него появились многочисленные ученики и последователи. Однако оставались неясными вопросы о появлении микроорганизмов, условиях их жизни, предназначении, участии в возникновении болезней человека. На эти вопросы впоследствии были даны четкие ответы в исследованиях многих ученых. Хотя появление болезней и связывалось с теперь уже открытыми микроорганизмами, однако необходимы были прямые доказательства. И они были получены русским врачом-эпидемиологом Д. Самойловичем (1744-1805). Чтобы доказать, что чума вызывается особым возбудителем, он заразил себя отделяемым бубона больного чумой человека и заболел чумой. К счастью, Д. Самойлович остался жив. Впоследствии героические опыты по самозаражению для доказательства заразности того или иного микроорганизма провели русские врачи Г.Н. Минх и О.О. Мочутковский, И.И. Мечников и др.
Вопрос о способе появления и размножения микроорганизмов был решен в споре с господствовавшей тогда теорией самозарождения. Несмотря на то что итальянский ученый Л.Спалланцани в середине XVIII в. наблюдал под микроскопом деление бактерий, мнение о том, что они самозарождаются (возникают из гнили, грязи и т.д.), не было опровергнуто. Это было сделано выдающимся французским ученым Луи Пастером (1822-1895), который в остроумном, гениальном по своей простоте опыте показал, что самозарождения не существует. Л. Пастер поместил стерильный бульон в колбу, сообщавшуюся с атмосферным воздухом через изогнутую S-образную трубку. В такой, по существу открытой, колбе бульон при длительном стоянии оставался прозрачным, потому что изогнутость трубки не давала возможности микроорганизмам проникнуть с пылью из воздуха в колбу. Бурное развитие микробиологии в XIX в. привело к открытию возбудителей многих инфекционных болезней (сибирская язва, чума, столбняк, дифтерия, дизентерия, холера, туберкулез и др.).
Наконец, в 1892 г. русский ботаник Д.И.Ивановский (1864-1920) открыл вирусы – представителей царства vira. Эти живые существа проходили через фильтры, задерживающие бактерии, и поэтому были названы фильтрующимися вирусами. Вначале был открыт вирус, вызывающий заболевание табака, известное под названием «табачная мозаика», затем вирус ящура [Леффлер Ф., Фрош П., 1897], желтой лихорадки [Рид У., 1901] и многие другие вирусы. Однако увидеть вирусные частицы стало возможным только после изобретения электронного микроскопа, так как в световые микроскопы вирусы не видны. К настоящему времени царство вирусов (vira) насчитывает до 1000 болезнетворных видов вирусов. Только за последнее время открыт ряд новых вирусов, в том числе вирус, вызывающий СПИД.
Несомненно, что период открытий новых вирусов и бактерий будет продолжаться. Открытие новых микроорганизмов сопровождалось изучением не только их строения, но и жизнедеятельности. Поэтому XIX в., особенно его вторую половину, принято называть физиологическим периодом в развитии микробиологии. Этот этап связан с именем Л. Пастера, который стал основоположником медицинской микробиологии, а также иммунологии биотехнологии.
Разносторонне образованный, блестящий экспериментатор, член Французской академии наук и Французской медицинской академии, Л. Пастер сделал ряд "выдающихся открытий. За короткий период с 1857 по 1885 г. он доказал, что брожение (молочнокислое, спиртовое, уксуснокислое) не является химическим процессом, а его вызывают микроорганизмы; опроверг теорию самозарождения; открыл явление анаэробиоза, т.е. возможность жизни микроорганизмов в отсутствие кислорода; заложил основы дезинфекции, асептики и антисептики; открыл способ предохранения от инфекционных болезней с помощью вакцинации. Многие открытия Л. Пастера принесли человечеству огромную практическую пользу. Путем прогревания (пастеризации) были побеждены болезни пива и вина, молочнокислых продуктов, вызываемые микроорганизмами; для предупреждения гнойных осложнений ран введена антисептика [Листер Д., 1867]; на основе принципов Л. Пастера разработаны многие вакцины для борьбы с инфекционными болезнями.
Однако значение трудов Л. Пастера выходит далеко за рамки только этих практических достижений. Л. Пастер вывел микробиологию и иммунологию на принципиально новые позиции, показал роль микроорганизмов в жизни людей, экономике, промышленности, инфекционной патологии, заложил принципы, по которым развиваются микробиология и иммунология и в наше время.
Л. Пастер был, кроме того, выдающимся учителем и организатором науки. Пастеровский институт в Париже, основанный в 1888 г. на народные средства, до сих пор является одним из ведущих научных учреждений мира. Не случайно вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) открыт ученым этого института Л. Монтанье (одновременно с американцем Р.Галло). Физиологический период в развитии Микробиологии связан также с именем немецкого ученого Роберта Коха, которому принадлежит разработка методов получения чистых культур бактерий, окраски бактерий при микроскопии, микрофотографии. Известна также сформулированная Р. Кохом триада Коха, которой до сих пор пользуются при установлении возбудителя болезни. Работы Л. Пастера по вакцинации открыли новый этап в развитии микробиологии, по праву получивший название «иммунологического».
Принцип аттенуации (ослабления) микроорганизмов с помог щью пассажей через восприимчивое животное или при выдерживании микроорганизмов в неблагоприятных условиях (температура, высушивание) позволил Л. Пастеру получить вакцины против бешенства, сибирской язвы, куриной холеры; этот принцип до настоящего времени используется при приготовлении вакцин. Следовательно, Л. Пастер является основоположником научной иммунологии, хотя и до него был известен метод предупреждения оспы путем заражения людей коровьей оспой, разработанный английским врачом Э. Дженнером. Однако этот метод не был распространен на профилактику других болезней.
После работ Л. Пастера появилось множество исследований, в которых пытались объяснить причины и механизмы формирования иммунитета после вакцинации. Выдающуюся роль в этом сыграли работы И. И. Мечникова и П. Эрлиха.
П. Эрлих – немецкий химик – выдвинул гуморальную (от лат. humor – жидкость) теорию иммунитета. Он считал, что иммунитет возникает в результате образования в крови антител, которые нейтрализуют яд. Подтверждением этому было открытие антитоксинов – антител, нейтрализующих токсины у животных, которым вводили дифтерийный или столбнячный токсин (Э. Беринг, С. Китазато). Однако исследования И. И. Мечникова (1845-1916) показали, что большую роль в формировании иммунитета играют особые клетки – макро- и микрофаги. Эти клетки поглощают и переваривают чужеродные частицы, в том числе бактерии. Исследования И. И. Мечникова по фагоцитозу убедительно доказали, что, помимо гуморального, существует клеточный иммунитет. И. И. Мечников, ближайший помощник и последователь Л. Пастера, заслуженно считается одним из основоположников иммунологии.
Его работы положили начало изучению иммунокомпетентных клеток как морфологической основы иммунной системы, ее единства и биологической сущности. Иммунологический период характеризуется открытием основных реакций иммунной системы на генетически чужеродные вещества (антигены): антителообразование и фагоцитоз/гиперчувствительность замедленного типа (ГЗТ), гиперчувствительность немедленного типа (ГНТ), толерантность, иммунологическая память – ГЗТ и ГНТ – две реакции, лежащие в основе аллергии (от греч. allos – другой и ergon – действие), т. е. болезней, характеризующихся определенными клиническими симптомами, вследствие нетипичной, извращенной реакции на антиген, аллергические реакции могут возникать, например, на сывороточные препараты, антибиотики, животные и растительные белки, домашнюю пыль, пух, шерсть и т.д.
В 1915 г. русский врач М. Райский впервые наблюдал явления иммунологической памяти, т.е. быструю энергичную выработку антител на повторное введение того же антигена. Впоследствии Ф. Вернет связал это с формированием в организме клеток памяти - Т-лимфоцитов – после первичной встречи с антигеном.
В 1953 г. английский ученый П. Медавар и чешский ученый М. Гашек открыли явление толерантности, терпимости, устойчивости к антигену, т.е. состояния, при котором иммунная система не реагирует на антиген. Толерантность к собственным антигенам формируется в эмбриональном периоде, и ее можно искусственно создать, вводя антиген во время эмбрионального периода либо сразу после рождения ребенка или животного. Явление иммунологической толерантности используется в хирургии при решении проблемы пересадки органов и тканей.
Следует отметить также важность открытия в этот период антигенов нормальных органов и тканей человека и животных [Чистович Ф.Я., 1898; Ландштейнер К., 1900] и индивидуальных, антигенных различий у людей и животных. Частым признаком этих антигенных различий являются индивидуальные группы крови у людей. Отечественный исследователь Л.А. Зильбер (1957) открыл антигены злокачественных опухолей, что явилось началом изучения противоопухолевого иммунитета.
В иммунологический период развития микробиологии был создан ряд теорий иммунитета: гуморальная теория П. Эрлиха, фагоцитарная теория И. И. Мечникова, теория идиотипических взаимодействий Н. Ерне, гипофизарно-гипоталамо-адреналовая теория регуляции иммунитета П. Ф. Здродовского и др. Однако наиболее приемлемой для объяснения многих явлений и механизмов иммунитета остается клонально-селекционная теория, созданная австралийским иммунологом Ф. Бернетом (1899.1986). Американский ученый С. Танегава разработал генетические аспекты этой теории.Особенно бурное развитие получили микробиология и иммунология в 50.60-е годы нашего столетия. Этому способствовали следующие причины:
§ важнейшие открытия в области молекулярной биологии, генетики, биоорганической химии;
§ появление таких новых наук, как генетическая инженерия, биотехнология, информатика;
§ создание новых методов и научной аппаратуры, позволяющих глубже проникать в тайны живой природы.
Таким образом, с 50-х годов в развитии микробиологии и иммунологии начался молекулярно-генетический период, который характеризуется рядом принципиально важных научных достижений и открытий. К ним относятся:
§ расшифровка молекулярной структуры и молекулярно-биологической организации многих вирусов и бактерий; открытие простейших форм жизни инфекционного белка приона;
§ расшифровка химического строения и химический синтез некоторых антигенов. Например, химический синтез лизоцима [Села Д., 1971], пептидов вируса СПИДа (Р.В.Петров, В.Т. Иванов и др.);
§ открытие новых антигенов, например опухолевых (Л. А. Зильбер и др.), антигенов гистосовместимости (HLA-система);
§ расшифровка строения антител-иммуноглобулинов [ЭдельманД., Портер Р., 1959];
§ разработка метода культур животных и растительных клеток и их выращивания в промышленных масштабах с целью получения вирусных антигенов;
§ получение рекомбинантных бактерий и рекомбинантных вирусов. Синтез отдельных генов вирусов и бактерий. Получение рекомбинантных штаммов бактерий и вирусов, сочетающих свойства родительских особей или приобретающих новые свойства;
§ создание гибридом путем слияния иммунных В-лимфоцитов – продуцентов антител и раковых клеток с целью получения моноклональных антител [Келлер Д., Милынтейн Ц., 1975];
§ открытие иммуномодуляторов, иммуноцитокинов (интерлейкины, интерфероны, миелопептиды и др.), эндогенных природных регуляторов иммунной системы и их использование для профилактики и лечения различных болезней;
§ получение вакцин (вакцина гепатита В, малярии, антигенов ВИЧ и других антигенов), биологически активных пептидов (интерфероны, интерлейкины, ростовые факторы и др.) с помощью методов биотехнологии и приемов генетической инженерии;
§ разработка синтетических вакцин на основе природных или синтетических антигенов и их фрагментов, а также искусственного носителя – адъюванта (помощника) – стимулятора иммунитета;
§ изучение врожденных и приобретенных иммунодефицитов, их роли в иммунопатологии и разработка иммунокорригирующей терапии. Открытие вирусов, вызывающих иммунодефициты;
§ разработка принципиально новых способов диагностики инфекционных и неинфекционных болезней (иммуноферментный, радиоиммунный анализы, иммуноблоттинг, гибридизация нуклеиновых кислот). Создание на основе этих способов тест-систем для индикации, идентификации микроорганизмов, диагностики инфекционных и неинфекционных болезней (опухоли, сердечно-сосудистые, аутоиммунные, эндокринные и др.), а также выявления нарушений при некоторых состояниях (беременность, переливание крови, пересадка органов и т.д.).
Перечислены только наиболее крупные достижения молекулярно-генетического периода в развитии микробиологии и иммунологии. За это время был открыт ряд новых вирусов (возбудители геморрагических лихорадок Ласса, Мачупо; вирус, вызывающий СПИД) и бактерий (возбудитель болезни легионеров); созданы новые вакцинные и другие профилактические препараты (вакцины против кори, полиомиелита, паротита, клещевого энцефалита, вирусного гепатита В, полианатоксины против столбняка, газовой гангрены и ботулизма и др.), новые диагностические препараты.
Большой вклад в развитие микробиологии и иммунологии в этот период внесли зарубежные (Ф.Вернет, Д.Солк, А.Сэбин, Д.Села, Г.Эдельман, Р.Портер, Д.Келер, Ц.Милыитейн, Н.Ерне, С.Тонегава и др.) и отечественные (А.А. Смородинцев, В.Д. Тимаков, П.Ф. Здродовский, Л.А. Зильбер, В.М. Жданов, Г.В. Выгодчиков, 3.В. Ермольева, М.П. Чумаков, Р.В. Петров, П.Н. Косяков и др.) ученые.
В Российской Федерации существует разветвленная сеть научно-исследовательских институтов и предприятий по производству диагностических, профилактических и лечебных препаратов. В системе РАМН и других ведомств функционируют крупные научно-исследовательские институты:
§ эпидемиологии и микробиологии им. Н. Ф. Гамалеи,
§ вирусологии им. Д. И. Ивановского,
§ полиомиелита и вирусных энцефалитов им. М. П. Чумакова,
§ вакцин и сывороток им. И. И. Мечникова,
§ вирусных препаратов и др.
Глава 2.
МОРФОЛОГИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ
