Визначення мікробіології як науки.

Мікробіологія (від грець. mikros – малий, bios – життя, logos – учення) є однією з біологічних наук. Вона вивчає будову, життєдіяльність, закономірності і умови розвитку організмів, більшість яких можна бачити тільки за допомогою мікроскопа. Розміри багатьох з них настільки малі, що в краплі води їх можуть бути мільйони. Ці організми називають мікроорганізмами або мікробами.

Світ мікробів багатий і різноманітний. Більшість мікроорганізмів одноклітинні, але є і багатоклітинні, проте диференціація кліток на тканини і органи у них відсутня. Відомі і форми, що не мають клітинної будови. Багато мікроорганізмів належать до нижчих рослинних організмів, деякі – до нижчих тварин, але є і такі, які не можна віднести ні до тварин, ні до рослин.

Мікроорганізми широко поширені в природі – в грунті, воді і повітрі всіх кліматичних зон. Безліч різних мікробів живе на поверхні тіла і в кишечнику тварин і людей, на рослинах, на оточуючих нас предметах і харчових продуктах. Академік В. Л. Омелянський писав: «Невидимі, вони постійно супроводжують людину, вторгаючись в її життя то як друзі, то як вороги». Існування численних видів мікробів обумовлене наступними основними чинниками: їх здатністю споживати різноманітну їжу, пристосовністю до умов існування, високою витривалістю до тепла, холоду і нестачі вологи, здатністю до швидкого розмноження. Велике значення мікроорганізмів в житті нашої планети. Вони беруть активну участь в різних перетвореннях речовин в природі. З їх життєдіяльністю пов'язане утворення кам'яного вугілля, нафти, деяких руд, торфу. Велику роль грають мікроби в грунтоутворенні, сприяючи підвищенню врожайності сільськогосподарських культур. Використовують мікроорганізми і в промисловому виробництві органічних кислот (молочної, масляної, лимонної і ін.), ацетону, бутилового і етилового спиртів, вітамінів, амінокислот, ферментних препаратів і антибіотиків. Багато мікроорганізмів з давніх пір застосовують в харчовій і легкій промисловості, а також у домашньому господарстві. З використанням дріжджів, наприклад, виготовлять пиво, тісто для хліба. Молочнокислі бактерії використовують у виробництві різних кисломолочних продуктів, вони ж беруть участь в процесах дозрівання сирів і квашення овочів. Мікроорганізми привертають увагу дослідників і як потенційні продуценти харчового білка (дріжджі, ціанобактерії і ін.).Багато мікроорганізмів, проте, грають негативну роль. Вони можуть бути збудниками хвороб людини, тварин і рослин, викликати псування харчових продуктів і руйнування різних матеріалів, завдаючи великого збитку народному господарству. Знання властивостей мікроорганізмів дозволяє своєчасно вживати відповідні заходи, спрямовані на запобігання розвитку мікроорганізмів при транспортуванні і зберіганні продуктів. До найбільш поширених методів консервації продуктів відносять охолоджування, заморожування, пастеризацію і стерилізацію продуктів, обробку їх антисептиками (консервантами) і ін. Таким чином, мікробіологія тісно пов'язана з технологією виробництва і товарознавством харчових продуктів. Технологу і товарознавцю в практичній діяльності постійно доводиться використовувати знання мікробіології. Досягнення сучасної мікробіології базуються на розвитку фізики, хімії, біології, біологічної хімії і молекулярної біології. Тому для успішного вивчення мікробіології потрібне глибоке знання цих наук, особливо органічної і біологічної хімії. Завдання сучасної мікробіології настільки різноманітні і специфічні, що з неї виділився ряд спеціалізованих дисциплін – медична, ветеринарна, сільськогосподарська і технічна (промислова) мікробіологія. Технічна мікробіологія вивчає роль і значення господарсько-корисних мікроорганізмів, використовуваних в різних виробничих процесах, і тих, які заподіюють шкоду, а також способи дії на їх розвиток і життєдіяльність. Останніми роками виникла космічна мікробіологія, що вивчає біологічну дію космічної радіації, а також проблему життя в космосі і на інших планетах.

Одним з розділів технічної мікробіології є харчова мікробіологія, яка переважно і розглядається в даному курсі лекцій.

На сучасному етапі розвитку народного господарства країни ще більш зростає роль мікробіологічної науки. Без знання мікробіології (мікрофлори харчових продуктів, залежності розвитку мікроорганізмів від навколишнього середовища, використання мікроорганізмів у виробництві різних продуктів харчування і т. д.) не можна успішно виконати завдання сьогодення.

З часів глибокої старовини, задовго до відкриття мікроорганізмів, людина використовувала такі мікробіологічні процеси, як зброджування виноградного соку, скисання молока, приготування тіста. У старовинних літописах описуються спустошливі епідемії чуми, холери і інших заразливих хвороб.

Мікробіологія є порівняно молодою наукою. Початок її розвитку відноситься до кінця XVII в.

Перше ретельне спостереження і опис мікроорганізмів належить Антонію Лєвенгуку (1632–1723 рр.), який сам виготовляв лінзи, що давали збільшення в 200– 300 разу. У книзі «Таємниці природи, відкриті Антонієм Лєвенгуком» (1695 р.) він не тільки описав, але і дав зарисовки багатьох мікроорганізмів, виявлених їм за допомогою свого «мікроскопа» в різних настоях, дощовій воді, на м'ясі і інших об'єктах ^1.

Відкриття Лєвенгука викликали живий інтерес учених. Проте слабкий розвиток в XVII і XVIII ст. промисловості і сільського господарства, пануючий в науці схоластичний напрям перешкоджали розвитку природних наук, у тому числі і мікробіології, що зароджується. Довгий час наука про мікроби носила в основному описовий характер. Цей так званий морфологічний період розвитку мікробіології був малопродуктивним.

Однієї з ранніх робіт, присвячених вивченню природи і походження мікроорганізмів, була дисертація М.М.Тереховського, опублікована в 1775 р. Автор вперше застосував експериментальний метод досліджень. Він вивчав вплив на мікроорганізми нагрівання і охолоджування, а також дії різних хімічних речовин. Дослідження М.М.Тереховського залишилися маловідомими, хоча мали велике принципове значення. Довго ще не було визначене місце мікроорганізмів серед інших живих істот, їх роль і значення в природі і в житті людини.

Прогрес промисловості в XIX ст., що викликав розвиток техніки і різних галузей природознавства, зумовив швидкий розвиток мікробіології, зросло її практичне значення. З науки описової мікробіологія перетворилася на досвідчену науку, що вивчає роль «загадкових» організмів в природі і житті людини. З'явилися більш досконалі мікроскопи, покращала техніка мікроскопування.

Початок нового напряму в розвитку мікробіології – фізіологічного періоду пов'язано з діяльністю французького ученого Луї Пастера (1822–1895 рр.) основоположника сучасної мікробіології. Пастер встановив, що мікроорганізми розрізняються не тільки зовнішнім виглядом, але і характером життєдіяльності. Вони викликають різноманітні хімічні перетворення в субстратах (середовищах), на яких розвиваються.

Пастеру належить ряд виключно важливих відкриттів. Він довів, що спиртне бродіння, що відбувається у виноградному соку, обумовлене життєдіяльністю мікроорганізмів – дріжджів. Це відкриття спростувало пануючу у той час теорію Лібіха про хімічну природу процесу бродіння. Вивчаючи причини хвороби вина і пива, Пастер довів, що винуватцями їх є мікроорганізми. Щоб запобігти псуванню, він запропонував прогрівати напої. Цей прийом застосовують і в даний час і називають пастеризацією.

Пастер вперше виявив бактерії, не здатні розвиватися у присутності повітря, тобто показав, що життя можливе і без кисню.

Пастер відкрив природу заразливих хвороб людини і тварин, встановив, що ці хвороби виникають унаслідок інфекції (зараження) особливими мікробами і що кожне захворювання викликається певним мікроорганізмом. Він розробив і науково довів метод попередження заразливих хвороб (що передбачає щеплення), виготовив вакцини проти сказу і сибірської виразки.

Значним внеском в мікробіологію з'явилися дослідження німецького ученого Роберта Коха (1843–1910 рр.). Їм були введені в мікробіологічну практику щільні живильні середовища для вирощування мікроорганізмів, що привело до розробки методу виділення мікроорганізмів в так звані чисті культури, тобто вирощування культур (маси кліток) кожного виду окремо (ізольовано). Це дозволило виявити невідомі раніше мікроорганізми і виявити особливості життєдіяльності окремих представників цього світу живих істот. Кох вивчав також збудників багатьох заразливих хвороб (сибірської виразки, туберкульозу, холери і ін.).

Розвиток мікробіології нерозривно пов'язано з роботами російських і радянських вчених.

Всесвітньовідомі роботи І.І.Мечникова (1845–1916 рр.). Він вперше запропонував фагоцитарну теорію імунітету, тобто нечутливості організму до заразливих хвороб. З ім'ям І. І. Мечникова тісно пов'язаний розвиток мікробіології в Росії. Він організував першу в Росії бактеріологічну лабораторію (у Одесі).

Найближчим соратником І.І.Мечникова був М.Ф.Гамалея (1859–1949 рр.), що вивчив багато питань медичної мікробіології. М.Ф.Гамалея організував в Одесі (у 1886 р.) першу в Росії станцію по щепленнях проти сказу (другу в світі після Пастерівської станції в Парижі). Вся його діяльність була направлена на рішення найважливіших питань охорони здоров'я в нашій країні.

Велике значення для розвитку мікробіології, особливо сільськогосподарської, мали праці С.М.Виноградського (1856–1953 рр.). Він відкрив процес нітрифікації , встановив існування особливих бактерій, які здатні асимілювати вуглекислий газ з повітря, використовуючи в процесі синтезу органічних речовин хімічну енергію реакції окислення аміаку до азотної кислоти. Так була доведена можливість асиміляції вуглекислого газу без участі хлорофілу і сонячної енергії. Цей процес на відміну від фотосинтезу зелених рослин був названий хемосинтезом.

С.М.Виноградський відкрив явище фіксації атмосферного азоту анаеробними бактеріями. Ним також знайдені бактерії анаеробного розкладання пектинових речовин, що надалі дозволило дослідникам (І.А.Макрінову, Р.Л. Селі-беру і ін.) розробити теорію і прийоми мочки волокнистих рослин – льону, конопель і ін.

У своїх дослідженнях С.М.Виноградський користувався розробленим їм оригінальним методом вирощування мікроорганізмів із застосуванням спеціальних – елективних (виборчих) – живильних середовищ і умов, наближених до природного проживання мікроорганізмів. Цей метод одержав широке застосування у всіх областях мікробіології. Він дозволив не тільки відкрити новий вигляд мікроорганізмів, але і більш глибоко вивчити відомі.

Учнем і співробітником С.М. Виноградського був В.Л.Омелянський (1867–1928 рр.). Разом з С.М.Виноградський він вивчав питання нітрифікації , фіксації атмосферного азоту і інші проблеми мікробіології. У.Л.Омелянський створив перший російський підручник з мікробіології «Основи мікробіології» і перше російське «Практичне керівництво з мікробіології». Ці книги дотепер не втратили своєї цінності.

Великим внеском у розвиток загальної мікробіології з'явилися праці А.А. Імшенецького, Е.З.Мішустіна, С.І.Кузнецова, Н.Д.Єрусалимського, Е.З.Кондратьевої і інших радянських учених.

У розвитку технічної мікробіології важливу роль зіграли роботи С.П.Костичева, С.Л. Іванова і А.І.Лєбєдєва, що вивчали процес спиртного бродіння.

На підставі досліджень С.П.Костичева і В.С.Буткевіча хімізму утворення органічних кислот грибами в нашій країні в 1930 р, було організоване виробництво лимонної кислоти.

У.З.Шапошников і А.Я.Мантейфель вивчали і впровадили у заводську практику спосіб виробництва молочної кислоти за допомогою бактерій. Дослідження В. Н. Шапошникова і Ф.М.Чистякова дали можливість ще на початку 30-х років організувати в заводському масштабі виробництво ацетону і бутилового спирту за допомогою бактерій.

У.Н.Шапошников написав перший в СРСР підручник «Технічна мікробіологія» (1947 р.), за який в 1950 р. одержав Державну премію.

У області харчової мікробіології, безпосередньо пов'язаної з товарознавством, велика роль належить Я.Я.Нікітінському (1878–1941 рр.). Він створив курс харчової мікробіології і спільно з Б.С.Алєєвим написав спеціальний курс мікробіології швидкопсувних харчових продуктів, а також керівництво до практичних робіт по мікробіології для студентів, що вивчають товарознавство продовольчих товарів. Праці Я.Я.Нікітінського і його учнів поклали початок широкому розвитку мікробіології консервного виробництва і холодильного зберігання швидкопсувних харчових продуктів. Значні успіхи у області мікробіології молока і молочних продуктів були досягнуті школою С.А.Корольова (1876–1932 рр.) у Вологодському молочному інституті А.ф.Войткевічем (1875–1950 рр.) в Московській сільськогосподарській академії імені К- А. Тімірязева.

У подальшому мікробіологія молочної справи розвивалася в роботах В. М. Богданова, Н. С. Королевою, А. М. Скородумової, Л. А. Баннікової.

Великий внесок в теорію і практику холодильного зберігання харчових продуктів вніс Ц. М. Чистяков (1898–1959 рр.).

До Великої Жовтневої соціалістичної революції в нашій країні налічувалися одиничні бактеріологічні установи. В даний час в країні є широка мережа науково-дослідних установ по різних розділах мікробіологічної науки, організовані відділи мікробіології при Академії наук України. Є значне число виробництв, в технології яких головне місце займають мікробіологічні процеси. Виникають нові галузі біохімічної промисловості, засновані на застосуванні цвілевих грибів, бактерій і інших мікроорганізмів. У 1960 р. створена мікробіологічна промисловість, в технологічних процесах якої використовуються мікроорганізми – продуценти цінних біологічно активних речовин (антибіотиків, білка, амінокислот, ферментів, вітамінів, гормонів і ін.).

Одержала розвиток і мікробіологія харчових продуктів. Всі крупні галузі харчової промисловості мають науково-дослідні інститути, до складу яких входять лабораторії, що вивчають мікробіологію даної галузі виробництва. На всіх підприємствах харчової промисловості створені заводські і цехові мікробіологічні лабораторії, контролюючі виробництво і якість готової продукції.

«Важко переоцінити роль мікроорганізмів на нашій планеті, - зазначав академік В. О. Таусон, - швидше можна недооцінити те значення, яке має мир цих істот для всього живого, настільки багатообразна їх діяльність і грандіозні її наслідки».

У розвитку харчової галузі держави передбачається збільшення випуску готових до вживання продуктів, напівфабрикатів, кулінарних виробів, поліпшення їх якості і асортименту, збагачення продуктів білками, вітамінами і іншими корисними компонентами. Багато які з цих компонентів може бути мікробного походження, у тому числі і білок. Передбачається здійснити заходи щодо прискореного розвитку виробництв на основі мікробного синтезу, забезпечити зростання випуску продукції в 1,8–1,9 разу, значно збільшити виробництво товарного кормового білка і лізину мікробного походження, а також антибіотиків для кормових і ветеринарних цілей, кормових вітамінів, мікробіологічних засобів захисту рослин, ферментних препаратів, бактерійних добрив і іншої продукції мікробного синтезу.

Створення електронного мікроскопа і розробка нових методів досліджень мікроорганізмів дозволяють вивчати їх на молекулярному рівні, що в свою чергу дає можливість більш глибоко пізнати властивості мікробів, їх хімічну діяльність, краще використовувати і управляти мікробіологічними процесами.

Мікробіологічній науці належить велика роль у виконанні основного завдання, поставленого перед харчовою і легкою промисловістю, торгівлею і громадським харчуванням, - якнайповнішому задоволенні потреб радянського народу, що постійно ростуть.