Микроорганизмы были открыты в конце XVII в., но деятельность их и даже практическое применение известны значительно раньше. Например, продукты спиртового и молочнокислого брожений приготавливались и использовались в самые древние времена. Полезность этих продуктов объяснялась присутствием в них «живого духа». Еще первобытные люди предохраняли от порчи пищевые продукты путем их высушивания, замораживания, соления и копчения. Однако мысль о существовании невидимых существ начала появляться при выяснении причин заразных болезней. Так, Гиппократ (VI в. до н. эры), а позже Варрон (II в.) высказывали предположения, что заразные болезни вызываются невидимыми живыми существами. Но только в XVI в. итальянский ученый Джироламо Фракастро (1478-1553) пришел к заключению, что передача болезней от человека к человеку осуществляется при помощи мельчайших
живых существ, которым он дал название contagium vivum. Однако доказательств таких предположений не было. Заслуга открытия микроорганизмов принадлежит голландскому натуралисту
Антонио Левенгуку (1632-1723), достигшему совершенства в шлифовании стекол и сконструировавшему микроскоп с увеличением в 300 раз. Рассматривая под микроскопом все, что попадалось под руку - капли воды, зубной налет, различные настои - А. Левенгук всюду находил мельчайших «зверюшек» animalcula. Свои первые наблюдения он опубликовал в
трудах Лондонского королевского общества и приложил рисунки, в которых различались кокки, палочки и спириллы, а в 1695 г. была издана его книга «Тайны природы, открытые Антонием Левенгуком», где подробно описывались результаты наблюдения за движением, разнообразием форм и размеров микроорганизмов1.
Открытие А. Левенгука вызвало большой интерес среди естествоиспытателей. С каждым годом увеличивалось число «охотников за микробами», а вместе с тем и число описываемых микробов. Но состояние науки того времени не позволяло должным образом оценить и плодотворно использовать открытие А. Левенгука. Все исследования в течение почти двух веков сводились лишь к описанию микроорганизмов. Этот период вошел в историю микробиологии как описательный, или морфологический, и продолжался с конца XVII до середины XIX вв. Наиболее существенными в то время были работы О. Мюллера (1786), Ф. Кютцинга (1833), X. Эренберга (1838), так как они не только описали новые формы, но и сделали попытку систематизировать микроорганизмы. Заслуживают внимания работы русского ученого М. М. Тереховского. Он установил живую природу простейших и в 1775 г. впервые в мире применил к микроорганизмам экспериментальный метод исследования, определяя влияние температуры, электрических разрядов, сулемы, опия, кислот и щелочей на их жизнеспособность. Изучая в строго контролируемых условиях движение, рост и размножение микроорганизмов, М. М. Тереховский первый указал, что делению предшествует рост и увеличение их размеров.
Хотя описательный период не обогатил науку ни новыми открытиями, ни ценными теориями, он все же сыграл значительную роль в накоплении фактического материала и создании условий для перехода к следующему, физиологическому, этапу в развитии микробиологии.
Начало физиологического периода относится к 60-м гг. ХЕК в. и связано с деятельностью выдающегося французского ученого,
1 В 1698 г. Петр I посетил Голландию. Получив от Левенгука в подарок микроскоп, он привез его на родину. И уже в 1716 г. в мастерских Петра I были изготовлены первые в России микроскопы.
химика по специальности Луи Пастера (1822-1895). Микробиология обязана Л. Пастеру не только своим бурным развитием, но и становлением как науки.
Первые работы Л. Пастера, выполненные в области микробиологии, посвящены изучению теории брожения. В то время в науке господствовала химическая теория Либиха. Согласно ей, брожение рассматривалось как чисто химический процесс, главным агентом которого был кислород. Без кислорода нет брожения - утверждала теория Либиха. В работах по спиртовому, затем молочнокислому брожению Л. Пастер доказал, что возбудителями этих процессов являются микроорганизмы, причем специфичные для каждого из них. Спиртовое брожение обусловлено деятельностью дрожжевых грибков, молочнокислое палочковидных бактерий. Из убедительных опытов Л. Пастер сделал вывод, что микроорганизмы - не случайные спутники бродильных процессов, а сама причина брожения.
В противоположность химической теории Либиха Л. Пастер создал биологическую теорию брожения.
Стараясь окончательно опровергнуть теорию Либиха, он в результате исследования роли кислорода в процессах брожения сделал новое открытие - установил возможность жизни без кислорода - анаэробиоз. Он обнаружил в бульоне с масляно-кислым брожением неизвестные микроорганизмы в виде вибрионов, теряющие подвижность при доступе кислорода. Из этого следовало, что кислород не только не главный агент брожения, но и при определенных условиях - его ингибитор.
Общебиологическое значение имеют работы Л. Пастера по самопроизвольному зарождению жизни. На простых и
убедительных опытах он показал, что в сосудах со стерильным бульоном, закрытых ватными пробками во избежание контакта с воздухом, самозарождение микроорганизмов невозможно (это не значит, конечно, что Л. Пастер вообще отрицал зарождение жизни из неживой природы), т. е. невозможно самозарождение организмов из неживой природы в условиях развитой жизни.
Благодаря всем этим открытиям Л. Пастера признали как ученого-биолога, и в 1860 г. его заслуги были отмечены премией Парижской Академии наук. Тридцать лет понадобилось великому ученому для завершения работ по брожению и гниению. Занимаясь этими вопросами, Л. Пастер одновременно решал и практические задачи. Им был предложен способ предохранения вина и пива от «болезни» (скисание и прогоркание) - метод пастеризации. Он также изучил болезнь шелковичных червей и в результате разработал методы борьбы с ее возбудителями.
Исключительную ценность представляют работы Л. Пастера, посвященные вопросам биологической природы заразных болезней, ослаблению вирулентности патогенных микроорганизмов, вакцинации. В процессе научных исследований он установил, что не только брожение, болезни вина и пива, шелковичных червей обусловлены деятельностью микроорганизмов. Многие болезни человека и животных также вызываются микробами. Они, подобно возбудителям брожения, весьма специфичны: каждый вид
патогенных микроорганизмов вызывает строго определенное заболевание. Л. Пастером были открыты возбудители куриной холеры (вибрион Мечникова), родильной горячки (стрептококки), гнойных абсцессов.
Занимаясь изучением природы инфекционных болезней и их возбудителей, Л. Пастер обнаружил важное свойство патогенных микроорганизмов - способность к ослаблению вирулентности. Попадание в организм животных таких микроорганизмов не только не приводит к заболеванию, но и предохраняет его от последующего заражения. Оценив должным образом это явление, Л. Пастер разработал ряд методов снижения (аттенуации) вирулентности микробов и успешно использовал ослабленные культуры в качестве прививок против инфекционных болезней. Культуры микроорганизмов с ослабленными вирулентными свойствами были
названы вакцинами2, а метод прививок - вакцинацией. Следуя принципам аттенуации микробов, Л. Пастер предложил методы получения вакцин против куриной холеры, сибирской язвы, бешенства. Это потребовало огромного труда и творческого напряжения, так как, к примеру, возбудитель сибирской язвы Вас. anthracis - спорообразующий микроб, а споры не поддаются аттенуации и сохраняют свойства вирулентности, в связи с чем из споровой культуры нельзя было получить вакцину. Но это не обезоружило Л. Пастера. Культивируя возбудителя при температуре 42,5 - 43°С, ему удалось получить неспорообразующий штамм и успешно использовать его для приготовления вакцины, надежно предохраняющей животных от заболевания.
Еще больше трудностей было на пути создания вакцины против бешенства. Как известно, возбудитель бешенства относится к вирусам, о существовании которых во времена Л. Пастера еще не было известно. Все попытки получить обычным способом культуру «микроба» - предполагаемого возбудителя бешенства - кончались неудачей. Тогда Л. Пастер пошел по другому пути. В качестве исходного материала он использовал мозг больных животных, содержащий согласно его наблюдениям яд бешенства. Л. Пастеру и его ученикам Ру и Шамберлену пришлось проделать огромную работу по изысканию способа ослабления возбудителя бешенства. В результате они установили, что возбудитель снижает вирулентность при обезвоживании. Ядовитые свойства мозга, пораженного возбудителем, в процессе высушивания его над каустической содой ослабевали и к четырнадцатому дню исчезали
вовсе. Так его упорством и настойчивостью была создана вакцина
«
против бешенства. При введении ее человеку, укушенному бешеным животным, в организме вырабатывался активный иммунитет по отношению к возбудителю данного заболевания. Это изобретение быстро приобрело широкую известность и к Л. Пастеру стали
От лат. vaccinus - коровий. Первые препараты вакцины против оспы были получены из коровьей оспы английским врачом Э. Дженнером в конце ХУШ в.
обращаться за помощью. Его лаборатория превратилась во всемирный пункт прививок против бешенства, а Л. Пастер - в лечащего врача.
Так, Л. Пастер, начав научную деятельность в области химической кристаллографии, затем доказав биологическую природу брожений и заразных болезней и разработав методы предохранительных прививок, прошел сложный и славный путь ученого.
Большое значение для развития микробиологии имели работы знаменитого немецкого ученого Роберта Коха (1843-1910). Р. Коху принадлежит огромная роль в разработке той области микробиологии, которая не была затронута Л. Пастером. Он создал методы микробиологических исследований, впервые ввел в микробиологическую практику плотные питательные среды (мясо- пептоныый желатин и мясо-пептонный агар), что позволило выделять и изучать чистые культуры микробов. Р. Кохом были разработаны методы окраски (анилиновыми красителями) и методы микроскопии с иммерсионной системой. Без такого ценного вклада было бы немыслимо успешное развитие всей экспериментальной микробиологии.
Велики заслуги Р. Коха и в изучении роли микроорганизмов как возбудителей инфекционных заболеваний. Он на опыте доказал значение сибиреязвенных бацилл в этиологии сибирской язвы, что в те времена подвергалось сомнению. Р. Кох как врач и ученый много внимания уделял изучению этиологии распространенного в то время тяжелого заболевания - туберкулеза - и открыл его возбудителя (Mycobacterium tuberculosis), который был назван «палочкой Коха». Из этого возбудителя он получил препарат туберкулин, намериваясь использовать его для лечения больных туберкулезом. Однако на практике туберкулин как лечебное средство не оправдал себя, зато оказался хорошим диагностическим средством и вместе с тем послужил началом в создании ценных противотуберкулезных препаратов3.
Одним из таких препаратов явилась вакцина BCG, полученная французским микробиологом, учеником Л. Пастера, Альбертом Кальметтом
P. Кохом и его учениками были открыты возбудители и других
заболеваний - азиатской холеры, дифтерии, брюшного тифа, столбняка, гонореи.
Гениальные открытия Л. Пастера создали принципиальные научные
основы микробиологии; Р. Кох усовершенствовал и разработал новые методы изучения мира микроорганизмов. Это положило начало бурному расцвету
микробиологии. За короткое время были открыты возбудители большинства
инфекционных заболеваний, разработаны многие научно обоснованные санитарно-гигиенические мероприятия, предложен ряд эффективных вакцин против заболеваний человека и животных. Особенно интенсивно разрабатывались вопросы медицинской микробиологии, основоположниками которой заслуженно признаются русские ученые И. И. Мечников, Н. В. Гамалея, Д. К. Заболотный.
С именем Ильи Ильича Мечникова (1845-1916) связано развитие нового направления в микробиологии - иммунологии - учения о невосприимчивости организма к инфекционным заболеваниям (иммунитет). Впервые в науке И. И. Мечниковым была разработана и экспериментально подтверждена биологическая теория иммунитета, вошедшая в историю микробиологии как фагоцитарная теория Мечникова. В основу этой теории положено представление о клеточных защитных приспособлениях организма. И. И. Мечников в опытах на животных (дафниях, личинках морской звезды) доказал, что лейкоциты и другие клетки мезодермального происхождения обладают способностью захватывать и переваривать чужеродные частицы (в том числе и совместно с Шарлем Гереном ( название вакцины по заглавным буквам фамилий - Callmett и Geren).
микробов), попадающие в организм. Это явление, названное фагоцитозом, легло в основу фагоцитарной теории иммунитета и получило всеобщее признание.
Развивая далее поднятые вопросы, И. И. Мечников сформулировал общую теорию воспаления как защитную реакцию организма и создал новое направление в иммунологии - учение об антигенной специфичности. В настоящее время оно приобретает все большее значение в связи с разработкой проблемы пересадки органов и тканей, изучении иммунологии рака.
К числу важнейших работ И. И. Мечникова в области
медицинской микробиологии относятся исследования патогенеза холеры и биологии холероподобных вибрионов, сифилиса, туберкулеза, возвратного тифа. И. И. Мечников является и основоположником учения о микробном антагонизме, послужившем основой для развития науки об антибиотикотерапии. Идея о микробном антагонизме была им использована при разработке проблемы долголетия. Изучая явление старения организма, он пришел к заключению, что важнейшей причиной его является хроническое отравление организма продуктами гниения, вырабатываемыми в толстом кишечнике гнилостными бактериями.
Практический интерес представляют его ранние работы по использованию гриба Metarrhizium anisopliae для борьбы с вредителем полей - хлебным жуком. Они дают основания считать И. И. Мечникова основоположником биологического метода борьбы с вредителями сельскохозяйственных растений, метода, который в наши дни находит все более широкое применение и популярность.
Таким образом, И. И. Мечников - выдающийся русский биолог, сочетавший качества экспериментатора, педагога,
мыслителя-материалиста и пропагандиста научных знаний, - был человеком великого духа и труда. Ему была присвоена в 1909 г. Нобелевская премия.
Развитие микробиологии в нашей стране тесно связано также с именем крупнейшего ученого, соратника И. И. Мечникова, Николая Федоровича Гамалеи (1859-1940). Всю свою жизнь
Н. Ф. Гамалея посвятил изучению инфекционных болезней и разработке мер борьбы с их возбудителями. Н. Ф. Гамалея внес крупный вклад в изучение туберкулеза, холеры, бешенства, в 1886 г. вместе с И. И. Мечниковым организовал в Одессе первую в России Пастеровскую станцию и ввел в практику прививки против бешенства. Он открыл птичий вибрион - возбудителя холероподобного заболевания птиц - и в честь Ильи Ильича назвал его вибрионом Мечникова. Затем была получена вакцина против холеры человека.
Большое внимание Н. Ф. Гамалея уделял и вопросам эпидемиологии инфекционных болезней. Он был крупнейшим специалистом в области иммунологии. Разработав оригинальный метод получения оспенной вакцины, он впервые высказал идею о выделении из бактерий наиболее полноценных антигенов и об использовании их для приготовления так называемых химических вакцин. Н. Ф. Г амалея первый наблюдал и описал явление спонтанного лизиса бактерий под влиянием известного в то время агента - бактериофага. Поэтому Н. Ф. Гамалея считается не только одним из основоположников медицинской микробиологии, но и иммунологии и вирусологии.
К числу выдающихся отечественных ученых, внесших огромный вклад в микробиологию инфекционных болезней, относится и Даниил Кириллович Заболотный (1866-1920). Он по
праву считается основоположником эпидемиологии. Где бы на земном шаре ни возникали эпидемии, Д. К. Заболотный всегда принимал участие в их ликвидации. Так, с 1897 по 1911 гг. он в составе русских экспедиций участвует в изучении чумы в Индии, Китае, Маньчжурии, Персии, Шотландии; холеры - в Петербурге, Поволжье, на Украине, Кавказе. Доскональное изучение эпидемии чумы дало Д. К. Заболотному возможность получить научные доказательства существовавшей гипотезы о природной очаговости этой болезни и о роли диких грызунов как хранителей ее возбудителя в природе.
Значительный вклад внес Д. К. Заболотный в изучение эпидемий холеры и организацию борьбы с ней. Им установлены пути заноса холеры, роль бациллоносительства в распространении заболевания, изучена биология возбудителя в природе и разработаны эффективные методы диагностики холеры.
Результаты исследований Д. К. Заболотного составили научную основу санитарно-гигиенических, профилактических и лечебных мероприятий по борьбе с заразными болезнями человека.
Среди основоположников общей микробиологии в России следует назвать и Льва Семеновича Ценковского (1822-1887), который много внимания уделил
индивидуальному развитию и изменчивости микроорганизмов, относящихся преимущественно к группе паразитических простейших. Используя принцип аттенуации микробов, Л. С. Ценков- ский получил вакцинный штамм возбудителя сибирской язвы и создал отечественную вакцину, до настоящего времени успешно применяемую в ветеринарной практике.
Л. С. Ценковский первый установил близость бактерий и сине-зеленых водорослей и впервые описал явление симбиоза
между радиоляриями и зооксантеллами. Это открытие существенным образом сказалось на последующих работах русских ученых. Так, его ученик М. К. Воронин открыл симбиоз бактерий с высшими растениями и обнаружил бактероиды в клубеньках бобовых.
Велики заслуги Л. С. Ценковского как ученого-микробиолога, но вместе с тем нельзя не указать на то, что он придерживался ошибочной теории полиморфизма бактерий, в борьбе с которой в сущности формировалась отечественная микробиология и опровергнуть эту теорию удалось только с применением плотных питательных сред.
Отечественные исследователи заложили прочный фундамент нового направления в микробиологии - эколого-физиологического, ставшего вскоре ведущим и оказавшего влияние на развитие самостоятельных дисциплин и различных школ ученых.
В этой связи прежде всего следует отметить С. Н. Виноградского, В. Л. Омелянского, Б. Л. Исаченко, Д. И. Ивановского, Г. А. Надсона, явившихся основоположниками тех или иных направлений в общей микробиологии. Создание, например, учения
об экологии почвенных микроорганизмов неразрывно связано с именем выдающегося русского исследователя Сергея Николаевича Виноградского (1856-1953). С. Н. Виноградский внес большой вклад и в познание физиологического многообразия микробного мира. Им выполнены классические работы по физиологии серобактерий, нитрифицирующих бактерий, железобактерий, результатом которых явилось открытие хемосинтеза у бактерий - величайшее открытие XIX в.
С. Н. Виноградский доказал, что существуют бактерии, самостоятельно синтезирующие органическое вещество, используя при этом энергию окисления минеральных соединений (сероводород.
аммиак) и углерод углекислоты, т. е. был открыт новый тип питания микроорганизмов - автотрофизм.
С. Н. Виноградским выполнены классические исследования по экологии микроорганизмов. Наиболее значительным среди них является изучение свободноживущих азотфиксирующих микроорганизмов.
Неизменным требованием С. Н. Виноградского было исследование микроорганизмов в естественной среде обитания или условиях, максимально приближающихся к естественным. Следуя этому принципу, он разработал простые и оригинальные методы исследования почвенных микроорганизмов. Всеобщее признание и широкое применение получил метод элективных (избирательных) сред, позволивший выделить из естественной среды ряд новых микроорганизмов и определить их роль в круговороте веществ.
С. Н. Виноградским опубликовано свыше 300 научных работ, посвященных экологии и физиологии почвенных микроорганизмов. Его по праву считают отцом почвенной микробиологии.
К числу выдающихся основоположников отечественной микробиологии следует отнести также ученика С. Н. Виноградского Василия Леонидовича Омелянского (1867-1928). Он был не только замечательным ученым, но и талантливым педагогом, популяризатором достижений микробиологии. В. Л. Омелянский, подобно Л. Пастеру, обладал глубокими знаниями в области химии, которые легли в основу его физиологического и экологического изучения микроорганизмов. Круг научных интересов В. Л. Омелянского очень широк, однако главное направление его исследований тесно связано с изучением круговорота веществ в
природе, в котором существенную роль он отводил микроорганизмам. Изучая процессы разложения органического вещества, он впервые выделил целлюлозоразрушающие бактерии, описал их физиологию и химизм самого процесса.
Глубоко и всесторонне В. Л. Омелянским были изучены микроорганизмы, участвующие в круговороте азота, особенно свободноживущие азотфиксаторы и нитрификаторы.
К новой области исследований относится одна из последних работ В. Л, Омелянского «Роль микроорганизмов в выветривании горных пород». Эта работа легла в основу геологической микробиологии.
Большой заслугой В. Л. Омелянского является создание первого русского учебника «Основы микробиологии», вышедшего из печати в 1909 г. и выдержавшего 9 изданий. В нем В. Л. Омелянский обобщил результаты микробиологических исследований и дал общие схемы круговорота в природе отдельных элементов, в том числе азота, углерода, серы и железа. В течение десятилетий этот учебник был настольной книгой специалистов.
Экологическое направление в микробиологии успешно разрабатывалось Борисом Лаврентьевичем Исаченко (1871-1948). Всеобщую известность приобрели его работы в области водной микробиологии. Он впервые исследовал распространение микроорганизмов в Северном Ледовитом океане и указал на их важную роль в геологических процессах и в круговороте веществ в водоемах.
Большой вклад в развитие отечественной и мировой микробиологии внес Дмитрий Иосифович Ивановский (1864-1920 ), открывший в 1892 г. вирусы растений и тем самым заложивший основу новой науки - вирусологии. Подчеркивая важность исследования Д. И. Ивановского, английский вирусолог Н. Пири писал: «Огромное значение открытия Ивановского для
теоретического естествознания заключается в том, что им была открыта новая форма существования белковых тел». Идеи Д. И. Ивановского сыграли решающую роль в последующих блестящих успехах вирусологии, в результате которых были открыты возбудители большинства вирусных болезней человека, животных, растений и микроорганизмов. По заключению американского
вирусолога Стенли, имя Д. И.
Ивановского в вирусологии следует рассматривать как имена Л. Пастера и Р. Коха в микробиологии.
С 20-х гг. XX в. интенсивно начала разрабатываться проблема изменчивости микроорганизмов.
Ведущую роль здесь сыграли исследования Г еоргия Адамовича Надсона (1867-1940). В 1925 г. Г. А.
Надсон и Г. С. Филиппов впервые показали возможность получения мутантов микроорганизмов под влиянием лучистой энергии. Эти исследования имели исключительно важное значение - они заложили основы нового направления в естествознании - радиационную биологию.
Большой интерес представляют также более ранние работы Г. А. Надсона, характеризующие его как микробиолога широкого профиля. Г. А. Надсон впервые выделил в чистую культуру и изучил зеленую бактерию Chlorobium limicola. Значительное место среди ранних работ Г. А. Надсона занимают исследования взаимоотношений микроорганизмов. Им описаны явления антагонизма, хищничества и симбиоза микроорганизмов. На примере плесневого гриба Spicaria им было показано, что микроорганизмы при развитии в микробных ассоциациях вырабатывают пигмент как «средство защиты и нападения».
Научный интерес и практическое значение имеют исследования Г. А. Надсона о роли микроорганизмов в круговороте серы, железа и кальция.
Г. А. Надсон впервые указал на перспективы развития геологической микробиологии. Заслуживает внимания и точка зрения Г. А. Надсона по вопросам современной космической микробиологии. Он допускал возможность сохранения жизнеспособности микроорганизмов в космическом пространстве, подчер-
Земли
или
будет
происхо^
Г.
считается одним из основоположников отечественной микробиологии, а время подтверждает гениальность его идей и научную дальновидность.
Таким образом, выдающиеся отечественные ученые заложили прочный фундамент общей микробиологии, на котором в XX в. эта наука достигла расцвета.
Развитие микробиологии ознаменовалось крупными открытиями и достижениями в области биохимии и генетики микроорганизмов. Так, в середине 50-х гг. А. Юпойвером и К. ван Нилем была сформулирована теория биохимического единства жизни, которая базируется на единых закономерностях механизмов передачи генетической информации, единства энергетического и конструктивного метаболизма совершенно независимо от рода изучаемых организмов.
В 40-50-е гг. сделаны выдающиеся открытия в области генетики микроорганизмов. В 1944 г. О. Эвери, К. Мак Леод и М. Мак-Карти доказали, что носителем генетической информации является ДНК, а в 1953 г. Дж. Уотсон и Ф. Крик расшифровали строение молекулы ДНК, раскрыли генетический код, выяснили механизмы репликации ДНК и регуляции синтеза белка, единые для всех живых организмов. Исследования Дж. Ледерберга,
Э. Тэйтума, Н. Циндера (1952-1958) показали наличие половой дифференциации бактерий, определили структуры. Ф. Жакоб и Э. Вольман (1958) открыли у бактерий внехромосомные генетические структуры - плазмиды, контролирующие разные свойства бактерий, в том числе устойчивость их к лекарственным препаратам. Трансмиссивность плазмид позволила использовать их в качестве переносчиков генов от одних организмов к другим. Успехи в области генетики микроорганизме» обусловили развитие ее нового раздела - молекулярной генетики, составляющей основу современной генной инженерии.
Современный период развития микробиологии тесно связан с научно-техническим прогрессом и потребностями народного хозяйства. Он характеризуется комплексностью исследований многообразия микробного мира, направленных как на решение общебиологических проблем, так и актуальных задач рационального использования природных ресурсов, охраны окружающей среды, развития сельского хозяйства и здравоохранения, повышения научно-технического уровня горнодобывающей и микробиологической промышленности, разработку молекулярно-биологических аспектов биотехнологии микробиологического синтеза.
живых существ, которым он дал название contagium vivum. Однако доказательств таких предположений не было. Заслуга открытия микроорганизмов принадлежит голландскому натуралисту
Антонио Левенгуку (1632-1723), достигшему совершенства в шлифовании стекол и сконструировавшему микроскоп с увеличением в 300 раз. Рассматривая под микроскопом все, что попадалось под руку - капли воды, зубной налет, различные настои - А. Левенгук всюду находил мельчайших «зверюшек» animalcula. Свои первые наблюдения он опубликовал в
трудах Лондонского королевского общества и приложил рисунки, в которых различались кокки, палочки и спириллы, а в 1695 г. была издана его книга «Тайны природы, открытые Антонием Левенгуком», где подробно описывались результаты наблюдения за движением, разнообразием форм и размеров микроорганизмов1.
Открытие А. Левенгука вызвало большой интерес среди естествоиспытателей. С каждым годом увеличивалось число «охотников за микробами», а вместе с тем и число описываемых микробов. Но состояние науки того времени не позволяло должным образом оценить и плодотворно использовать открытие А. Левенгука. Все исследования в течение почти двух веков сводились лишь к описанию микроорганизмов. Этот период вошел в историю микробиологии как описательный, или морфологический, и продолжался с конца XVII до середины XIX вв. Наиболее существенными в то время были работы О. Мюллера (1786), Ф. Кютцинга (1833), X. Эренберга (1838), так как они не только описали новые формы, но и сделали попытку систематизировать микроорганизмы. Заслуживают внимания работы русского ученого М. М. Тереховского. Он установил живую природу простейших и в 1775 г. впервые в мире применил к микроорганизмам экспериментальный метод исследования, определяя влияние температуры, электрических разрядов, сулемы, опия, кислот и щелочей на их жизнеспособность. Изучая в строго контролируемых условиях движение, рост и размножение микроорганизмов, М. М. Тереховский первый указал, что делению предшествует рост и увеличение их размеров.
Хотя описательный период не обогатил науку ни новыми открытиями, ни ценными теориями, он все же сыграл значительную роль в накоплении фактического материала и создании условий для перехода к следующему, физиологическому, этапу в развитии микробиологии.
Начало физиологического периода относится к 60-м гг. ХЕК в. и связано с деятельностью выдающегося французского ученого,
1 В 1698 г. Петр I посетил Голландию. Получив от Левенгука в подарок микроскоп, он привез его на родину. И уже в 1716 г. в мастерских Петра I были изготовлены первые в России микроскопы.
химика по специальности Луи Пастера (1822-1895). Микробиология обязана Л. Пастеру не только своим бурным развитием, но и становлением как науки.
Первые работы Л. Пастера, выполненные в области микробиологии, посвящены изучению теории брожения. В то время в науке господствовала химическая теория Либиха. Согласно ей, брожение рассматривалось как чисто химический процесс, главным агентом которого был кислород. Без кислорода нет брожения - утверждала теория Либиха. В работах по спиртовому, затем молочнокислому брожению Л. Пастер доказал, что возбудителями этих процессов являются микроорганизмы, причем специфичные для каждого из них. Спиртовое брожение обусловлено деятельностью дрожжевых грибков, молочнокислое палочковидных бактерий. Из убедительных опытов Л. Пастер сделал вывод, что микроорганизмы - не случайные спутники бродильных процессов, а сама причина брожения.
В противоположность химической теории Либиха Л. Пастер создал биологическую теорию брожения.
Стараясь окончательно опровергнуть теорию Либиха, он в результате исследования роли кислорода в процессах брожения сделал новое открытие - установил возможность жизни без кислорода - анаэробиоз. Он обнаружил в бульоне с масляно-кислым брожением неизвестные микроорганизмы в виде вибрионов, теряющие подвижность при доступе кислорода. Из этого следовало, что кислород не только не главный агент брожения, но и при определенных условиях - его ингибитор.
Общебиологическое значение имеют работы Л. Пастера по самопроизвольному зарождению жизни. На простых и
убедительных опытах он показал, что в сосудах со стерильным бульоном, закрытых ватными пробками во избежание контакта с воздухом, самозарождение микроорганизмов невозможно (это не значит, конечно, что Л. Пастер вообще отрицал зарождение жизни из неживой природы), т. е. невозможно самозарождение организмов из неживой природы в условиях развитой жизни.
Благодаря всем этим открытиям Л. Пастера признали как ученого-биолога, и в 1860 г. его заслуги были отмечены премией Парижской Академии наук. Тридцать лет понадобилось великому ученому для завершения работ по брожению и гниению. Занимаясь этими вопросами, Л. Пастер одновременно решал и практические задачи. Им был предложен способ предохранения вина и пива от «болезни» (скисание и прогоркание) - метод пастеризации. Он также изучил болезнь шелковичных червей и в результате разработал методы борьбы с ее возбудителями.
Исключительную ценность представляют работы Л. Пастера, посвященные вопросам биологической природы заразных болезней, ослаблению вирулентности патогенных микроорганизмов, вакцинации. В процессе научных исследований он установил, что не только брожение, болезни вина и пива, шелковичных червей обусловлены деятельностью микроорганизмов. Многие болезни человека и животных также вызываются микробами. Они, подобно возбудителям брожения, весьма специфичны: каждый вид
патогенных микроорганизмов вызывает строго определенное заболевание. Л. Пастером были открыты возбудители куриной холеры (вибрион Мечникова), родильной горячки (стрептококки), гнойных абсцессов.
Занимаясь изучением природы инфекционных болезней и их возбудителей, Л. Пастер обнаружил важное свойство патогенных микроорганизмов - способность к ослаблению вирулентности. Попадание в организм животных таких микроорганизмов не только не приводит к заболеванию, но и предохраняет его от последующего заражения. Оценив должным образом это явление, Л. Пастер разработал ряд методов снижения (аттенуации) вирулентности микробов и успешно использовал ослабленные культуры в качестве прививок против инфекционных болезней. Культуры микроорганизмов с ослабленными вирулентными свойствами были
названы вакцинами2, а метод прививок - вакцинацией. Следуя принципам аттенуации микробов, Л. Пастер предложил методы получения вакцин против куриной холеры, сибирской язвы, бешенства. Это потребовало огромного труда и творческого напряжения, так как, к примеру, возбудитель сибирской язвы Вас. anthracis - спорообразующий микроб, а споры не поддаются аттенуации и сохраняют свойства вирулентности, в связи с чем из споровой культуры нельзя было получить вакцину. Но это не обезоружило Л. Пастера. Культивируя возбудителя при температуре 42,5 - 43°С, ему удалось получить неспорообразующий штамм и успешно использовать его для приготовления вакцины, надежно предохраняющей животных от заболевания.
Еще больше трудностей было на пути создания вакцины против бешенства. Как известно, возбудитель бешенства относится к вирусам, о существовании которых во времена Л. Пастера еще не было известно. Все попытки получить обычным способом культуру «микроба» - предполагаемого возбудителя бешенства - кончались неудачей. Тогда Л. Пастер пошел по другому пути. В качестве исходного материала он использовал мозг больных животных, содержащий согласно его наблюдениям яд бешенства. Л. Пастеру и его ученикам Ру и Шамберлену пришлось проделать огромную работу по изысканию способа ослабления возбудителя бешенства. В результате они установили, что возбудитель снижает вирулентность при обезвоживании. Ядовитые свойства мозга, пораженного возбудителем, в процессе высушивания его над каустической содой ослабевали и к четырнадцатому дню исчезали
вовсе. Так его упорством и настойчивостью была создана вакцина
«
против бешенства. При введении ее человеку, укушенному бешеным животным, в организме вырабатывался активный иммунитет по отношению к возбудителю данного заболевания. Это изобретение быстро приобрело широкую известность и к Л. Пастеру стали
От лат. vaccinus - коровий. Первые препараты вакцины против оспы были получены из коровьей оспы английским врачом Э. Дженнером в конце ХУШ в.
обращаться за помощью. Его лаборатория превратилась во всемирный пункт прививок против бешенства, а Л. Пастер - в лечащего врача.
Так, Л. Пастер, начав научную деятельность в области химической кристаллографии, затем доказав биологическую природу брожений и заразных болезней и разработав методы предохранительных прививок, прошел сложный и славный путь ученого.
Большое значение для развития микробиологии имели работы знаменитого немецкого ученого Роберта Коха (1843-1910). Р. Коху принадлежит огромная роль в разработке той области микробиологии, которая не была затронута Л. Пастером. Он создал методы микробиологических исследований, впервые ввел в микробиологическую практику плотные питательные среды (мясо- пептоныый желатин и мясо-пептонный агар), что позволило выделять и изучать чистые культуры микробов. Р. Кохом были разработаны методы окраски (анилиновыми красителями) и методы микроскопии с иммерсионной системой. Без такого ценного вклада было бы немыслимо успешное развитие всей экспериментальной микробиологии.
Велики заслуги Р. Коха и в изучении роли микроорганизмов как возбудителей инфекционных заболеваний. Он на опыте доказал значение сибиреязвенных бацилл в этиологии сибирской язвы, что в те времена подвергалось сомнению. Р. Кох как врач и ученый много внимания уделял изучению этиологии распространенного в то время тяжелого заболевания - туберкулеза - и открыл его возбудителя (Mycobacterium tuberculosis), который был назван «палочкой Коха». Из этого возбудителя он получил препарат туберкулин, намериваясь использовать его для лечения больных туберкулезом. Однако на практике туберкулин как лечебное средство не оправдал себя, зато оказался хорошим диагностическим средством и вместе с тем послужил началом в создании ценных противотуберкулезных препаратов3.
Одним из таких препаратов явилась вакцина BCG, полученная французским микробиологом, учеником Л. Пастера, Альбертом Кальметтом
P. Кохом и его учениками были открыты возбудители и других
заболеваний - азиатской холеры, дифтерии, брюшного тифа, столбняка, гонореи.
Гениальные открытия Л. Пастера создали принципиальные научные
основы микробиологии; Р. Кох усовершенствовал и разработал новые методы изучения мира микроорганизмов. Это положило начало бурному расцвету
микробиологии. За короткое время были открыты возбудители большинства
инфекционных заболеваний, разработаны многие научно обоснованные санитарно-гигиенические мероприятия, предложен ряд эффективных вакцин против заболеваний человека и животных. Особенно интенсивно разрабатывались вопросы медицинской микробиологии, основоположниками которой заслуженно признаются русские ученые И. И. Мечников, Н. В. Гамалея, Д. К. Заболотный.
С именем Ильи Ильича Мечникова (1845-1916) связано развитие нового направления в микробиологии - иммунологии - учения о невосприимчивости организма к инфекционным заболеваниям (иммунитет). Впервые в науке И. И. Мечниковым была разработана и экспериментально подтверждена биологическая теория иммунитета, вошедшая в историю микробиологии как фагоцитарная теория Мечникова. В основу этой теории положено представление о клеточных защитных приспособлениях организма. И. И. Мечников в опытах на животных (дафниях, личинках морской звезды) доказал, что лейкоциты и другие клетки мезодермального происхождения обладают способностью захватывать и переваривать чужеродные частицы (в том числе и совместно с Шарлем Гереном ( название вакцины по заглавным буквам фамилий - Callmett и Geren).
микробов), попадающие в организм. Это явление, названное фагоцитозом, легло в основу фагоцитарной теории иммунитета и получило всеобщее признание.
Развивая далее поднятые вопросы, И. И. Мечников сформулировал общую теорию воспаления как защитную реакцию организма и создал новое направление в иммунологии - учение об антигенной специфичности. В настоящее время оно приобретает все большее значение в связи с разработкой проблемы пересадки органов и тканей, изучении иммунологии рака.
К числу важнейших работ И. И. Мечникова в области
медицинской микробиологии относятся исследования патогенеза холеры и биологии холероподобных вибрионов, сифилиса, туберкулеза, возвратного тифа. И. И. Мечников является и основоположником учения о микробном антагонизме, послужившем основой для развития науки об антибиотикотерапии. Идея о микробном антагонизме была им использована при разработке проблемы долголетия. Изучая явление старения организма, он пришел к заключению, что важнейшей причиной его является хроническое отравление организма продуктами гниения, вырабатываемыми в толстом кишечнике гнилостными бактериями.
Практический интерес представляют его ранние работы по использованию гриба Metarrhizium anisopliae для борьбы с вредителем полей - хлебным жуком. Они дают основания считать И. И. Мечникова основоположником биологического метода борьбы с вредителями сельскохозяйственных растений, метода, который в наши дни находит все более широкое применение и популярность.
Таким образом, И. И. Мечников - выдающийся русский биолог, сочетавший качества экспериментатора, педагога,
мыслителя-материалиста и пропагандиста научных знаний, - был человеком великого духа и труда. Ему была присвоена в 1909 г. Нобелевская премия.
Развитие микробиологии в нашей стране тесно связано также с именем крупнейшего ученого, соратника И. И. Мечникова, Николая Федоровича Гамалеи (1859-1940). Всю свою жизнь
Н. Ф. Гамалея посвятил изучению инфекционных болезней и разработке мер борьбы с их возбудителями. Н. Ф. Гамалея внес крупный вклад в изучение туберкулеза, холеры, бешенства, в 1886 г. вместе с И. И. Мечниковым организовал в Одессе первую в России Пастеровскую станцию и ввел в практику прививки против бешенства. Он открыл птичий вибрион - возбудителя холероподобного заболевания птиц - и в честь Ильи Ильича назвал его вибрионом Мечникова. Затем была получена вакцина против холеры человека.
Большое внимание Н. Ф. Гамалея уделял и вопросам эпидемиологии инфекционных болезней. Он был крупнейшим специалистом в области иммунологии. Разработав оригинальный метод получения оспенной вакцины, он впервые высказал идею о выделении из бактерий наиболее полноценных антигенов и об использовании их для приготовления так называемых химических вакцин. Н. Ф. Г амалея первый наблюдал и описал явление спонтанного лизиса бактерий под влиянием известного в то время агента - бактериофага. Поэтому Н. Ф. Гамалея считается не только одним из основоположников медицинской микробиологии, но и иммунологии и вирусологии.
К числу выдающихся отечественных ученых, внесших огромный вклад в микробиологию инфекционных болезней, относится и Даниил Кириллович Заболотный (1866-1920). Он по
праву считается основоположником эпидемиологии. Где бы на земном шаре ни возникали эпидемии, Д. К. Заболотный всегда принимал участие в их ликвидации. Так, с 1897 по 1911 гг. он в составе русских экспедиций участвует в изучении чумы в Индии, Китае, Маньчжурии, Персии, Шотландии; холеры - в Петербурге, Поволжье, на Украине, Кавказе. Доскональное изучение эпидемии чумы дало Д. К. Заболотному возможность получить научные доказательства существовавшей гипотезы о природной очаговости этой болезни и о роли диких грызунов как хранителей ее возбудителя в природе.
Значительный вклад внес Д. К. Заболотный в изучение эпидемий холеры и организацию борьбы с ней. Им установлены пути заноса холеры, роль бациллоносительства в распространении заболевания, изучена биология возбудителя в природе и разработаны эффективные методы диагностики холеры.
Результаты исследований Д. К. Заболотного составили научную основу санитарно-гигиенических, профилактических и лечебных мероприятий по борьбе с заразными болезнями человека.
Среди основоположников общей микробиологии в России следует назвать и Льва Семеновича Ценковского (1822-1887), который много внимания уделил
индивидуальному развитию и изменчивости микроорганизмов, относящихся преимущественно к группе паразитических простейших. Используя принцип аттенуации микробов, Л. С. Ценков- ский получил вакцинный штамм возбудителя сибирской язвы и создал отечественную вакцину, до настоящего времени успешно применяемую в ветеринарной практике.
Л. С. Ценковский первый установил близость бактерий и сине-зеленых водорослей и впервые описал явление симбиоза
между радиоляриями и зооксантеллами. Это открытие существенным образом сказалось на последующих работах русских ученых. Так, его ученик М. К. Воронин открыл симбиоз бактерий с высшими растениями и обнаружил бактероиды в клубеньках бобовых.
Велики заслуги Л. С. Ценковского как ученого-микробиолога, но вместе с тем нельзя не указать на то, что он придерживался ошибочной теории полиморфизма бактерий, в борьбе с которой в сущности формировалась отечественная микробиология и опровергнуть эту теорию удалось только с применением плотных питательных сред.
Отечественные исследователи заложили прочный фундамент нового направления в микробиологии - эколого-физиологического, ставшего вскоре ведущим и оказавшего влияние на развитие самостоятельных дисциплин и различных школ ученых.
В этой связи прежде всего следует отметить С. Н. Виноградского, В. Л. Омелянского, Б. Л. Исаченко, Д. И. Ивановского, Г. А. Надсона, явившихся основоположниками тех или иных направлений в общей микробиологии. Создание, например, учения
об экологии почвенных микроорганизмов неразрывно связано с именем выдающегося русского исследователя Сергея Николаевича Виноградского (1856-1953). С. Н. Виноградский внес большой вклад и в познание физиологического многообразия микробного мира. Им выполнены классические работы по физиологии серобактерий, нитрифицирующих бактерий, железобактерий, результатом которых явилось открытие хемосинтеза у бактерий - величайшее открытие XIX в.
С. Н. Виноградский доказал, что существуют бактерии, самостоятельно синтезирующие органическое вещество, используя при этом энергию окисления минеральных соединений (сероводород.
аммиак) и углерод углекислоты, т. е. был открыт новый тип питания микроорганизмов - автотрофизм.
С. Н. Виноградским выполнены классические исследования по экологии микроорганизмов. Наиболее значительным среди них является изучение свободноживущих азотфиксирующих микроорганизмов.
Неизменным требованием С. Н. Виноградского было исследование микроорганизмов в естественной среде обитания или условиях, максимально приближающихся к естественным. Следуя этому принципу, он разработал простые и оригинальные методы исследования почвенных микроорганизмов. Всеобщее признание и широкое применение получил метод элективных (избирательных) сред, позволивший выделить из естественной среды ряд новых микроорганизмов и определить их роль в круговороте веществ.
С. Н. Виноградским опубликовано свыше 300 научных работ, посвященных экологии и физиологии почвенных микроорганизмов. Его по праву считают отцом почвенной микробиологии.
К числу выдающихся основоположников отечественной микробиологии следует отнести также ученика С. Н. Виноградского Василия Леонидовича Омелянского (1867-1928). Он был не только замечательным ученым, но и талантливым педагогом, популяризатором достижений микробиологии. В. Л. Омелянский, подобно Л. Пастеру, обладал глубокими знаниями в области химии, которые легли в основу его физиологического и экологического изучения микроорганизмов. Круг научных интересов В. Л. Омелянского очень широк, однако главное направление его исследований тесно связано с изучением круговорота веществ в
природе, в котором существенную роль он отводил микроорганизмам. Изучая процессы разложения органического вещества, он впервые выделил целлюлозоразрушающие бактерии, описал их физиологию и химизм самого процесса.
Глубоко и всесторонне В. Л. Омелянским были изучены микроорганизмы, участвующие в круговороте азота, особенно свободноживущие азотфиксаторы и нитрификаторы.
К новой области исследований относится одна из последних работ В. Л, Омелянского «Роль микроорганизмов в выветривании горных пород». Эта работа легла в основу геологической микробиологии.
Большой заслугой В. Л. Омелянского является создание первого русского учебника «Основы микробиологии», вышедшего из печати в 1909 г. и выдержавшего 9 изданий. В нем В. Л. Омелянский обобщил результаты микробиологических исследований и дал общие схемы круговорота в природе отдельных элементов, в том числе азота, углерода, серы и железа. В течение десятилетий этот учебник был настольной книгой специалистов.
Экологическое направление в микробиологии успешно разрабатывалось Борисом Лаврентьевичем Исаченко (1871-1948). Всеобщую известность приобрели его работы в области водной микробиологии. Он впервые исследовал распространение микроорганизмов в Северном Ледовитом океане и указал на их важную роль в геологических процессах и в круговороте веществ в водоемах.
Большой вклад в развитие отечественной и мировой микробиологии внес Дмитрий Иосифович Ивановский (1864-1920 ), открывший в 1892 г. вирусы растений и тем самым заложивший основу новой науки - вирусологии. Подчеркивая важность исследования Д. И. Ивановского, английский вирусолог Н. Пири писал: «Огромное значение открытия Ивановского для
теоретического естествознания заключается в том, что им была открыта новая форма существования белковых тел». Идеи Д. И. Ивановского сыграли решающую роль в последующих блестящих успехах вирусологии, в результате которых были открыты возбудители большинства вирусных болезней человека, животных, растений и микроорганизмов. По заключению американского
вирусолога Стенли, имя Д. И.
Ивановского в вирусологии следует рассматривать как имена Л. Пастера и Р. Коха в микробиологии.
С 20-х гг. XX в. интенсивно начала разрабатываться проблема изменчивости микроорганизмов.
Ведущую роль здесь сыграли исследования Г еоргия Адамовича Надсона (1867-1940). В 1925 г. Г. А.
Надсон и Г. С. Филиппов впервые показали возможность получения мутантов микроорганизмов под влиянием лучистой энергии. Эти исследования имели исключительно важное значение - они заложили основы нового направления в естествознании - радиационную биологию.
Большой интерес представляют также более ранние работы Г. А. Надсона, характеризующие его как микробиолога широкого профиля. Г. А. Надсон впервые выделил в чистую культуру и изучил зеленую бактерию Chlorobium limicola. Значительное место среди ранних работ Г. А. Надсона занимают исследования взаимоотношений микроорганизмов. Им описаны явления антагонизма, хищничества и симбиоза микроорганизмов. На примере плесневого гриба Spicaria им было показано, что микроорганизмы при развитии в микробных ассоциациях вырабатывают пигмент как «средство защиты и нападения».
Научный интерес и практическое значение имеют исследования Г. А. Надсона о роли микроорганизмов в круговороте серы, железа и кальция.
Г. А. Надсон впервые указал на перспективы развития геологической микробиологии. Заслуживает внимания и точка зрения Г. А. Надсона по вопросам современной космической микробиологии. Он допускал возможность сохранения жизнеспособности микроорганизмов в космическом пространстве, подчер-
Земли
или
будет
происхо^
Г.
считается одним из основоположников отечественной микробиологии, а время подтверждает гениальность его идей и научную дальновидность.
Таким образом, выдающиеся отечественные ученые заложили прочный фундамент общей микробиологии, на котором в XX в. эта наука достигла расцвета.
Развитие микробиологии ознаменовалось крупными открытиями и достижениями в области биохимии и генетики микроорганизмов. Так, в середине 50-х гг. А. Юпойвером и К. ван Нилем была сформулирована теория биохимического единства жизни, которая базируется на единых закономерностях механизмов передачи генетической информации, единства энергетического и конструктивного метаболизма совершенно независимо от рода изучаемых организмов.
В 40-50-е гг. сделаны выдающиеся открытия в области генетики микроорганизмов. В 1944 г. О. Эвери, К. Мак Леод и М. Мак-Карти доказали, что носителем генетической информации является ДНК, а в 1953 г. Дж. Уотсон и Ф. Крик расшифровали строение молекулы ДНК, раскрыли генетический код, выяснили механизмы репликации ДНК и регуляции синтеза белка, единые для всех живых организмов. Исследования Дж. Ледерберга,
Э. Тэйтума, Н. Циндера (1952-1958) показали наличие половой дифференциации бактерий, определили структуры. Ф. Жакоб и Э. Вольман (1958) открыли у бактерий внехромосомные генетические структуры - плазмиды, контролирующие разные свойства бактерий, в том числе устойчивость их к лекарственным препаратам. Трансмиссивность плазмид позволила использовать их в качестве переносчиков генов от одних организмов к другим. Успехи в области генетики микроорганизме» обусловили развитие ее нового раздела - молекулярной генетики, составляющей основу современной генной инженерии.
Современный период развития микробиологии тесно связан с научно-техническим прогрессом и потребностями народного хозяйства. Он характеризуется комплексностью исследований многообразия микробного мира, направленных как на решение общебиологических проблем, так и актуальных задач рационального использования природных ресурсов, охраны окружающей среды, развития сельского хозяйства и здравоохранения, повышения научно-технического уровня горнодобывающей и микробиологической промышленности, разработку молекулярно-биологических аспектов биотехнологии микробиологического синтеза.