Направление работ основателей микробиологии И.И. Мечникова и М.М. Тереховского. Их вклад в развитие микробиологии
Реферат
по ветеринарной микробиологии и вирусологии
Направление работ основателей микробиологии И. И. Мечникова и М. М. Тереховского. И вклад в развитие микробиологии
Микробиология прошла длительный путь развития, исчисляющийся многими тысячелетиями. Уже в V-IV 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-IIV тысячелетие до н.э. .XVI в. н.э.) связан скорее с логическими и 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), А. 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 развитию 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 , желтой лихорадки 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 и биотехнологии.
Разносторонне образованный, блестящий экспериментатор, член 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.
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 помощью 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 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, 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 ;
· разработка метода культур животных и растительных клеток и их выращивания в промышленных масштабах с целью получения вирусных антигенов;
· создание гибридом путем слияния иммунных В-лимфоцитов, продуцентов антител и раковых клеток с целью получения моноклональных антител
· 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.)
Теории иммунитета. Разработка теорий иммунитета. Фагоцитарная теория иммунитета. И.И. Мечников
Выявление роли патогенных микроорганизмов в развитии инфекционных болезней, возможность искусственного создания невосприимчивости подтолкнули к изучению факторов защиты организма от инфекционных агентов.
Пастер предложил теорию исчерпанной силы; согласно этой теории «невосприимчивость» представляет состояние, при котором организм человека (как питательная среда) не поддерживает развитие микробов.
Однако автор быстро понял, что его теория не может объяснить ряд наблюдений. В частности, Пастер показал, что если заразить курицу сибирской язвой и держать её ноги в холодной воде, то у неё развивается заболевание (в обычных условиях куры невосприимчивы к сибирской язве). Развитие феномена обусловливало снижение температуры тела на 1-2 °С, то есть ни о каком исчерпывании питательной среды в организме речь идти не могла.
Фагоцитарная теория иммунитета. И.И. Мечников
В 1883 г. появилась теория иммунитета, опирающаяся на эволюционное учение Чарлза Дарвина и основанная на изучении пищеварения у животных, располагающихся на разных ступенях биологического развития. Автор новой теории, И.И. Мечников, обнаружил сходство внутриклеточного переваривания веществ у амёб, клеток энтодермы кишечнополостных и некоторых клеток мезенхимного происхождения (моноцитов крови, тканевых макрофагов). Мечников ввёл термин «фагоциты» от греч. phages, поедать, + kytos, клетка, а позднее предложил разделять их на микрофаги и макрофаги. Такому разделению способствовали и достижения П. Эрлиха, дифференцировавшего посредством окраски несколько типов лейкоцитов. В классических работах по сравнительной патологии воспаления И.И. Мечников доказал роль фагоцитирующих клеток в элиминации патогенов. В 1901 г. в Париже вышел его монументальный итоговый труд «Невосприимчивость в инфекционных болезнях».
Значительный вклад в распространение фагоцитарной теории внесли работы Э. Ру и учеников И.И. Мечникова (A.M. Безрёдка, И.Г. Савченко, Л.А. Тарасёвич, Ф.Я. Чистович, В.И. Исаев).
И. И. Мечников (1845―1916)
Выдающийся русский ученый. В 1882 г. на съезде русских естествоиспытателей и врачей Мечников произнес знаменитую речь «О защитных силах организма», в которой дал глубокое научное обоснование невосприимчивости организма к инфекционным болезням. Эта теория называется фагоцитарной теорией иммунитета. В основу формирования этой теории легли его наблюдения за внутриклеточным пищеварением у различных морских животных (медуз, губок, моллюсков и др.). Мечников открыл в теле этих животных особые, «блуждающие» клеткИ, которые встречают, захватывают и пожирают поступающие в организм все инородные тела, в том числе различные микробы. Он назвал, «блуждающие» клетки фагоцитами, т. е. клетками-пожирателями.
Мечников подчеркивал, что фагоциты защищают организм и в результате их активности вырабатывается невосприимчивость к инфекционным заболеваниям. Бессмертное учение о невосприимчивости организма и его биологическая теория иммунитета открыли новый этап в развитии медицины. За это открытие в 1908 г. И. И. Мечникову была присуждена Нобелевская премия.
Шарль Никколь образно назвал Мечникова «поэтом микробиологии», которому принадлежит заслуга в разработке учения об антагонизме микробов, ставшего теоретической основой для получения антибиотиков ―препаратов, применяемых для лечения ряда инфекционных болезней. Мечникову также принадлежат оригинальные исследования по экспериментальному сифилису и холере.
Мечников занимался изучением причин возникновения старости. Считая, что «старость есть болезнь, которую надо лечить», он указывал, что она развивается под влиянием хронической интоксикации организма, вызываемой продуктами жизнедеятельности представителей кишечной микрофлоры. К таким продуктам он относил индол, фенол, скатол. Для вытеснения гнилостных бактерий Мечников предложил пищевой рацион преимущественно из овощей, фруктов и кислого молока, в которых содержатся молочнокислые бактерии, являющиеся антагонистами гнилостных бактерий.
Имя И. И. Мечникова пользуется всенародным признанием. Советское правительство учредило золотую медаль и премию имени Мечникова, которая присуждается за лучшие работы в области биологии
Нельзя не отметить и работы М. М. Тереховского (1740-1796). С 1770 г. Тереховский около пяти лет работал за границей, в Страсбургском университете, который славился медицинской школой. Здесь Тереховский защитил докторскую диссертацию - свой главный научный труд. Диссертация называлась «Царство тьмы инфузорий Линнея». В ней была поставлена задача исследовать природу и пути возникновения микроскопических существ в различных настоях. На основании большого числа опытов ученый пришел к заключению, что «анималькули» - живые существа. Они гибнут от высоких температур, ядов и электрического тока. Самым главным заключением было положение о невозможности самозарождения «анималькулей», что противоречило взгляду многих ученых того времени. Тереховский писал, что известное положение Гарвея (1578-1651) - «все живое из яйца» - приобретает силу аксиомы.
В 1835 г. на основе накопившихся к этому времени фактов К. Эренберг выпустил книгу с весьма знаменательным заголовком: «Инфузории как совершенные организмы». Он разделил низшие существа на 22 класса. К книге прилагался атлас инфузорий, многие из которых были подробно описаны и названы по бинарной номенклатуре. Три класса включали в себя бактерии.
Вывод
микробиология иммунитет антитело иммуноглобулин
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.