Микробиология

Наука
Микробиология (греч. μικρος — малый, лат. bios — жизнь, лат. logos — учение)
Предмет изучения	микроорганизмы
Основные направления	биология, медицина
Медиафайлы на Викискладе

Микробиология (греч. μικρος — малый, лат. bios — жизнь, лат. logos — учение) — наука о микроскопических существах, микроорганизмах, или микробах, их строении и жизнедеятельности, значении в жизни природы, в патологии человека, животных и растений, их систематике, изменчивости, наследственности и экологии.

Возникновение и развитие микробиологии

Луи Пастер

За несколько тысяч лет до возникновения Микробиологии как науки, человек, не зная о существовании микроорганизмов, широко применял их для приготовления кумыса и других кисломолочных продуктов, получения вина, пива, уксуса, при мочке льна и силосовании кормов. Впервые бактерии и дрожжи увидел Антони Левенгук, рассматривавший с помощью изготовленных им микроскопов зубной налёт, растительные настои, пиво. Творцом Микробиологии как науки был Луи Пастер, выяснивший роль микроорганизмов в брожениях и в возникновении болезней животных и человека. Исключительное значение для борьбы с заразными болезнями имел предложенный Пастером метод предохранительных прививок, основанный на введении в организм животного или человека ослабленных культур болезнетворных микроорганизмов. Задолго до открытия вирусов Пастер предложил прививки против вирусной болезни — бешенства. Он же доказал, что в современных земных условиях невозможно самопроизвольное зарождение жизни. Эти работы послужили научной основой стерилизации хирургических инструментов и перевязочных материалов, приготовления консервов, пастеризации пищевых продуктов.

Идеи Пастера о роли микроорганизмов в круговороте веществ в природе были развиты основоположником общей Микробиологии в России Сергеем Виноградским, открывшим хемоавтотрофные микроорганизмы (хемосинтез), Азотфиксирующие микроорганизмы и бактерий, разлагающих целлюлозу в аэробных условиях. Его ученик Василий Омелянский открыл анаэробных бактерий, разлагающих в анаэробных условиях целлюлозу, и бактерий, образующих метан. Значительный вклад в развитие Микробиологии был сделан голландской школой микробиологов, изучавших экологию, физиологию и биохимию разных групп микроорганизмов под руководством Мартина Бейеринка. В развитии медицинской Микробиологии важная роль принадлежит Роберту Коху, предложившему плотные питательные среды для выращивания микроорганизмов и открывшему возбудителей туберкулёза и холеры. Развитию иммунологии способствовали Эмиль Беринг (Германия), Эмиль Ру (Франция), Сибасабуро Китасато (Япония), а в России и Советском Союзе — Илья Мечников, Лев Тарасевич, Даниил Заболотный, Николай Гамалея.

Развитие Микробиологии и потребности практики привели к обособлению ряда разделов Микробиологии в самостоятельные научные дисциплины. Общая Микробиология изучает фундаментальные закономерности биологии микроорганизмов. Знание основ общей Микробиологии необходимо при работе в любом из специальных разделов Микробиологии. Содержание, границы и задачи общей Микробиологии постепенно изменялись. Ранее к объектам, изучаемым ею, относили также вирусы, простейшие растительного или животного происхождения (протозоа), высшие грибы и водоросли. В зарубежных руководствах по общей Микробиологии до сих пор описываются эти объекты. В Советском Союзе изучение этих объектов не входит в задачу общей Микробиологии. В задачу технической или промышленной Микробиологии входит изучение и осуществление микробиологических процессов, применяемых для получения дрожжей, кормового белка, липидов, бактериальных удобрений, а также получение путём микробиологического синтеза антибиотиков, витаминов, ферментов, аминокислот, нуклеотидов, органических кислот. Сельскохозяйственная Микробиология выясняет состав почвенной микрофлоры, её роль в круговороте веществ в почве, а также её значение для структуры и плодородия почвы, влияние обработки на микробиологические процессы в ней, действие бактериальных препаратов на урожайность растений. В задачу сельскохозяйственной Микробиологии входят изучение микроорганизмов, вызывающих заболевания растений, и борьба с ними, разработка микробиологических способов борьбы с насекомыми — вредителями сельскохозяйственных растений и лесных пород, а также методов консервирования кормов, мочки льна, предохранения урожая от порчи, вызываемой микроорганизмами. Геологическая Микробиология изучает роль микроорганизмов в круговороте веществ в природе, в образовании и разрушении залежей полезных ископаемых, предлагает методы получения (выщелачивания) из руд металлов (медь, германий, уран, олово) и других ископаемых с помощью бактерий. Водная Микробиология изучает количественный и качественный состав микрофлоры солёных и пресных вод и её роль в биохимических процессах, протекающих в водоёмах, осуществляет контроль за качеством питьевой воды, совершенствует микробиологические методы очистки сточных вод. В задачу медицинской Микробиологии входит изучение микроорганизмов, вызывающих заболевания человека, и разработка эффективных методов борьбы с ними. Эти же вопросы в отношении сельскохозяйственных и других животных решает ветеринарная Микробиология. Своеобразие строения и размножения вирусов, а также применение специальных методов их исследования привели к возникновению вирусологии как самостоятельной науки, не относящейся к Микробиологии.

Методы исследования в микробиологии

Различают следующие основные методы: микроскопический, микробиологический, экспери­ментальный, иммунологический:

• Микроскопический — изучение микробов в окрашенном и неокрашенном (нативном) состоянии с помощью различных типов микроскопов. Метод позволяет определить форму, размеры, расположение, структурны элементы и отношение к окраске микробов. Иногда по характерным морфологическим особенностям можно определить вид микроба (грибов, простейших, некоторых бактерий).
• Микробиологический (бактериологический, культурный) — посев материала на питатель­ные среды для выделения чистой культуры и определения ёе вида (идентификации). Культурой в микробиологии называют совокупность микроорганизмов. Чистая культура — скопление микробов одного вида, выращенных на питательной среде. Штамм — чистая культура, выделенная из конкретного источника в определенное время. Клон — генетически однородная чистая культура, полученная в результате бесполого размножения I-клетки (используется при изучении микробных популяций, в гене­тических экспериментах).
• Экспериментальный (биологический) - заражение микробами лабораторных животных. Метод позволяет: выделить чистую культуру микробов, плохо растущих на питательных средах; изучить болезнетворные свойства микроба; получать иммунобиологические препараты для специфической профилактики, диагностики и лечения.
• Иммунологический (в диагностике инфекций) - изучение ответных специфических реакций макроорганизма на контакт с микробами.

Основные разделы микробиологии

• Общая микробиология — изучает положение и роль микроорганизмов в природе, систематику микроорганизмов, их морфологию и тонкую структурную организацию, биохимию и физиологию микроорганизмов — химического состав, конструктивный и энергетический метаболизм, ферментные системы, рост и размножение, культивирование. Так же изучает вопросы взаимоотношений микроорганизмов в естественных условиях обитания, вопросы экологии, общие вопросы микробиологического синтеза антибиотиков и других биологически активных веществ; изучает и ряд специальных вопросов геомикробиологии, космической микробиологии и других проблем.
  • Генетика микроорганизмов — изучает как общие закономерности наследственности и изменчивости микроорганизмов, так и прикладные вопросы различных микробиологических специальностей.
• Техническая микробиология (Промышленная микробиология) — изучает общие и частные вопросы микробиологического синтеза биологически активный веществ: белка, аминокислот, нуклеиновых кислот, витаминов, спиртов, стероидов, гормонов, а также вопросы технологии их производства. Важное место в технической микробиологии занимает использование микроорганизмов в пищевой промышленности, в производстве молочных продуктов, вина, хлеба, в производстве кормовых дрожжей, а также изучение микробиологии пищевых продуктов; изучает вопросы биодеградации технических материалов и способов их предохранения от действия микроорганизмов.
• Сельскохозяйственная — исследует роль микроорганизмов в круговороте веществ, использует их для синтеза удобрений, борьбы с вредителями.
• Ветеринарная микробиология — изучает возбудителей инфекционных болезней животных, разрабатывает лабораторную диагностику инфекционных заболеваний и способы их предупреждения. Важной задачей ветеринарной микробиологии является изучение и совершенствование диагностических, лечебных и профилактических препаратов и осуществление мероприятий, направленных на борьбу с заболеваниями животных, в том числе общих с заболеваниями человека.
• Медицинская микробиология — изучает патогенные и условно-патогенные для человека микроорганизмы. Одним из наиболее важных разделов медицинской микробиологии является изучение биологических и генетических аспектов вирулентности и общих закономерностей развития инфекционных процессов. Важным разделом медицинской микробиологии тесно связанным с проблемами инфекции и иммунитета, является изучение нормальной микрофлоры человека, её роли в норме и патологии. В задачи медицинской микробиологии входит изучение антигенного строения микроорганизмов, вопросов иммунохимии, токсинообразования, строения токсинов и механизмов их действия. Важнейшим разделом медицинской микробиологии является разработка профилактических, диагностических и лечебных специфических препаратов, таких как вакцины, диагностические и лечебные сыворотки, диагностикумы.
  • Общая медицинская микробиология — изучает вопросы общей микробиологии в приложении к патогенным и условно-патогенным микроорганизмам и механизмы их болезнетворного действия, а также защитные реакции организма, возникающие в ответ на действие микроорганизмов, способных вызывать заболевания.
  • Частная медицинская микробиология изучает различные систематические группы патогенных и условно-патогенных микроорганизмов, разрабатывает методы лаб. диагностики, специфической профилактики инфекционных болезней и другие вопросы.
• Санитарная микробиология изучает санитарно-микробиологическое состояние объектов окружающей среды, пищевых продуктов и напитков, и разрабатывает санитарно-микробиологические нормативы и методы индикации патогенных микроорганизмов в различных объектах и продуктах

Связь микробиологии с другими науками

Микробиология в той или иной степени связана с другими науками: морфологией и систематикой низших растений и животных (микология, альгология, протистология), физиологией растений, биохимией, биофизикой, генетикой, эволюционным учением, молекулярной биологией, органической химией, агрохимией, почвоведением, биогеохимией, гидробиологией, химической и микробиологической технологией.

Микроорганизмы служат излюбленными объектами исследований при решении общих вопросов биохимии и генетики. Так, с помощью мутантов, утративших способность осуществлять один из этапов биосинтеза какого либо вещества, были расшифрованы механизмы образования многих природных соединений, в том числе аминокислот лизина, аргинина. Изучение механизма фиксации молекулярного азота для воспроизведения его в промышленных масштабах направлено на поиски катализаторов, аналогичных тем, которые в мягких условиях осуществляют азотфиксацию в клетках бактерий. Между Микробиологией и химией существует постоянная конкуренция при выборе наиболее экономичных путей синтеза различных органических веществ. Ряд веществ, которые ранее получали микробиологическим путём, теперь производят на основе чисто химического синтеза: этиловый и бутиловый спирты, ацетон, метионин, антибиотик левомицетин. Некоторые синтезы осуществляют как химическим, так и микробиологическим путём (витамин B2, лизин). В ряде производств сочетают микробиологические и химические методы (пенициллин, стероидные гормоны, витамин С). Наконец, есть продукты и препараты, которые пока могут быть получены только путём микробиологического синтеза (многие антибиотики сложного строения, ферменты, липиды, кормовой белок).

Галерея

• Известные отечественные микробиологи
• 

  Сергей Виноградский (1856—1953)

• 

  Василий Омелянский (1867—1928)

• 

  Илья Мечников (1845—1916)

• 

  Лев Тарасевич (1868—1927)

• 

  Даниил Заболотный (1865—1929)

• 

  Николай Гамалея (1859—1949)

Литература

• Микробиология / Большая Российская энциклопедия // научно-редакционный совет: председатель - Ю. С. Осипов и др. — Москва : Большая Российская энциклопедия, Т. 20: Меотская археологическая культура - Монголо-татарское нашествие. — 2012. — 766 с. — ISBN 978-5-85270-354-5
• Микробиология / Большая советская энциклопедия // Глав. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — Москва : Сов. энциклопедия, Т. 16: Мезия-Моршанск. Т. 16. — 1974. — 615 с.
• Микробиология / Большая медицинская энциклопедия // гл. ред. акад. Б. В. Петровский ; [Акад. мед. наук СССР]. — 3-е изд. — Москва : Сов. энциклопедия, Т. 15: Меланома - Мудров. Т. 15. — 1981. — 576 с.
• Многотомное руководство по микробиологии, клинике и эпидемиологии инфекционных болезней, под ред. H. Н. Жукова-Вережникова, т. 1—10, М., 1962—1968