Человека окружает среда обитания, определенные составляющие которой мы неспособны увидеть. И поскольку помимо человека и животных существует еще и микромир, непосредственно или косвенно влияющий на всю среду, его требуется изучить. Наукой, методы и цели которой направлены на изучение живых микроорганизмов, закономерностей их развития и жизни, а также на особенности взаимодействия с природой и непосредственно с человеком, является микробиология.
Становление микробиологии
В рамках стандартного университетского курса под названием "Микробиология" лекции включают материалы, связанные с историей науки. Причем в ее развитии выделяется описательный период, который начался с изобретения микроскопа и рассмотрения первых бактерий. Затем новые организмы постепенно открывались науке, а их значение становилось более понятным человеку. При этом далее были открыты патогены, вызывающие заболевания человека.
Период с 1880 по 1890 год, который считается "золотым веком" микробиологии, отмечен наибольшим на тот момент количеством открытий. И заслуга Роберта Коха (на фото ниже), разработавшего методы выделения микробов из очагов, не может оставаться без внимания. Впоследствии уже разрабатывались другие методы выявления микроорганизмов. Их свойства и роль в биоценозах, а также в жизнедеятельности человека изучались подробнее.
Вклад ученых в развитие науки
Первым ученым, который попытался систематизировать организмы микромира, стал Отто Фридрих Мюллер. Он выделил 379 отдельных видов микроорганизмов. Он же отнес их к определенным классам. Микробиология, санитария и эпидемиология тогда еще не были внедрены в практику, а о микробах уже имелось представление как об отдельных организмах, живущих в недоступном для глаза человека мире.
Распознать этот мир и узнать о нем больше помогли исследования Луи Пастера и Роберта Коха. Последний смог разработать принципы выделения микроорганизмов из исследуемого материала, взятого у больных людей, а Пастер (вместе с Кохом) заключил, что микробы - это и есть возбудители инфекционных патологий. К слову, в то время, когда инфекции вносили наиболее значительный вклад в общую заболеваемость, роль этих исследований была очень важной.
Уже после этого в истории науки появляется множество новых имен. Так и развивалась микробиология. Ученые вносили в сие великое дело огромный вклад, прославляя свои имена. В качестве примера можно привести таких исследователей, как М. В. Бейеринк, С. Н. Виноградский, Г. Х. Грам, И. И. Мечников, Д. И. Ивановский, Л. С. Ценковский, Э. А. Беринг, З. А. Ваксман, А. Кальметт, Р. Ф. Пейтон и другие. Конечно же, это далеко не полный список светочей науки, и уж тем более мы не смогли бы в рамках статьи описать все их заслуги. Курс под названием "Микробиология" (лекции и практические занятия) подробно рассматривает многие из результатов исследований этих ученых.
Развитые направления микробиологии
На современном этапе развития любой науки совершенствуются методы исследований, а значит, появляются возможности более полного изучения определенных микроорганизмов и их особенностей. В результате совершаются открытия, позволяющие косвенно или напрямую применить знания о микробах в любой отрасли хозяйствования. По этой причине микробиология - это не просто теоретическая область знаний. Это наука, имеющая некоторые ответвления:
- общая микробиология;
- медицинская (микология, бактериология, вирусология, протозоология);
- ветеринарная;
- промышленная;
- сельскохозяйственная;
- отрасль санитарной микробиологии;
- водная микробиология.
Медицинская микробиология является полноценной наукой, включающей микологию, бактериологию, протозоологию, вирусологию, санитарию и иммунологию. Разработаны методы, позволяющие распознавать возбудителей инфекционных заболеваний и применять эффективные препараты для их лечения, заниматься профилактикой болезней, ранее приводивших к пандемиям с огромными показателями смертности.
Иммунология из-за сложности биохимических процессов иммунитета почти ответвилась от микробиологии в отдельную науку. Сегодня она сочетается с онкологией и аллергологией. При этом остальные отрасли микробиологии не менее важны: они позволяют оценить перспективы генно-инженерного использования микробов, предположить развитие климата и биоценозов океана и суши. Также важной является потенциальная перспектива применения микроорганизмов в сельском хозяйстве для борьбы с паразитами или для повышения урожайности культур.
Цели микробиологии
У каждой отдельной отрасли микробиологии есть свои цели и методы, которые позволяют их достигать. В частности, медицинская микробиология ставит целью изучить максимально возможное количество патогенных и условно-патогенных микроорганизмов, их взаимодействие с организмом человека, а также возможные способы противодействия контактам с инфекциями и их лечения.
Совершенствование микробной диагностики, ликвидация очагов патогенной микрофлоры в биосфере, а также вакцинная профилактика дополняют методы медицинской микробиологии. При этом, вследствие недостатка финансирования и из-за возможного риска нарушения процессов в биоценозах, пока нет возможности полностью избавиться от возбудителей инфекционных заболеваний. Однако уже на современном этапе санитария и гигиена, микробиология и иммунология позволяют значительно снижать количество такого рода патологий и их осложнений.
Промышленная микробиология ставит целью изучить свойства микробов, которые возможно применить на различных стадиях производства. В частности, наиболее перспективным направлениям таких научных разработок является применение бактерий для разложения промышленных отходов. В сельскохозяйственной микробиологии целью является потенциальное применение мельчайших организмов для повышения урожайности культур и возможной борьбы с вредителями и сорняками.
Ветеринарная микробиология, так же как и медицинская, изучает возбудителей заболеваний у животных. Методы выявления недугов, их диагностика и лечение у друзей наших меньших столь же актуальны, как и у людей. Водная микробиология занимается изучением состава микроорганизмов Мирового океана с целью систематизации знаний и потенциального их применения в промышленности или сельском хозяйстве.
Санитарная микробиология изучает пищевые продукты и выявляет в них микробов. Ее целью остается совершенствование методов, позволяющих проверять партии продукции пищевого назначения. Вторая задача - противодействие эпидемиям инфекционных заболеваний и оптимизация режимов нахождения людей в различных учреждениях, опасных с точки зрения эпидемии контактных инфекций.
Общая микробиология
Общая микробиология - это наука, методы которой позволяют изучать любые микроорганизмы в различных средах обитания. Это базовая отрасль, которая предоставляет полученную информацию промышленной, сельскохозяйственной, ветеринарной и медицинской микробиологии. Она изучает бактерии и их семейства, способности микроорганизмов расти на различных питательных средах, закономерности заселения определенных климатических зон.
Генный дрейф также является одним из основных интересов бактериологов, так как этот механизм позволяет бактерии приобретать новые способности в течение коротких промежутков времени. Одной из самых нежелательных является антибиотикорезистентность. Появление новых, устойчивых к конкретному противомикробному препарату штаммов бактерий существенно усложняет задачи медицинской микробиологии.
Но это еще не все. Общая микробиология - это наука о вирусах, грибках, простейших. Это еще и учение об иммунитете. В соответствии с определенными интересами выделены и отдельные ветви науки: вирусология, микология, протозоология, иммунология. Новые данные, полученные в ходе исследования штаммов бактерий, грибков и вирусов, будут применены в любой другой отрасли микробиологии и имеют определенную важность.
Бактериология
Царство бактерий считается самым многочисленным среди всех остальных, которые изучает микробиология. Темы по исследованиям бактерий из-за этого являются наиболее узкими. Для отнесения определенного организма к одному виду требуется тщательное изучение его морфологии и биохимических процессов. К примеру, многие бактерии кишечной группы ферментируют глюкозу и на основании данного критерия относятся к конкретной группе.
Из некоего сообщества организмов в дальнейшем будет выделен штамм - чистая бактериальная культура. Все ее особи будут характеризоваться одинаковым генетическим материалом, таким же, что и у других представителей одного вида. А главное, все эти бактерии будут вести себя одинаково в рамках популяции, проживающей в этой среде. В других условиях эта же культура свободно мутирует и адаптируется, из-за чего формируется новый штамм. Он может отличаться другим набором ферментов и вирулентных факторов. Потому и его способность вызывать заболевание будет иной.
Вирусология
Среди всех живых организмов вирусы являются самыми нетипичными. Они дефектны, не способны к метаболизму, а для размножения выбрали тактику паразитирования. Важно, что это еще и самые удивительные патогены из всех, которые изучает микробиология (вирусология). Иммунология также занимается исследованием вирусов, потому как многие из них способны угнетать иммунитет и вызывать онкологические заболевания.
Вирусы являются очень простыми организмами с пока не до конца изученными механизмами функционирования. Они не могут метаболизировать питательные вещества, но остаются живыми. Не имея структур, отвечающих за жизнедеятельность, они все равно существуют. Более того, вирус можно представить как генетический материал с механизмами его внедрения в клетки, где будет осуществляться размножение.
Очевидно, что этот механизм внедрения и размножения "разработан" таким образом, чтобы обходить все мыслимые защитные барьеры клетки. Примером является вирус ВИЧ, который, несмотря на мощную защиту иммунной системы, легко и просто инфицирует человека и приводит к иммунодефициту. Поэтому микробиология и иммунология должны совместно заниматься данной проблемой, разыскивая пути ее решения. А поскольку у вирусов из-за поразительной скорости мутации становится больше возможностей, то механизмы борьбы с этими патогенами нужно разработать как можно быстрее.
Микология
Микология - это отрасль общей микробиологии, которая изучает плесневые грибки. Эти организмы склонны вызывать заболевания человека, животных, а также вредят сельскохозяйственным культурам. Плесневые грибки портят продукты питания и за счет того, что способны образовывать споры, практически неуязвимы. Однако пока они имеют небольшое количество факторов вирулентности и достаточно медленно размножаются, их вклад в общую заболеваемость невелик.
Грибки остаются самыми приспособленными организмами для жизни в самых экстремальных условиях на суше. Они редко обитают под водой, но отлично себя чувствуют в условиях средней и высокой влажности. И, что примечательно, грибки растут на корпусах космических кораблей на околоземных орбитах, а также заселили корпус поврежденного реактора Чернобыльской АЭС. Учитывая колоссальную устойчивость к факторам борьбы с этими микроорганизмами, микробиология продуктов питания и санитария должны развиваться активнее. Этому должно способствовать развитие микологии и остальных отраслей общей микробиологии.
Протозоология
Микробиология изучает и простейших. Это одноклеточные организмы, которые отличаются от бактерий более крупными размерами и наличием клеточного ядра. Из-за его наличия они более приспособлены к стационарным условиям окружающей среды, нежели к динамически изменяющимся. Однако болезни они способны вызывать не реже остальных.
Согласно статистике, предоставленной ВОЗ, около четверти всех случаев заболеваний приходится на долю малярии. Пока с ней невозможно справиться полностью, потому как существует несколько видов плазмодия. Значит, важность дальнейшего изучения всех протистов в целом и плазмодия в частности очень большая.
Иммунология
В НИИ Микробиологии СССР проводилось множество исследований иммунной системы человека. Наработки по ним пока сложно применить для лечения, однако для диагностики они сейчас незаменимы. Речь идет о серологической диагностике ряда инфекционных заболеваний. Именно микробиологии клиническая медицина обязана наличием в своем арсенале такого ценного диагностического метода.
Важно, что все кафедры эпидемиологии и микробиологии так или иначе затрагивают понятие иммунитета. И обе дисциплины широко применяют вакцины. Их разработка также является результатом научных трудов иммунологов и микробиологов. Они представляют собой наиболее эффективные профилактические средства, позволяющие ограничить (а в некоторых случаях даже исключить) вероятность заражения при контакте с патогенным вирусным или бактериальным возбудителем. Сейчас ведется разработка вакцин против ВИЧ и вирусов, вызывающих появление онкологических опухолей.
Методология микробиологии
Изучить определенный микроорганизм - это значит определить особенности его морфологии, оценить полноту биохимических реакций, на протекание которых он способен, распознать его РНК, отнести к определенному царству и назвать штамм. Такой объем работы требуется выполнить при открытии новой культуры. Если же микроб уже известен (определен по особенностям ферментации субстратов питательных сред или по клеточной стенке), тогда требуется отнести его к определенному штамму. Любая из данных задач требует наличия стандартизованных методов и определенного оборудования.
Также медицинская микробиология имеет свои задачи: найти возбудителя заболевания в биологических жидкостях и в тканях, являющихся мишенями для вирулентных инфекций, выявить наличие патогена по серологическим маркерам, определить чувствительность человека к некоторым заболеваниям. Эти задачи решают микробиологические, микроскопические, биологические, серологические и аллергические методы.
В учебнике под названием "Микробиология" Воробьев А. В. описывает, что микроскопия является основополагающим, но не основным методом изучения микроба. Она бывает световой, электронной, фазово-контрастной, темнопольной и флуоресцентной. Автор также указывает, что в качестве микробиологических методов наиболее важным считается культуральный, позволяющий вырастить колонию микробов, найденных в биологических жидкостях и средах пациента.
Культуральные методы могут быть вирусологическими и бактериологическими. Чаще всего для исследований требуется кровь, моча, слюна, мокрота, спинномозговая жидкость. Из них можно выделить организм и посеять его на питательной среде. Это необходимо для диагностики, потому как концентрация микробов в биологическом материале очень мала, а культуральный метод позволяет увеличить объем патогенной флоры.
В учебнике по дисциплине "Микробиология" Воробьев А. В. с соавторами описывает биологические методы изучения микробов. Они основываются на выделении специфических токсинов, свойственных либо группе видов бактерий, либо только одному штамму. Аллергические методы связаны со свойством токсинов бактерий вызывать аллергию (или сенсибилизацию) у макроорганизма при заражении. В качестве примера можно назвать пробу Манту. Серологические методы, в свою очередь, представляют собой реакции со специфическими антителами и антигенами бактерий. Это позволяет быстро и точно определить наличие микроба в тканевом или жидкостном материале, взятом у пациента.
Грандиозные успехи медицинской микробиологии
Микробиология - это важная для практической медицины наука, которая за время своего недолгого существования позволила спасти огромное количество жизней. Наиболее показательным примером является открытие микробов, ответственных за инфекционные заболевания. Это позволило получить первый антибиотик. Благодаря ему от раневой инфекции удалось спасти огромное количество солдат.
Впоследствии применение антибиотиков стало расширяться, и сегодня это позволяет проводить сложные операции. Учитывая, что многие инфекции невозможно излечить без применения антибиотиков, их наличие попросту переворачивает всю медицину и дает возможность спасать многие жизни. Это достижение стоит наравне с вакцинопрофилактикой, также позволившей спасти многих пациентов от вируса полиомиелита, гепатита В и оспы. А сейчас разрабатываются иммунологические методы борьбы с онкологическими заболеваниями.
