КРАТКИЙ ОЧЕРК ИСТОРИИ РАЗВИТИЯ МИКРОБИОЛОГИИ КАК НАУКИ
Процессы, вызываемые деятельностью микроорганизмов (брожение, гниение, и т. д.), были известны людям уже давно. Открытие же самих микроорганизмов стало возможным только в результате прогресса техники изготовления оптических приборов.
Открытие микроорганизмов связано с именем голландца Антония Левенгука (1632—1723 гг.), который достиг большого для того времени совершенства в изготовлении комбинированных линз.
Атоний Левенгук.
Сконструированный им примитивный микроскоп давал увеличение в 100 раз. С помощью его Левенгук рассматривал зубной налёт, застоявшуюся дождевую воду и т. д. Он открыл там новый микромир неизвестных организмов. Свои наблюдения он изложил в работе «Тайны природы, открытые Антонием Левенгуком» (1695 г.).
Своим открытием Левенгук вызвал интерес к изучению микроорганизмов, но вплоть до середины XIX столетия это изучение носило исключительно описательный характер. Это был морфологический период в развитии микробиологии. Объясняется это тем, что микроскопы в то время совершенствовались очень медленно, а физика и химия не достигли ещё достаточного развития.
Но уже в XVIII веке некоторые учёные стали задумываться над ролью микроорганизмов в природе. Например, русский учёный второй половины XVIII века Данила Самойлович исследовал под микроскопом гной чумных бубонов, пытаясь открыть возбудителя чумы. В развитии микробиологии большую роль сыграли работы русского учёного М. М. Тереховского. В 1775 г. он защитил диссертацию, в которой были даны результаты его исследований по действию на микробов нагревания и охлаждения, кислот, щелочей, спирта, сулемы и т. д. Тереховский впервые применил экспериментальный метод исследования и создал новую основу для дальнейшего развития микробиологии. Он высказал мнение, что микробы являются живыми организмами и не способны к самозарождению.
На смену морфологическому периоду в развитии микробиологии приходит физиологический, которому положили начало работы гениального французского учёного Луи Пастера (1822—1895 гг.). Он доказал, что возбудителями процессов брожения, гниения, а также заразных болезней являются микроорганизмы. Пастер открыл, что ряд заразных болезней человека и животных — сибирская язва, оспа, бешенство — вызываются определенными для каждой болезни бактериями. Он не только установил причины заразных болезней, но и разработал способы борьбы с ними, в частности метод предохранения от этих болезней — предохранительные прививки.
Пастер установил (1857—1860гг.), что причиной брожения и гниения являются микроорганизмы, которые всюду носятся в воздухе и, попадая в питательные для них среды, вызывают их разложение. Если убить микробов в данной среде и предупредить их дальнейшее попадание извне, то такая среда может сохраняться без изменения очень долгое время.
Этим была развенчана теория самопроизвольного зарождения микроорганизмов, существовавшая до Пастера. В своей научной деятельности Луи Пастер всегда учитывал нужды практической деятельности человека, его производственные запросы. Так, в 1865 г. он изучил причины болезней пива и вина, а в 1868 г. — причины болезней шелковичных червей, массовая гибель которых грозила в то время уничтожить шелководство не только во Франции, но и в других странах. Весьма велика роль Пастера в виноделии. По праву он считается основоположником не только общей, но и технической микробиологии виноделия.
Применив новые методы исследования, Пастер доказал в 1857 г., что спиртовое брожение является результатом жизнедеятельности мельчайших одноклеточных грибковых организмов — дрожжей. Этим он нанёс сокрушительный удар взглядам на брожение учёных того времени Либиха, Ферми и других, которые объясняли спиртовое брожение самопроизвольным распадом белковых веществ.
По мнению Ю. Либиха, молекулярные колебания белков передаются сахару, расшатывают его молекулы и превращают их в молекулы спирта и углекислого газа. Уксуснокислое брожение Либих также признавал не биологическим, а чисто химическим процессом.
Все эти теоретические предположения были опровергнуты экспериментальными исследованиями Л. Пастера, проведенными им с неслыханной для того времени точностью. Луи Пастером была доказана биологическая природа брожений. Разнообразные химические изменения, которые при этом наблюдаются, нужно рассматривать как результат сложных взаимоотношений микроорганизмов и среды.
Луи Пастер.
И. И. Мечников.
Все эти важные открытия Пастеру удалось сделать потому, что он стремился изучить свойства микроорганизмов. Он научился культивировать их, т. е. выращивать микроорганизмы на питательных для них средах.
С тех пор всё глубже стали изучаться вопросы физиологии микроорганизмов, а также различные биохимические процессы, связанные с их жизнедеятельностью.
Вслед за открытием Пастера появились работы немецкого учёного Роберта Коха (1843—1910 гг.) по этиологии (причинам возникновения) заразных болезней — сибирской язвы, туберкулёза, холеры и других. В ходе этих исследований Кох разработал методы борьбы с болезнетворными микроорганизмами, которые легли в основу способов дезинфекции. Одновременно он разработал методы выделения и выращивания чистых культур микробов. С этой целью он предложил воспользоваться твёрдыми питательными средами, на которых микробы не могут легко распространяться и образуют плотные массы — колонии. Этот метод сыграл большую роль в дальнейшем развитии микробиологии.
Среди русских учёных того времени (XIX век) большая роль принадлежит микробиологу Л. С. Ценковскому (1822—1877гг.), разработавшему метод изготовления и применения прививок против сибирской язвы овец.
Огромный вклад в микробиологию внес выдающийся русский учёный И. И. Мечников (1845—1916 гг.). Он разработал фагоцитарную теорию иммунитета — невосприимчивости организма к заразным болезням (глава 7). Мечникову принадлежит также теория борьбы с преждевременным старением человека посредством использования молочнокислых бактерий в качестве антагонистов гнилостных бактерий, которые в огромном количестве развиваются в кишечнике и медленно отравляют организм продуктами своей жизнедеятельности. Эти наблюдения над антагонизмом микробов послужили основой для дальнейшей разработки учения об антибиотиках. Мечников изучил также возбудителей холеры и других заразных болезней. Он создал первую в России бактериологическую лабораторию в Одессе.
Ближайшим сотрудником Мечникова был врач, впоследствии почётный академик, Н.Ф. Гамалея (1859—1949 гг.). Ему принадлежит открытие бактериофагов-паразитов бактерий. Гамалея организовал в Одессе первую в России станцию по прививкам против бешенства (вторую в мире после Пастеровской станции в Париже).
Начало изучения почвенных микроорганизмов было положено наблюдениями над клубеньковыми бактериями. Первые такие наблюдения были сделаны академиком М. С. Ворониным, который в 1866 г. сообщил, что в клубеньках на корнях бобового растения люпина имеются микроорганизмы.
В 1880 г. Ф. М. Каменский открыл симбиоз высших растений с грибами, образующими микоризу на корнях растений.
Д. И. Ивановский.
Большое значение для развития микробиологии вообще и сельскохозяйственной в частности имели труды Д. И. Ивановского (1864—1920 гг.). В своём докладе «Из деятельности микроорганизмов в почве» (1891г.) он дал систематическое изложение почвенной микробиологии. Изучая мозаичную болезнь табака (1892 г.), Ивановский установил, что возбудителем её является невидимый в микроскоп паразит, проходящий через бактериологические фильтры. Эти паразиты были названы «фильтрующимися вирусами». Тем самым было положено начало новому разделу микробиологии — вирусологии (подробно о вирусах см. главу 2).
Огромный вклад в почвенную микробиологию сделал выдающийся русский микробиолог С. Н. Виноградский (1856—1953 гг.). В 1887 г. им были открыты бактерии нитрификации, окисляющие аммонийный азот до азотной кислоты.
В. Л. Омелянский.
В процессе изучения этих бактерий, а также серобактерий и железобактерий, Виноградский доказал возможность ассимиляции микробами углекислого газа с использованием химической энергии, освобождающейся при окислении различных минеральных веществ. Этот процесс был назван хемосинтезом. В 1893 г Виноградский открыл процесс фиксации (связывания) азота анаэробными бактериями Clostridium Pasteurianum.
Им же были открыты бактерии анаэробного брожения пектиновых веществ. В своих исследованиях Виноградский разработал метод элективных (избирательных) культур, получивший широкое применение в микробиологии (подробно см. в III части).
В. Л. Омелянский (1867—1928 гг.) вскрыл микробиологическую природу процесса анаэробного разложения клетчатки. Его перу принадлежит прекрасная монография по азотофиксирующим микроорганизмам и один из лучших учебников по общей микробиологии — «Основы микробиологии» (1909 г.).
В развитии технической микробиологии большую роль сыграли работы С. П. Костычева, Л. А. Иванова, А. И. Лебедева, изучавших вопросы спиртового брожения. С. П. Костычев изучал также вопросы фиксации атмосферного азота, молочнокислое и маслянокислое брожения, получение лимонной кислоты с помощью плесневых грибов. Производство лимонной кислоты в заводских условиях было организовано В. С. Буткевичем.
В. Н. Шапошников и А. Я. Мантейфель изучили и внедрили в производство процесс получения молочной кислоты с помощью бактерий.
Исследования Ф М. Чистякова и В. Н. Шапошникова позволили в 30-х годах нашего века наладить у нас в СССР в заводском масштабе производство ацетона и бутилового спирта с помощью бактерий.
В области пищевой микробиологии следует отметить роль Я. Я. Никитинского младшего (1878—1941гг.). Он впервые создал курс пищевой микробиологии. Совместно с Б. С. Алеевым им написан курс микробиологии скоропортящихся продуктов и руководство к практическим работам по микробиологии. Трудами Я. Я. Никитинского положено начало развитию микробиологии консервного производства и холодильного хранения продуктов.
В области микробиологии молока и молочных продуктов большие успехи были достигнуты благодаря работам С. А. Королёва и А. Ф. Войткевича. В области микробиологии виноделия известны работы советских учёных А. М. Фролова-Багреева, Н. Ф. Саенко, Н. К. Могилянского, Е. И. Квасникова и ряда других (подробно см. во II части).
