Тема: Предмет и задачи. История развития

Лекция № 1

Рассматриваемые вопросы:

1. Этапы развития биологии.

2. Предмет и содержание курса микробиологии.

3. История развития микробиологии.

Биология (от греч. bios — жизнь, logos — наука) — наука о жизни, об общих закономерностях существования и развития живых существ. Предметом ее изучения являются живые организмы, их строение, функции, развитие, взаимоотношения со средой и проис­хождение. Подобно физике и химии она относится к естественным наукам, предметом изучения которых является природа.

Биология — одна из старейших естественных наук, хотя тер­мин «биология» для ее обозначения впервые был предложен лишь в 1797 г. немецким профессором анатомии Теодором Рузом (1771-1803),

Биология — естественная наука. Как и другие науки, она воз­никла и всегда развивалась в связи с желанием человека познать окружающий его мир, а также в связи с материальными условия­ми жизни общества, развитием общественного производства, меди­цины, практическими потребностями людей.

Этапы развития биологии.Самые первые сведения о живых существах человек стал собирать, вероятно, с тех пор, когда он осознал свое отличие от окружающего мира. Уже в литературных памятниках египтян, вавилонян, индийцев и др. содержатся све­дения о строении многих растений и животных, о применении этих знаний в медицине и сельском хозяйстве. В XIV в. до н. э. многие клинописные таблички, созданные в Месопотамии, содержали све­дения о животных и растениях, о систематизации животных пу­тем разделения их на плотоядных и травоядных, а растений на Деревья, овощи, лекарственные травы и т. д. В медицинских сочи­нениях, созданных в VI-I вв. до н. э. в Индии, содержатся пред­ставления о наследственности как причине сходства родителей подробное описание ряда особенностей жизни многих животных и растений.

Как считают историки науки, начала биологии, как и все­го естествознания, связаны с эпохой Возрождения

В первой половине XIX в. возникает бактериология, которая благодаря трудам Л. Пастера, Р. Коха, Д. Листера и И. И. Мечни­кова в последующем перерастает в микробиологию как самостоя­тельную науку.

Прямое влияние биологии на материальное производство нача­лось с создания основ биотехнологии в тех областях промышлен­ности, которые основываются на биосинтезирующей деятельности микроорганизмов. На основе биологических знаний уже давно в промышленных условиях осуществляется микробиологический син­тез многих органических кислот, которые широко используются в народном хозяйстве и медицине.

В 40-50-е годы было создано промышленное производство ан­тибиотиков, а в начале 60-х годов — производство аминокислот. Важное место в микробиологической промышленности сейчас за­нимает производство ферментов. Микробиологическая промыш­ленность производит сейчас в больших количествах витамины и другие вещества. Как аминокислоты и антибиотики, так и ви­тамины крайне необходимы в народном хозяйстве и медицине. На основе трансформирующей способности микроорганизмов ос­новано промышленное производство веществ с фармакологичес­кими свойствами из стероидного сырья растительного происхож­дения.

Наибольшие успехи в производстве различных веществ, в том числе лекарственных (инсулин, соматостатин, интерферон и др.), связаны с генетической инженерией, составляющей сейчас основу биотехнологии.

Исключительно важное значение биология имеет для сельско­хозяйственного производства. Например, теоретической основой се­лекции растений и животных является генетика. В последние годы в сельскохозяйственное производство также вошла генетическая инженерия. Она открыла новые перспективы в увеличении произ­водства пищи.

Генетическая инженерия оказывает существенное влияние на поиск новых источников энергии, новых путей сохранения окру­жающей среды, очистки ее от различных загрязнений.

Развитие биотехнологии, теоретическую основу которой состав­ляет биология, а методическую — генетическая инженерия, явля­ется новым этапом в развитии материального производства. Появ­ление этой технологии есть один из моментов новейшей революции в производительных силах.

Предмет и содержание курса микробиологии.Микробиология (от греч. micros — малый, bios — жизнь, logos — учение) — наука о мельчайших, невидимых невооруженным глазом организмах, названных микробами или микроорганизмами. Она изучает их систематику, строение, физиологию, генетику, методы их выявления и распознавания.

К микроорганизмам относят бактерии, дрожжевые и нитчатые грибы (плесени), простейшие одноклеточные животные организмы и ультрамикроскопические существа — вирусы. Изучением групп микроорганизмов занимаются области микробиологии — бактериология, микология, протозоология и вирусология.

Микроорганизмы имеют повсеместное распространение, что свидетельствует об их значительной роли в природе и жизни человека. Они играют важную роль в повышении плодородия почвы, образовании каменного угля и нефти и ряде других процессов, протекающих в природе. С помощью микроорганизмов происходят важные производственные процессы: хлебопечение, производство молочных продуктов, органических кислот, спирта, вина, пива, ферментов, гормонов, антибиотиков и других веществ.

Наряду с полезными микроорганизмами существуют группы возбудителей порчи пищевых продуктов, патогенных или болезнетворных микробов — возбудителей различных заболеваний человека, животных, растений и насекомых.

В соответствии с потребностями общества микробиологию подразделяют на общую и специальную, или частную, которую, в свою очередь, делят на сельскохозяйственную, техническую (промышленную), медицинскую, санитарную, ветеринарную, космическую.

Общая микробиология изучает строение, общие закономерности жизнедеятельности всех групп микроорганизмов и их распространение в природе. Она является обязательным разделом всех микробиологических дисциплин.

Сельскохозяйственная микробиология изучает значение микроорганизмов в почвообразовании, в повышении плодородия почвы, в питании растений. Она разрабатывает методы получения и применения бактериальных удобрений, способы консервирования кормов, методы борьбы с фитопатогенными микроорганизмами.

Техническая микробиология исследует микроорганизмы, применяемые в производстве пищевых продуктов, антибиотиков, спиртов, ферментов, витаминов и других органических веществ микробного происхождения.

Микробиология молока и молочных продуктов является частью технической микробиологии, она изучает роль микробов в превращении составных веществ молока, а также свойства различных физиологических групп микроорганизмов, влияющих на качество молока и молочных продуктов. В частности, микробиология молока и молочных продуктов изучает производственно-ценные и технически вредные микроорганизмы - возбудители порчи молока и молочных продуктов, а также патогенные бактерии, которые могут присутствовать в молоке и молочных продуктах.

Медицинская микробиология изучает патогенные и условно-патогенные для человека микроорганизмы, а также закономерности их взаимодействия с организмом человека.

Ветеринарная микробиология изучает возбудителей инфекционных болезней животных.

Санитарная микробиология изучает микрофлору окружающей среды с точки зрения возможного отрицательного или благоприятного влияния микробов на окружающую среду и здоровье человека, разрабатывает микробиологические показатели санитарно-гигиенического нормирования объектов внешней среды, а также мероприятия по их обезвреживанию, разрабатывает методы контроля эффективности этих мероприятий.

Космическая микробиология изучает особенности микрофлоры человека и окружающей среды в космических кораблях, а также условия выживания и распространения микроорганизмов в космосе.

Новый этап в развитии микробиологии-биотехнология. Эта наука, возникшая на стыке нескольких биологических дисциплин: микробиологии, генетики, вирусологии, растениеводства, имеющая уникальные возможности практического использования результатов исследований в этой области. Потенциал биотехнологии направлен не только на интенсификацию и улучшение традиционных технологий, но и на создание принципиально новых, объектами которых являются микроорганизмы, полученные методами селекции и генной инженерии.

Важные аспекты биотехнологии - улучшение штаммов промышленных микроорганизмов, получение микробных ферментов, ароматических веществ, которые могут использоваться в молочной, мясной и пищевой промышленности.

История развития микробиологии. Вконце XVII столетия голландский натуралист А. Левенгук (1632-1723) сконструировал микроскоп, при помощи которого ему удалось увидеть микробы, точно описать и зарисовать их. Свои многочисленные наблюдения он отразил в книге «Тайны природы, открытые Антонием Левенгуком», вышедшей в 1695 г.

Заслуга Левенгука состоит в том, что он открыл завесу над тайнами природы, привлек внимание ученых к новому миру живых существ, изучение которых обещало заманчивую и интересную перспективу (до Левенгука микробы видел в крови больных людей А. Кирхер). Это были истоки современной науки о микробах — микробиологии. После открытия Левенгука ученые, описывая новые микробы (этот период развития микробиологии поэтому и получил название описательного или морфологического), не понимали ни их роли в природе, ни значения для человека.

С появлением работ французского ученого Луи Пастера (1822-1895) начинается новый этап в развитии микробиологии. Его работы дали возможность всесторонне изучать жизнедеятельность микробов, т. е. их физиологию. Поэтому новый этап развития науки получил название физиологического.

В 1857 г. Л. Пастер установил, что молочнокислое брожение происходит в результате жизнедеятельности молочнокислых бактерий, а спиртовое брожение вызывают дрожжи.

Изучая маслянокислое брожение, ученый открывает явление анаэробиоза. До Л. Пастера незыблемым законом являлось положение, высказанное Лавуазье: жизнь без кислорода невозможна. Л. Пастер установил, что маслянокислые бактерии развивались без кислорода воздуха. После этого все микроорганизмы по типу дыхания разделили на две группы - аэробы и анаэробы.

Л. Пастер открыл также возбудителей уксуснокислого брожения, которые развивались в пленке на поверхности вина и оказались типичными аэробами, т. е. развивались только в присутствии кислорода воздуха.

Доказывая микробную природу брожения, Л. Пастер указал метод борьбы с «болезнями» вина и пива (1865), который применяется в настоящее время и известен под названием «пастеризация». Сущность этого метода заключается в нагревании продукта до 65-80 °С, в результате чего многие микроорганизмы погибают, но пищевая ценность продуктов не снижается.

Л. Пастер доказал, что возбудителями гниения различных продуктов являются микроорганизмы. Он открыл возбудителей болезней шелковичных червей, ряда заболеваний людей и животных. Л. Пастер установил возможность аттенуации (ослабления болезнетворности) микробов, что

легло в основу методов профилактики инфекционных болезней и явилось началом иммунологии. Он создал вакцины против сибирской язвы, рожи свиней, холеры кур. Л. Пастер совершил гражданский подвиг, так как им была создана вакцина против бешенства не только до открытия вируса бешенства, а вирусов вообще. Исследования Л. Пастера послужили основой для развития медицинской, ветеринарной, технической микробиологии, учения об иммунитете.

Создавалась новая наука, которую Л. Пастер назвал «микробия», ныне - микробиология, задачей которой по замыслу великого ученого являлось широкое изучение микробов и их роли в природе и жизни человека. Поэтому Л. Пастер считается основоположником современной микробиологии.

Одним из создателей современной микробиологии признан также немецкий ученый Р. Кох (1843-1910). С развитием науки возникла необходимость в получении чистой культуры и изучении свойств и значения вида микроба в отдельности. Р. Кох успешно решил проблему получения чистых культур микробов. Это событие совершило переворот в методике и технике микробиологических исследований. Он предложил использовать плотные искусственные питательные среды, применяя для их получения питательный желатин (1887 г.). При посеве на эти среды отдельные клетки микроорганизмов размножались на поверхности плотной среды, образуя так называемые колонии - скопления многих тысяч микробов, видимые невооруженным глазом, как правило, выросшие из одной бактериальной клетки.

Успеху изучения микробов способствовало также введение Р. Кохом в бактериологическую практику метода окраски микробов анилиновыми красителями, что позволяло увидеть четкие контуры клеток микробов и различать их структурные особенности. Р. Кох усовершенствовал микроскопию микробов, применив иммерсионную систему; благодаря этому увеличил разрешающую способность микроскопов, ввел в практику микрофотографию. Р. Кох открыл явление спорообразования у бактерий, изучил защитную функцию спор возбудителя сибирской язвы. В 1882 г. он открыл возбудителя туберкулеза, в 1883 г. - возбудителя холеры. В 1905 г. ему была присуждена Нобелевская премия. Р. Кох был ярым приверженцем теории мономорфизма, т. е. считал, что виды микроорганизмов являются постоянными и неизменными.

В одном ряду с первооткрывателями стоит имя И. И. Мечникова (1845-1916) русского естествоиспытателя, доктора зоологии,, лауреата Нобелевской премии (1908 г). Он был признан одним из основоположников отечественной микробиологии. И. И. Мечников один из первых установил,

что защита организма животного и человека от патогенных микробов, их вредоносного воздействия представляет собой сложную биологическую реакцию, которая обусловливается в первую очередь фагоцитозом, т. е. растворением микробов клетками «белой крови» -лейкоцитами. Он также считал, что старость человека является следствием хронически развивающегося отравления организма продуктами обмена гнилостных бактерий, обитающих в кишечнике человека. И. И. Мечников открыл явление антагонизма. Для подавления развития гнилостных микробов он рекомендовал использовать молочнокислые бактерии, ежедневно употребляя для этой цели кисломолочные продукты.

Несмотря на большие научные достижения, в конце второй половины XIX столетия микробиологи столкнулись с неразрешимой проблемой. При многих, безусловно, инфекционных заболеваниях они не находили микроорганизмов-возбудителей, что противоречило установившимся взглядам о том, что без микробов нет инфекционных болезней. Это несоответствие разрешил русский ботаник Д. И. Ивановский (1864-1920), открывший в 1892 г. невидимых под обычным микроскопом ультрамикробов, названных вирусами. Д. И. Ивановский установил, что размер вирусов находится за пределами разрешающей способности оптических микроскопов и они являются внутриклеточными паразитами, вследствие чего не растут на питательных средах, применяемых для культивирования других микроорганизмов. Д. И. Ивановский является основоположником современной вирусологии.

Основоположником отечественной микробиологии молока и молочных продуктов является С. А. Королев (1874-1932). С его именем связаны первые крупные научные открытия в области микробиологии молока в нашей стране. Им была создана первая школа отечественных микробиологов молочной промышленности. Он провел широкую программу исследований микробиологических процессов по основным отраслям молочного производства. С. А. Королев выявил закономерность молочнокислого процесса и динамику изменения различных групп микроорганизмов при этом. Он установил закономерность смены фаз микрофлоры молока в процессах производства всех молочных продуктов. Впервые в России применил закваски, т. е. чистые культуры молочнокислых бактерий.

С. А. Королевым была проведена большая работа по выяснению причин возникновения пороков кисломолочных продуктов. В1932 г. С. А. Королевым был издан фундаментальный труд «Основы технической микробиологии молочного дела», который служил настольной книгой для микробиологов и специалистов молочной промышленности на протяжении десятилетий. Он не потерял своей актуальности и в настоящее время.

Лекция № 2