История развития микробиологии и иммунологии

Микробиология является довольно древней наукой, прошедшей длительный путь развития. Этот путь целесообразно разбить на 5 этапов, в зависимости от уровня и методов познания мира микробов: эвристический, морфологический, физиологический, иммунологический, молекулярно-генетический.

Эвристический этап связан с неожиданными находками и до­гадками (эврика — неожиданная находка) о существовании на Земле каких-то невидимых живых существ, вызывающих болез­ни.

Как известно, микробы существовали на нашей планете за­долго до появления животных и человека. Об этом свидетель­ствует обнаружение антигенов патогенных микробов, в частно­сти возбудителя чумы, в останках древних захоронений чело­века. О существовании микробов догадывались уже древние мыслители и ученые. Еще в III—IV вв. до нашей эры основопо­ложник медицины Гиппократ считал, что болезни человека вызываются какими-то невидимыми частицами, которые он называл неживыми миазма­ми, выделяемыми в болоти­стых и других местностях. О живой природе этих частиц начали догадываться только в III—IV вв. Поэт Веррон уж определенно писал о живой сущности миазмов.

В XIV—XV вв. итальянский врач Д. Фракасторо (1478— 1553), изучая заболевания, передающиеся от человека к человеку, считал, что они вызываются «живыми кон­тагиями». Д. Фракасторо впервые описал принципы борьбы с контагиозными бо­лезнями и стал, таким об­разом, основоположником эпидемиологии.

Однако впервые человек увидел микробов своими глазами лишь в XVII в. Это стало возможным благодаря изоб­ретению микроскопа. В XVI—XVII вв. широкое распространение в Европе (особенно в Голландии) получило шлифование стекол. Этим, в частности, занимался голландский коммерсант, торго­вец сукном Антони ван Левенгук (1632—1723), проживавший в Дерпте. Он сконструировал на основе увеличительных стекол микроскоп с высокой разрешающей способностью, увеличивав­ший предметы в 300 раз. Будучи по своей природе пытливым и любознательным, А. Левенгук начал рассматривать под мик­роскопом все, что его интересовало: налет с зубов, кровь, слюну, сперму, пищевые продукты и т.д. К его удивлению, он обнаружил живые микроскопические существа, которые разли­чались по форме и размерам. Он назвал их «анималькулюсами» («зверьки»). Свои наблюдения, зарисовки «анималькулюсов» и их описания А. Левенгук направлял в виде писем (всего 120) в Британское королевское научное общество, а затем издал в виде отдельного труда. Все зарисовки и описания А. Левенгука были настолько точны, что сохранили свое значение и до наших дней. Первым россиянином, кто увидел микробов в микроскоп, был Петр I, работавший в те времена в Голландии на корабель­ных верфях; он увез в Россию первый микроскоп.

С момента открытия А. Левенгуком микробов начался мор­фологический период в развитии микробиологии. Он продолжа­ется и до наших дней, так как наука открывает все новые и новые микробы. После открыА.Левенгука было описа но множество патогенных для человека и животных микро­бов. Однако необходимо было выяснить роль микробов в природе, их жизнедеятель­ность, биологические свойства и этиологическую роль в воз­никновении болезней челове­ка и животных. Большое зна­чение в изучении этиологии микробов сыграли работы русского эпидемиолога Д.Самойловича, его героический опыт по самозаражению чу­мой. Подобные эксперименты на себе для выявления болезнетворности микробов прове­ли затем многие ученые: М. Петтенкоффер, И.И. Меч­ников, Н.Ф. Гамалея, И.Г. Сав­ченко, Д.К. Заболотный, М.С. Балоян и многие другие. Эти ученые, рискуя своей жизнью, выполнили свой долг перед человече­ством. Таким образом родилась наука деонтология — наука о долге. И в наши дни многие ученые — авторы разработанных новых микробиологических, иммунобиологических, фармацев­тических препаратов, руководствуясь долгом, испытывают эти препараты прежде всего на себе.

Этиологическую роль микробов в возникновении болезней изучали также на модельных животных. Ф. Генле разработал, а выдающийся немецкий микробиолог Р.Кох (1843—1910) затем четко сформулировал получившую название триаду Генле—Коха, по которой можно судить об этиологической роли микроба в возникновении болезни. Эта триада сводится к необходимости:

1) обнаружения микроба только при данной болезни и ни при какой другой;

2) выделения чистой культуры микроба;

3) до­казательства в эксперименте способности чистой культуры воз­будителя вызывать специфическую болезнь.

Р.Кох внес боль­шой вклад в развитие микробиологии, разработав способ полу­чения чистых культур микроорганизмов, метод их окраски, мик­рофотосъемки, открыв возбудителей холеры (запятая Коха) и туберкулеза (палочка Коха).

Открытие все новых возбудителей болезней продолжалось на протяжении XVII—XX вв. и осуществляется и в наши дни. За это время открыто и описано более 2000 видов бактерий и грибов — возбудителей болезней человека.

Выдающимся было обнаружение в 1892 г. вирусов — нового царства микробов, примитивно устроенных, не имеющих клеточного строения, паразитирующих только в животных, растительных и бактери­альных клетках. Честь открытия вирусов принадлежит русско­му ученому, ботанику Санкт-Петербургского университета Д.И. Ивановскому (1864—1920). Со времени открытия Д.И. Ива­новским первого вируса, вызывающего мозаичную болезнь та­бака, было обнаружено более 1000 вирусов, вызывающих бо­лезни у человека, и огромное число вирусов, поражающих животных, птиц, членистоногих, растений и бактерий. Возник­ла новая дисциплина — вирусология, основоположником кото­рой и стал Д.И. Ивановский.

В конце XIX в. было обнаружено, что болезни человека и животных могут вызывать не только бактерии, но и простей­шие: амебы, лейшмании, плазмодии малярии и др. Возникла протозоология — учение о болезнях, вызываемых простейшими. Основоположниками протозоологии были русские исследовате­ли Ф.А. Леш, открывший амебиаз, П.Ф. Боровский, открывший лейшманиоз, и французский врач Лаверан, описавший возбу­дителя малярии.

Физиологический этап. Открытие возбудителей болезней сопровождалось изучением их биологических свойств, разработкой номенклатуры и их клас­сификации. Данный этап в развитии микробиологии можно назвать физиологическим. В этот период были изучены процессы и характеристики обмена веществ у бактерий: дыхание, потреб­ность в органических и минеральных веществах, ферментатив­ная активность, размножение и рост, культивирование на ис­кусственных питательных средах и т.д.

Огромное значение для развития микробиологии в этот пе­риод имели открытия гениального французского ученого Луи Пастера (1822—1895). Он не только обосновал этиологическую роль микробов в возникновении болезней, но и открыл фер­ментативную природу брожения — анаэробиоз (т.е. дыхание в отсутствие кислорода), опроверг положение о самозарождении бактерий, обосновал процессы дезинфекции и стерилизации, а также открыл и обосновал на примере бешенства и других инфекций принципы вакцинации, т.е. предохранительных при­вивок против микробов.

С Л. Пастера начинается четвертый, иммунологический, период в развитии микробиологии. Ученый в блестящих экспериментах на животных, использовав в качестве модели холеру кур, си­бирскую язву и бешенство, разработал принципы создания спе­цифической невосприимчивости к микробам путем вакцинации ослабленными, а также убитыми микробами. Он разработал способ аттенуации, т.е. ослабление (снижение) вирулентности микробов путем многократных пассажей через организм живот­ных, а также путем выращивания их на искусственных пита­тельных средах в неблагоприятных условиях. Введение живот­ным штаммов с пониженной вирулентностью обеспечивало впоследствии защиту от заболеваний, вызываемых вирулентны­ми микробами. Эффективность вакцинации аттенуированными штаммами микробов была блестяще подтверждена Л.Пастером при спасении людей, зараженных вирусом бешенства.

До Л. Пастера была известна возможность предохранительных прививок против натуральной оспы людей путем нанесения на кожу содержимого пустул (оспин), взятых от коров, больных коровьей оспой. Это впервые более 200 лет назад осуществил английский врач Э. Дженнер (1749—1823). Человечество с бла­годарностью отмечает это событие. Так, 1996 г., когда испол­нилось 200 лет со дня оспопрививания, во всем мире был объявлен годом Дженнера. Однако вакцинации против оспы человека материалом, содержащим возбудителя оспы коров, носили чисто эмпирический характер и не привели к разработке общих научных принципов вакцинопрофилактики. Это было сделано Л.Пастером, который с большим уважением относился к Э.Дженнеру и в его честь предложил называть препараты, использующиеся для прививок, вакцинами (от фр. vaca — ко­рова).

Л. Пастер разработал не только принцип вакцинации, но и способ приготовления вакцин, который не потерял своей ак­туальности и в наши дни. Следовательно, Л. Пастер яв­ляется основоположником не только микробиологии и им­мунологии, но и иммунобиотехнологии.

Развитие иммунологии в конце XIX—начале XX вв. связано с именами двух вы­дающихся ученых — русско­го зоолога И.И. Мечникова (1845—1916) и немецкого хи­мика П. Эрлиха (1854—1915). Оба этих ученых, а также Л. Пастер являются основопо­ложниками иммунологии. И.И. Мечников, окончивший Харьковский университет и ставший профессором в 26 лет, более 28 лет работал рядом с Л. Пастером, являясь заместителем по науке Парижс­кого пастеровского института, возглавляемого самим Л. Пасте­ром.

Этот институт был создан в 1888 г. на пожертвования как простых людей, так и правительств различных стран. Самое щедрое пожертвование сделал российский император Александр III. Па­стеровский институт и в наши дни является одним из ведущих институтов мира. Не случайно именно в этом институте в 1983 г. Л. Монтанье открыл вирус иммунодефицита человека.

И.И. Мечников (1845-1916) разработал фагоцитарную теорию иммуните­та, т.е. заложил основы клеточной иммунологии, за что ему была присуждена Нобелевская премия. Одновременно эта же премия была присуждена и П. Эрлиху за разработку гумораль­ной теории иммунитета, объяснявшей механизмы защиты с помощью антител. Подтверждением гуморальной теории П. Эр­лиха послужили работы Э.Беринга и С.Китазато, впервые приготовивших антитоксические дифтерийные сыворотки путем иммунизации лошадей дифтерийным токсином.

Наряду с разработкой вакцин и сывороток развивалось на­правление поиска химических противобактериальных препара­тов, оказывающих бактериостатическое и бактерицидное дей­ствие. Основоположником этого направления был П. Эрлих, искавший «волшебную пулю» против микробов. Им впервые был создан препарат «Сальварсан» (препарат 606), губительно дей­ствующий на спирохеты — возбудителя сифилиса. Это направление химиотерапии и химиопрофилактики интенсивно разви­вается и в настоящее время, имеет множество достижений, венцом которых является создание антибиотиков, открытых английс­ким врачом А. Флемингом.

Иммунологический период развития микробиологии заложил прочную основу для выделения в качестве самостоятельной дис­циплины иммунологии, а также обогатил микробиологию но­выми иммунологическими методами исследования, что позво­лило поднять микробиологию на более высокий научный и прак­тический уровень. Этому способствовали также успехи в области биохимии, молекулярной биологии, генетики, а впоследствии генной инженерии и биотехнологии.

Начиная с 40—50-х годов XX в. микробиология и иммунология вступили в молекулярно-генетический этап развития. Этот этап характеризуется расцве­том молекулярной биологии, открывшей универсальность гене­тического кода человека, животных, растений и бактерий; мо­лекулярные механизмы биологических процессов. Были расшиф­рованы химические структуры жизненно важных биологически активных веществ, таких как гормоны, ферменты и др.; осу­ществлен химический синтез биологически активных веществ. Расшифрованы, клонированы и синтезированы отдельные гены, созданы рекомбинантные ДНК; в практику внедряются генно-инженерные способы получения сложных биологически актив­ных веществ и т.д.