Деятельности человека. История развития микробиологии

Введение. Микробиология (от греч. Микрос-малый, БИОС-жизнь, логос-учение)- это наука, изучающая строение, функции, химическую деятельность, распространение, условия развития, роль и значение в жизни человека очень мелких организмов, большинство которых невидимо невооруженным глазом. К ним относятся бактерии, актиномицеты, грибы, вирусы, фаги и т.д.

Наша планета населена огромным числом живых существ. Одни из них составляют макромир-это многие животные. Растения и другие видимые невооруженным глазом живые организмы. Микромир образуют мельчайшие организмы. Которые мы можем рассмотреть только с помощью специальных оптических приборов (микроскопы). Микроорганизмы были первыми обитателями на нашей планете. Около трех миллиардов лет назад они сформировали микробиосферу - древнейшую оболочку биосферы Земли. Биомасса таких существ превышает суммарную биомассу растений и животных. Накопившееся органическое вещество обладает высоким энергетическим потенциалом, поскольку из него образуются залежи нефти, газа, угля и других полезных ископаемых. И сегодня эти невидимые существа, благодаря своим невероятным способностям, освоили практически все, даже самые удивительные места обитания жизни на нашей планете. Их обнаружили в полярных льдах и горячих источниках, они опускаются в океанские глубины и поднимаются высоко в атмосферу, совершая трансконтинентальные перелеты. Роль микроорганизмов в важнейших природных процессах так велика и уникальна, что исчезновение из биосферы только грибов и бактерий (этих вездесущих санитаров природы) означало бы прекращение жизни на земле.

С появлением человека микробы стали его неразлучными спутниками: верными помошниками и коварными врагами. Причем врагами подчас столь грозными, что творимые ими беды по своим последствиям сопоставимы с разгулом стихии - ураганами, наводнениями или землетрясениями. Из древних рукописей мы узнаем о катастрофических эпидемиях оспы и чумы, унесших миллионы человеческих жизней. Там же находим сведения о таинственных массовых падежах домашних животных, причины которых становятся понятными только сегодня. Потрясают наше сознание и опустошительные поражения хлебных полей головней и ржавчиной, обрекавших сотни тысяч людей на голодную смерть. Но уже с древних времен наши предки, не подозревая о существовании микробов, научились приручать этих неутомимых помошников. Так у людей появились хлеб и сыр. Вино и кумыс, льняная пряжа и множество других незаменимых продуктов, которые и сегодня мы получаем с помощью микроорганизмов. Но иногда человек оказывается перед ними пока бессилен. Чумой ХХ века люди назвали вирусное заболевание СПИД (ВИЧ). Но в тоже время именно вирусы и бактерии помогли генетику П. Бергу и его коллегам (1972г.)создать первую в мире гибридную молекулу ДНК и с этого момента началась история генетической инженерии- одной из стремительно развивающихся областей науки. Так же опасно намеренное использование патогенных микроорганизмов как бактериологического оружия и биологического террора (сибирская язва – США, 2003г.).

С развитием торговых связей между странами и народами участились случай непреднамеренных завозов в новые ареалы опасных микробов – возбудителей болезней человека, животных и растений. Поэтому охрану рубежей многих стран мира несут врачи- микробиологи, ветеринары и защитники растений.

В настоящее время микробиология дифференцирована на ряд самостоятельных дисциплин: общую, медицинскую, санитарную, сельскохозяйственную, ветеринарную, техническую(промышленную), водную, космическую, биотехнологию (генную инженерию). Одним из разделов технической (промышленной) микробиологии является пищевая микробиология, вопросы которой преимущественно и рассматриваются в настоящем курсе лекций.

Без знания микрофлоры исходного сырья и пищевых продуктов, специфических свойств и особенностей микроорганизмов, Их биохимической деятельности, зависимости развития от внешних факторов нельзя успешно выполнять задачи, поставленные перед инженером-технологом в области контроля микробиологической безопасности качества технологического процесса, хранения, реализации пищевых продуктов и максимального сокращения их потерь.

История развития микробиологии. К использованию микробиологических процессов при изготовлении теста, вина, кисломолочных продуктов чело­вечество прибегало с незапамятных времен.

Открытие микроорганизмов относится к концу XVII в. Открыл их голландец Антони ван Левенгук (1632—1723), ко­торый сконструировал простейший микроскоп, увеличива­ющий рассматриваемый объект в десятки и сотни раз.

Левенгук впервые описал в книге "Тайны природы" представителей основных групп микроорганизмов: протис-тов, водорослей, бактерий. Труды Антони ван Левенгука получили широкую известность при его жизни. В 1698 г. Петр I, находясь в Голландии, посетил Левенгука и привез микроскоп в Россию

Долгое время наука о микробах носила в основном опи­сательный характер — шел так называемый морфологичес­кий период ее развития.

Начало нового направления в развитии микробиоло­гии — физиологического периода связано с деятельностью французского ученого Луи Пастера (1822—1895). Пастер ус­тановил, что микроорганизмы различаются не только по внешнему виду, но и по характеру жизнедеятельности: они вызывают разнообразные химические превращения в суб­стратах. Он доказал, что происходящее в виноградном соке спиртовое брожение обусловлено жизнедеятельностью мик­роорганизмов — дрожжей. Это открытие опровергло гос­подствующую в то время теорию Либиха о химической при­роде брожения. Большой цикл работ Пастера был посвящен изучению причин болезней вина и пива. Пастер показал, что возбудителями их являются микроорганизмы, и, чтобы пре­дотвратить порчу, предложил прогревать напитки. Этот прием применяют и в настоящее время и называют пастеризацией. Пастер впервые обнаружил бактерии, не способные разви­ваться в присутствии воздуха, т. е. показал, что жизнь воз­можна и без кислорода.

Пастер открыл природу инфекционных болезней чело­века и животных, установил, что эти болезни возникают вследствие заражения особыми микробами и что каждое заболевание вызывает определенный микроорганизм. Он раз­работал и научно обосновал метод предупреждения зараз­ных болезней (предохраняющие прививки), изготовил вак­цины против бешенства и сибирской язвы.

Значительным вкладом в микробиологию явились иссле­дования немецкого ученого Роберта Коха (1843—1910). Им были введены в микробиологическую практику плотные пи­тательные среды для выращивания микроорганизмов, что привело к разработке метода выделения микроорганизмов в так называемые чистые культуры, т. е. выращивания мас­сы клеток каждого вида в отдельности. Этот метод открыл совершенно новые подходы для более углубленного изуче­ния свойств микроорганизмов и вызвал бурное развитие микробиологии. Р. Кох открыл (1882) возбудителя туберкулеза, который в его честь назван "палочка Коха".

Развитие микробиологии неразрывно связано с работа­ми русских ученых. Родоначальником русской микробиоло­гии считается И. И. Мечников (1845—1916), классические ра­боты которого положили начало новому этапу в развитии микробиологии. Центральной проблемой его исследований было изучение взаимоотношений паразита и хозяина — че­ловека. Он создал фагоцитарную теорию иммунитета, в ос­нове которой лежит способность макроорганизма противо­стоять инородным телам, в том числе и болезнетворным микробам. И. И. Мечников и Л. Пастер положили начало изу­чению антагонизма микробов, что явилось основой науки об антибиотиках. И. И. Мечниковым в Одессе была организова­на первая в России бактериологическая лаборатория.

Ближайшим сотрудником И. И. Мечникова был Н. Ф. Га­малея (1859—1949), изучавший многие вопросы медицинс­кой микробиологии. Н. Ф. Гамалея организовал в 1886 г. в Одессе первую в России станцию по прививкам против бе­шенства (вторую в мире после Пастеровской станции в Па­риже). Вся его деятельность была направлена на решение важнейших вопросов здравоохранения в нашей стране.

Общая микробиология, изучающая микроорганизмы по­чвы, воды, и особенно сельскохозяйственная, получила раз­витие в трудах С. Н. Виноградского (1856—1953). С. Н. Виноградский открыл процесс хемосинтеза — установил существо­вание особых бактерий, способных ассимилировать углекис­лый газ из воздуха, используя в процессе синтеза органи­ческих веществ химическую энергию, освобождающуюся в результате реакции окисления неорганических соединений. Он же открыл явление фиксации атмосферного азота ана­эробными бактериями. С. Н. Виноградским разработан ориги­нальный метод выращивания микроорганизмов с примене­нием элективных (избирательных) питательных сред и ус­ловий, приближенных к естественному обитанию микроор­ганизмов. Этот метод получил широкое применение во всех областях микробиологии.

Учеником и сотрудником С. Н. Виноградского был В. Л. Омелянский (1867—1928), создавший первый русский учебник по микробиологии "Основы микробиологии", издан­ный в 1909 г. Им же составлено первое "Практическое ру­ководство по микробиологии".

Большой вклад в развитие микробиологии внесли А. А. Имшенецкий, Е. Н. Мишустин, С. И. Кузнецов, Н. Д. Иеру­салимский, М. Н. Мейсель, Е. Н. Кондратьева и другие уче­ные.

В развитии технической микробиологии большую роль сыграли работы С. П. Костычева, С. Л. Иванова, А. И. Лебеде­ва, изучавших процесс спиртового брожения. На основе ис­следований химизма образования органических кислот гри­бами, проведенных С. П. Костычевым и В. С. Буткевичем, в нашей стране в 1930 г. было организовано производство лимонной кислоты.

В. Н. Шапошников (1884—1968) и А. Я. Мантейфель изу­чили и внедрили в практику способ производства молочной кислоты с помощью бактерий. Исследования В. Н. Шапошни­кова и Ф. М. Чистякова дали возможность еще в начале 30-х годов организовать в промышленном масштабе произ­водство ацетона и бутилового спирта с помощью бактерий. В. Н. Шапошников написал первый в СССР учебник "Техни­ческая микробиология" (1947).

Становление пищевой микробиологии связано с труда­ми Я. Я. Никитинского-младшего (1878—1941). Он впервые создал курс пищевой микробиологии и много лет читал его в Институте народного хозяйства им. Г. В. Плеханова. Совмес­тно с Б. С. Алеевым Я. Я. Никитинский написал специальный курс микробиологии скоропортящихся продуктов и руковод­ство к практическим работам по микробиологии для студен­тов, изучающих товароведение продовольственных товаров. Труды Я. Я. Никитинского и его учеников положили начало широкому развитию микробиологии консервного производ­ства и холодильного хранения скоропортящихся пищевых продуктов. В теорию и практику холодильного хранения про­дуктов питания большой вклад внес и Ф. М. Чистяков.

В микробиологию молока и молочных продуктов фунда­ментальный вклад внесли школы С. А. Королева (1876—1932) в Вологодском молочном институте и А. Ф. Войткевича (1875—1950) в Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева.

В последующем это направление микробиологии раз­вивалось в работах В. М. Богданова, Н. С. Королевой, А. М. Скородумовой, Л. А. Банниковой.

В настоящее время микробиология стала не только фундаментальной наукой — в стране плодотворно работают научно-исследовательские учреждения по многим разделам микробиологической науки. Заказы народного хозяйства вы­полняют многие промышленные производства, в техноло­гии которых главенствуют микробиологические процессы.

Микробиологическая промышленность выпускает боль­шое количество разнообразных, необходимых народному хозяйству страны препаратов: антибиотиков, ферментов, аминокислот, белков, органических кислот и др.

Широкое развитие получила и пищевая микробиология. Во всех крупных отраслях пищевой промышленности есть научно-исследовательские институты, в которых имеются микробиологические лаборатории. На многих предприятиях пищевой промышленности функционируют микробиологичес­кие лаборатории, контролирующие производство, качество сырья и готовой продукции.