История развития микробиологии и иммунологии

Микробы появились на нашей планете рань­ше, чем животные и человек. Доказано, что патогенные микробы, вызывавшие инфекцион­ные болезни человека, существовали и в древние времена. Об этом свидетельствует обнаружение антигенов болезнетворных бактерий, например возбудителя чумы, а также следы специфичес­ких поражений (туберкулез костей) в останках древних захоронений (мумиях). Уже до открытия микробов люди догадывались о существовании каких-то внешних специфических факторов, вызывающих болезни. Следовательно, можно

сказать, что микробиология возникла еще до нашей эры и прошла длительный путь развития. В соответствии с уровнем знаний о микробах, с появлением новых принципиальных открытий и методов, а также формированием новых направ­лений историю микробиологии можно разбить на пять периодов: 1) эвристический; 2) морфо­логический; 3) физиологический; 4) иммуноло­гический; 5) молекулярно-генетический.

1.8.1. Эвристический период

Этот период начинается с момента, когда Гиппократ (III—IV в. до н. э.) высказал догадку, предположение (эвристика—догадка, домысел) о том, что болезни, передающиеся от человека к человеку, вызываются какими-то невидимы­ми, неживыми веществами, образующимися в гнилых болотистых местах. Эти вещества он назвал «миазмами». Нужно сказать, что в древ­ности, еще до открытия микробов, не зная об их существовании, люди пользовались плодами деятельности микробов — виноделием, пивова­рением, сыроделием, выпечкой хлеба и т. д.

Только в XV—XVI вв. итальянский врач и поэт Джералимо Фракасторо (1476—1553) обосновал мнение о том, что вызывают бо­лезни «живые контагии», которые передают болезни через воздух или через предметы, что эти невидимые существа живут в окружающей среде и что для борьбы с болезнями, вызыва­емыми «живыми контагиями», необходима изоляция больного, уничтожение контагий, окуривание можжевельником и т. д. Кстати, Фракасторо за эти его работы считают осно­воположником эпидемиологии.

Таким образом, примерно за два тысячеле­тия ученые прошли путь от догадок и предпо­ложений к убеждению, что болезни человека вызываются какими-то невидимыми живыми существами.

1.8.2. Морфологический период

Этот период начинается с конца XVII — начала XVIII в., когда голландский естествоиспытатель Антоний ван Левенгук (1632—1723) открыл бак­терии. А. Левенгук родился и умер в маленьком голландском городке Делфте. Продавец сукна, он в свободное от работы время увлекался модной тогда в Голландии шлифовкой стекол и констру­ированием линз для микроскопов. Созданный им

микроскоп увеличивал предметы в 150—300 раз. Рассматривая все подряд (воду, налет с зубов, испражнения, кровь, сперму и др.), Левенгук об­наружил множество живых «зверюшек», которых он назвал «анималькулюсы». Систематически де­лая зарисовки и описания «анималькулюсов», он направлял длинные письма с результатами своих наблюдений в Лондонское королевское научное общество.Эти письма сначала печатались в науч­ных журналах, а потом, в 1695 г., были изданы на латинском языке отдельной большой книгой под названием «Тайны природы, открытые Антони ван Левенгуком при помощи микроскопов». Конечно, наблюдения Левенгука были наивны и примитивны, однако зарисованные им формы микроорганизмов были удивительно правдивы. Таким образом, Левенгук открыл и увидел мир микробов; и это положило начало так называ­емому морфологическому периоду в развитии микробиологии, который продолжается и до на­ших дней. Первым из россиян, кто увидел мик­робов, был Петр Великий, посетивший Левенгука в Голландии; он же впервые привез микроскоп в Россию, а первым исследователем микробов был врач М. М. Тереховский (1740-1796). Кстати, он отвергал теорию о самозарождении жизни.

После открытия Левенгука началось победное шествие микробиологии. Открывались все новые бактерии, грибы, простейшие, а в конце XIX в. были открыты вирусы. Однако длительное время не ясна была роль микробов в природе и в патологии чело­века. Чтобы доказать этиологическую роль микро­бов в патологии человека, велись исследования на животных, а также героические опыты по самоза­ражению. Следует отметить смелые опыты русского эпидемиолога Данилы Самойловича (1724-1810), который заразил себя отделяемым бубона больного человека чумой, врезультате чего заболел, но, ксчас-тью, остался жив. Исторически известен ряд таких же героических опытов по самозаражению матери­алами или культурами соответствующих возбуди­телей, взятыми от больного холерой (Петенкофер, И. И. Мечников, Д. К Заболотный, И. В. Савченко, Н. Ф. Гамалея), сыпным тифом (Г. Н. Минх, О. О. Мочугковский), чумой (В. П. Смирнов), виру­сом полиомиелита (М. Н. Чумаков), вирусом гепа­тита А (М. С. Балоян) и др.

Таким образом, уже в XVIII в. в микробиологии зародилась деонтология (наука о долге врача), которую исповедовали и исповедуют многие вы-

дающиеся микробиологи. Можно было бы при­вести еще много примеров и имен самоотвержен­ности и самопожертвования во имя установления достоверных фактов о патогенности бактерий и вирусов, путей и условий инфицирования, безо­пасности вакцинных препаратов и т. д.

Открытие все новых возбудителей инфекцион­ных болезней продолжалось в течение XVIII—XX столетий и продолжается в наше время. Конец XIX в. ознаменовался открытием вирусов. В 1892 г. русский ботаник Д. И. Ивановский (1864—1920) открыл новый мир микробов — царство виру­сов (от лат. virus — яд). Наличие мельчайших частиц, проходящих через бактериальные филь­тры и вызывающих специфические поражения, Д. И. Ивановский обнаружил при изучении моза­ичной болезни табака. Затем были открыты мно­гие вирусы, поражающие человека, животных, растения и бактерий. В первой половине XX в. оформилась самостоятельная дисциплина — ви­русология, занимающаяся изучением вирусов.

Весь мир в 1992 г. отметил 100-летие со дня открытия вирусов Д. И. Ивановским. Этот микробиолог-исследователь закончил жизнь в безвестности и нищете, а в 1920 г., в период врангелевщины в Крыму, умер при неизвест­ных обстоятельствах.

Открытие и появление новых видов бактерий, вирусов, грибов, простейших, а также измене­ние патогенных свойств уже известных микробов вполне закономерно, так как, с одной стороны, совершенствуются методы микробиологии по их выявлению, индикации и идентификации, а с дру­гой — представители микромира эволюционируют в соответствии с общими законами биологии и генетики. Только за последние 20—30 лет открыто новых или выявлено измененных вариантов извес­тных уже микробов порядка трех десятков. Все они объединены в группу эмерджентных, т. е. опасных непредсказуемых инфекций. Так, открыты вирусы иммунодефицита человека (ВИЧ), вирусы гемор­рагических лихорадок (Марбург, Ласса, Эбола и др.), патогенные бактерии, вызывающие болезнь легионеров, лихорадку Лайма, Корона-вирусы, вызывающие атипичную пневмонию и др. Многие бактерии и вирусы в результате генетических трансформаций приобрели иные свойства, стали патогенными для человека (вирус оспы обезьян, хеликобактер пилори, вызывающий язвы желудка и двенадцатиперстной кишки и др.). Получили

эпидемическое распространение парентераль­ные гепатиты, туберкулез, хламидиоз. Некоторые представители микробов вообще исчезли с нашей планеты. Так, благодаря глобальной массовой вак­цинации полностью исчезла натуральная оспа, исчезла, свирепствовавшая среди людей в сред­ние века, болезнь потница, ставится задача ликви­дации полиомиелита и других инфекций.

В будущем человека также ожидает появление новых или измененных возбудителей инфекци­онных болезней. Примером может служить все возрастающая роль в патологии человека виру­сов Т-клеточного лейкоза (HTLV-I, HTLV-II), вирусов гепатита, хламидий, прионов и др.

1.8.3. Физиологический период

С момента обнаружения микробов, естес­твенно, возник вопрос не только об их роли в патологии человека, но и об их устройстве, биологических свойствах, процессах жизне­деятельности, экологии и т. д.

Поэтому с середины XIX в. началось ин­тенсивное изучение физиологии бактерий. Этот период, который начинался с XIX в. и продолжается до наших дней, условно был назван физиологическим периодом в разви­тии микробиологии.

Большую роль в этот период сыграли ра­боты выдающегося французского ученого Луи Пастера (1822-1895). Будучи химиком по образованию, обладая широкой эрудици­ей, талантом экспериментатора, целеустрем­ленностью и мудростью организатора науки, Л. Пастер сделал ряд принципиальных осно­вополагающих открытий во многих областях науки, что позволило ему стать основополож­ником ряда наук: микробиологии, биотехно­логии, дезинфектологии, стереохимии.

Л. Пастер открыл: 1) природу брожения; 2) анаэробиоз; 3) опроверг бытовавшую в его времена теорию самозарождения; 4) обосновал принцип стерилизации; 5) разработал принцип вакцинации и способы получения вакцин.

В 26-летнем возрасте Л. Пастер защитил докторскую диссертацию «О мышьяковис­тых соединениях калия, натрия и аммиака», в которой он доказал, что при выращивании грибов усваиваются лишь определенные сте-реоизомеры. Таким образом, Л. Пастер стал основоположником стереохимии.

До Пастера господствовала химическая те­ория брожения Либиха. Пастер сделал заме­чательное открытие, доказав, что брожение (молочнокислое, спиртовое, уксусное) — это биологическое явление, которое вызывается микробами, их ферментами, т. е. Пастер стал основоположником биотехнологии.

До Пастера господствовала теория самозарож­дения всего живого, т. е. считалось, что животные не только происходили друг от друга, но и воз­никают самопроизвольно (лягушки рождаются из ила, тараканы — из грязи и т.д.). Таким же образом, считалось, самозарождались и микробы. Пастер изящными опытами опроверг это поло­жение. Он доказал, что если стерильный бульон оставить в открытой колбе, то он прорастет, но ес­ли стерильный бульон поместить в колбу, которая сообщается с воздухом через спиралью изогнутую стеклянную трубку, то бульон не прорастет, так как бактерии с частицами пыли из воздуха будут осаждаться на изогнутых частях спиральной труб­ки и не попадут в бульон.

Пастер доказал также, что некоторые бак­терии не просто не переносят кислорода, но живут и размножаются именно только в бес­кислородной среде. Таким образом, было от­крыто явление анаэробиоза, а группа микро­бов получила название анаэробов.

Доказательство роли микробов в ферментатив­ных процессах брожения, гниения, разложения белков и Сахаров привело Пастера к решению ряда практических задач, в частности к разработке способа борьбы с болезнями вина путем прогре­вания его при 50—60 °С с целью уничтожения бактерий, вызывавших брожение. Этот способ, названный затем пастеризацией, широко исполь­зуется в наши дни в пищевой промышленности, а также послужил основанием для разработки принципов асептики и дезинфекции.

Наконец, Пастер разработал принцип вак­цинации и способ получения вакцин, о чем будет сказано ниже.

Значительный вклад в развитие микробиологии в этот период внес немецкий бактериолог Роберт Кох (1843-1910), который предложил окраску бактерий, микрофотосъемку, способ получения чистых культур, а также знаменитую триаду, по­лучившую название триада Генле—Коха, по уста­новлению этиологической роли микробов в ин­фекционном заболевании. Согласно этой триаде,

для доказательства роли микроба в возникновении специфической болезни необходимо три условия: 1) чтобы микроб обнаруживался только у больного и не обнаруживался у здоровых людей и больных другими болезнями; 2) должна быть получена чис­тая культура микроба; 3) микроб должен вызвать аналогичное заболевание при заражении живот­ных. Этот принцип до Коха выдвигал Генле; Кох его сформулировал и развил. В наше время триада Генле—Коха имеет относительное значение, так как установление этиологической роли микробов в инфекции не всегда укладывается в рамки триады: иногда трудно воспроизвести болезнь у животных, так как нет модели (например, ВИЧ-инфекция); нередко возбудитель обнаруживается у здоровых лиц (носительство).

Изучение биологических и физиологичес­ких свойств микроорганизмов, продолжав­шееся с конца XIX в. и течение XX в. привело к познанию глубинных процессов жизнеде­ятельности бактерий, вирусов и простейших, о чем будет сказано в разд. 1.8.4.

1.8.4. Иммунологический период

Этот период в развитии микробиологии связан прежде всего с именами французского ученого Л. Пастера, российского биолога И. И. Мечникова (1843—1916) и немецкого химика Пауля Эрлиха (1854—1915). Этих ученых с полным правом можно назвать осноюположниками иммунологии, так как Л. Пастер открыл и разработал принцип вакци­нации, И. И. Мечников — фагоцитарную теорию, которая явилась основой клеточной иммунологии, и П. Эрлих высказал гипотезу об антителах и раз­вил гуморальную теорию иммунитета.

Иммунологический период в развитии микро­биологии начался со второй половины XIX в., ког­да перед исследователями встал вопрос о том, ка­ким же образом можно защищаться от патогенных микробов, вызывающих инфекционные болезни. Следует отметить, что более 200 лет назад английский врач Эдуард Дженнер (1749-1823) нашел способ создания невосприимчивости к возбудителю натуральной оспы человека, путем прививки человеку вируса коровьей оспы, т. е. содержимого пустул человека, больного коро­вьей оспой. Это было величайшее открытие, однако оно носило эмпирический характер. И только в конце XIX в. Л. Пастер научно обос­новал принцип вакцинации и способ получе-

ния вакцин. Л. Пастер показал, что ослаблен­ный тем или иным способом (температурные воздействия, неблагоприятные условия среды для роста, пассажи через невосприимчивых жи­вотных) возбудитель холеры кур, бешенства, сибирской язвы, потерявший вирулентные па­тогенные свойства, сохраняет способность при введении в организм создавать специфическую невосприимчивость к возбудителю.

Пастер впервые получил из мозга больных бешенством собак, кроликов, подвергавшегося температурным воздействиям, живую аттени-урованную вакцину против бешенства, исполь­зовав для этого фиксированный вирус бешенс­тва; проверил профилактические и лечебные свойства вакцины на пациентах, укушенных бе­шеными животными; создал прививочные пун­кты (получившие название пастеровские стан­ции) и распространил способ вакцинации на многие страны. Летом 1886 г. в Одессе и Перми начали работать созданные И. И. Мечниковым и его талантливым учеником Н. Ф. Гамалеей первые пастеровские станции.

Благодарное человечество за сделанные вели­ким французом открытия на средства, собранные по международной подписке, в 1888 г. построи­ло в Париже Пастеровский институт, который успешно работает и в наши дни. В частности, именно в Пастеровском институте в 1983 г. Люкс Монтанье открыл вирус иммунодефицита че­ловека одновременно с американским ученым Робертом Галло. Среди пожертвователей на ор­ганизацию института были и простые рабочие, и банкиры, и цари, и императоры различных стран. Один из щедрых взносов сделал русский царь. В Пастеровском институте работали та­кие выдающиеся ученые, как И. И. Мечников (26 лет был заместителем Л. Пастера), Э. Ру, А. Кальмет (создал вакцину БЦЖ), А. Лаверан (открыл плазмодия малярии), наш соотечествен­ник А. М. Безредка (предложил метод десенси­билизации), Ж. Борде (иммунохимик), Г. Рамон (разработал метод получения анатоксинов), наши соотечественники Н. Ф. Гамалея (вакци­нация против бешенства, принцип получения химических вакцин), С. К Вшоградский (поч­венная микробиология) и многие другие.

Огромный вклад в развитие иммунологии внес И. И. Мечников, который обосновал учение о фа­гоцитозе и фагоцитах, доказал, что фагоцитоз —

явление универсальное, наблюдается у всех живот­ных, включая простейших, и проявляется по отно­шению ко всем чужеродным веществам (бактерии, органические частицы и т. д.). Теория фагоцитоза заложила краеугольный камень клеточной теории иммунитета и процесса иммуногенеза в целом с учетом клеточных и гуморальных факторов. За разработку теорий фагоцитоза И. И. Мечникову в 1908 г. присуждена Нобелевская премия. Л. Пастер на своем портрете, подаренном И. И. Мечникову, написал: «На память знаменитому Мечникову — творцу фагоцитарной теории».

Оппонентом И. И. Мечникова в те времена был П. Эрлих, предложивший гуморальную тео­рию иммунитета. Он считал, что в процессах им­мунитета играют роль только антитела. Однако дальнейшее развитие иммунологии подтвердило правоту как И. И. Мечникова, так и П. Эрлиха о единстве клеточных и гуморальных факторов им­мунитета. П. Эрлих, также как И. И. Мечников, в 1908 г. был удостоен Нобелевской премии.

И. И. Мечников был разносторонним уче­ным. Он увлекался процессами старения, ро­лью нормальной микрофлоры человека, и его по праву считают родоначальником геронто­логии и учения о дисбактериозах.

Наиболее богата открытиями в области им­мунологии была первая половина и середина XX в. В это время были открыты основные формы реагирования иммунной системы и основные факторы иммунитета.

В 1900 г. Р. Кох открыл такую форму реаги­рования иммунной системы, как гиперчувс­твительность замедленного типа (ГЗТ); в 1902— 1905 гг. Ш. Рише, Ж. Портье, Г. П. Сахаров описали гиперчувствительность немедленного типа (ГНТ); обе эти формы реагирования легли в основу учения об аллергии (К. Пирке, 1906). В 1950-х годах открыта толерантность (терпи­мость, устойчивость) к антигенам (П. Медовар, М. Гашек), а также иммунологическая память (Ф. Вернет и др.). Следует сказать, что явления, связанные с иммунологической памятью (быс­трый эффект образования антител при пов­торном введении антигена), впервые обнару­жил российский врач М. Райский уже в 1915 г.. Многочисленные исследования в середине XX в. были посвящены изучению лимфоцитов, их роли в иммунитете, кооперативным взаимо­отношениям между Т- и В-лимфоцитами и фа-

гоцитирующими клетками, киллерная функция лимфоцитов и т. д.

В это же время была изучена структура имму­ноглобулинов (Р Портер и Д. Эдельман), откры­ты интерферон (А. Айзеке и Ж. Линдеман), ин-терлейкины (ИЛ) и другие иммуномодуляторы.

Иммунология в середине XX в. оформилась как самостоятельная наука, имеющая свои цели и задачи в области медицины, свою структуру и классификацию (гл. 9).

1.8.5. Молекулярно-генетический период

Развитие во второй половине XX в. молекуляр­ной биологии, генетики, биотехнологии, генной и белковой инженерии, цитологии и других наук дало новый толчок к развитию микробиологии и иммунологии, особенно молекулярных и гене­тических аспектов этих наук. В этот период была расшифрована молекулярная структура многих бактерий и вирусов, строение и состав их генома, структура антигенов и антител, факторов пато-генности бактерий и вирусов, а также факторов иммунной защиты (комплемент, интерферон, иммуномодуляторы и др.). Большие успехи до­стигнуты в изучении иммунокомпетентных кле­ток (Т- и В-лимфоцитов, фагоцитов), их рецеп-торного аппарата, механизмов функционирова­ния и взаимодействия между собой и с другими факторами иммунной защиты, явления апоптоза лимфоцитов учения о стволовых дендритных клетках и т. д.

Расшифровка генов бактерий и вирусов, их синтез позволили искусственно синтезировать рекомбинантные ДНК и получать на их основе с помощью генетической инженерии рекомби­нантные штаммы бактерий и вирусов, которые нашли широкое применение в биотехнологии для получения разнообразных биологически ак­тивных веществ (интерферонов, интерлейкинов, гормонов, антигенов, антител, противоопухоле­вых и других лекарственных средств, пищевых белков, Сахаров, аминокислот и т. д.). Генная ин­женерия в области иммунологии позволила по­лучать вакцинные и диагностические препараты (вакцина против гепатита В, ВИЧ-инфекции и др., диагностические препараты на основе мо-ноклональных антител и др.). Успешно решается проблема создания синтетических вакцин на ос­нове антигенов или их детерминант, конъюгиро-ванных с полимерными носителями и адъюван-

тами, а также живых векторных вакцин, полу­ченных генно-инженерным способом. Открыты и используются в инфекционной и неинфекци­онной патологии различные иммуномодуляторы эндогенного и экзогенного происхождения для коррекции иммунного статуса. Разрабатывается иммуногенетика, целью которой является ге-нопрофилактика и генотерапия иммунодефи-цитов. Широкое применение в микробиологии нашла генодиагностика (полимеразная цепная реакция).

Большие успехи достигнуты в изучении сис­темы гистосовместимости (HLA-системы), что позволило сделать значительный шаг в трансплантологии при решении проблемы преодоления иммунологической несовмести­мости при пересадках органов и тканей, а также в проблеме несовместимости матери и плода в акушерстве и гинекологии.

Большую эволюцию претерпела химио- и антибиотикопрофилактика и терапия инфек­ционных болезней. Создано, в том числе но­вейшими методами биотехнологии, большое количество противовирусных и антибактери­альных препаратов.

Достижения в микробиологии и иммуно­логии XX в. не только обеспечили успехи в борьбе с инфекционными болезнями, но и открыли новые пути и методы диагностики и терапии неинфекционных болезней, связан­ных с нарушениями в иммунной системе.