История открытия некоторых видов микроорганизмов

 

Своего рода сенсацией было открытие в XIX веке бактерии Serratia marcescens. Она наводила ужас на людей в течение более чем двух тысячелетий, возникая как «кровавое чудо» на влажном хлебе и других продуктах, содержащих углеводы. Феномен «кровотечения» на просфорах, хранившихся во влажной атмосфере церкви, в XII веке приводил к роковым последствиям. «Чудо кровоточащих просфор» послужило причиной многочисленных гонений на еретиков вплоть до 1823 года, когда была образована комиссия из профессоров университета Падуи, которой было поручено исследовать это явление. Впервые выяснил природу «кровавых капель» Бартоломео Бицио, установив, что причиной этого явления служит пигментированная бактерия, которую он назвал Serratia marcescens в честь своего учителя Серафино Серрати. Эренберг не знал этой публикации и описал бактерию снова в 1848 году под названием Monas prodigiosa.

Пигментированные бактерии, образующие скопления, привлекали внимание естествоиспытателей. К описанным в то время бактериям принадлежат крупные бактерии Chromatium okenii и Thiospirillum jenense, которые открыл в 1836 году Христиан Готтфрид Эренберг (1795-1876) во время прогулки в деревню Циегенхейм около Йены. В своей большой работе «Маленькие животные как вполне совершенные организмы» он формально включил их описание в описание родов Monas и Ophidomonas.

Он рассматривал их как «маленьких животных» и в подробностях описал у них пищевые клетки, яичники, сократительные пузыри. Это описание, по-видимому, послужило основанием для критической статьи Юстуса Либиха «О тайне спиртового брожения» (1839), в котором он высмеял теорию дрожжевого брожения.

Эренберг описал также бактерию Spirochaeta plicatilis, которую он обнаружил в речном иле и назвал «червеобразными петлеобразующими формами» (1835) Он также в 1838 году описал Gallionella ferruginea как ответственную за образование окиси железа в трубах и прудах. Нитчатые бактерии - спутники Leptolhrix ochracea - были описаны в 1843 году Фридрихом Трауготтом Кюцингом (1807-1893), после чего он описал делящиеся бактерии Sphaerotilis natans. В течение последующих лет были описаны другие пигментные бактерии. В своей книге «К познанию мелких жизненных форм» (1852) род Chromatium и описал Chromatium vinosum, Chromatium weissei, Chromatium violace laceus и Chromatium erubescens как отдельные виды. Бактерии из персиково-красной пленки, которая покрывала тенистую поверхность пруда, Рэй Ланкастер (1873) описал как Bacterium rubescens. Характерный пигмент этой бактерии он назвал бактериопурпурином. Однако термин бактериопурпурин впервые был введен датским ботаником Ойгеном Вармингом (1841-1924). Такие окрашенные бактерии, которые встречаются в больших скоплениях в их природных местообитаниях и представляют почти чистую культуру микроорганизма, естественно, являются исключением.

К 1850 году большинство естествоиспытателей пришло к выводу о том, более мелкие, чем одноклеточные водоросли и простейшие. Было признано также, что эти мелкие организмы вполне «полноценны», они размножаются и не меняют своих свойств. Равным образом не составляли исключения и возбудители брожения, которых изучал в 1857-1867 годах Луи Пастер. Это были возбудители спиртового, молочнокислого, масляно-кислого, уксусного брожения, природные или обогащенные культурой дрожжей. К этому следует добавить, что и Пастер был убежден в том, что возбудители брожения различаются не только своими физиологическими свойствами, но и строением клетки. Убеждения в том, что бактерии представляют большую обособленную группу организмов, отличающуюся особым строением, специфическим способом обмена, способствовали дальнейшим исследованиям и разрешению споров, продолжавшихся с 1850 по 1877 год, о возбудителях инфекционных заболеваний. Уверенность в том, что возбудителями болезней являются бактерии, появилась после разработки метода чистых культур (1877, 1881). Для развития концепции о бактериях потребовался новый взгляд.

 

Работы Фердинанда Кона

 

Дальнейшее развитие представлений о бактериях связано с деятельностью физиолога растений Фердинанда Кона (1828-1898), работавшего во Вроцлаве. Основные результаты этих работ были опубликованы с 1853 по 1877 годы. Он повторил и углубил исследования предшественников и предопределил дальнейший ход бактериологических исследований. Кон отнес бактерии к растительному царству и принял для них бинарную номенклатуру Линнея. Исходя из тщательных исследований морфологии, пигментации, подвижности, спорообразования и физиологических признаков, Кон смог создать первую бактериологическую классификацию, с которой могли работать как медицинские, так и общие микробиологи. Кон признал, что речь идет об особой группе организмов, каковыми являются бактерии, однако отнес их к растениям. Свои основные представления о бактериях Кон высказал в 1853 году на основании своих исследований над Bacterium termo. В 1871 году он писал по этому поводу:

«Так как невозможно изолировать отдельную бактерию и наблюдать ее при различных условиях, нельзя быть уверенным в том, что при посеве использованы только одинаковые особи. Таким образом, в настоящее время мы не обладаем методами, позволяющими разграничивать возраст бактерии и стадию ее развития. При классификации бактерий мы также до сих пор не можем различить действительно природные признаки, которые свойственны роду и должны основываться на тех отклонениях, которые у них проявляются при заданных условиях. Задачей дальнейших исследований должно быть выявление доказательств таких признаков родов и видов, которые находятся в зависимости от их исторического развития».

Можно себе представить, как трудно было впоследствии признавать аргументы Кона о том, что каждый вид бактерий имеет свой специфический обмен веществ. Об этом свидетельствуют последующие противоречивые сведения о плеоморфизме бактерий. Даже после того как доктрина о происхождении жизни путем самозарождения была низвергнута, некоторые исследователи считали, что одна и та же бактерия может проявляться в различной форме и вызывать различные болезни, а также в зависимости от условий роста образовывать различные продукты. Такие представления высказывались людьми с громкими именами: Т. Биллротом, К. Негели, Э. Гальером, Д.Листером, Р.Ланкастером и В. Цопфом. Представления этих ученых противоречили концепции о постоянстве видов, выдвинутой Линнеем в 1737 году. Однако в середине XIX века были описаны грибы, а именно ржавчинные и головневые, которые в процессе развития претерпевали морфологические изменения. Наличие смены генераций у грибов дало повод сомневаться в постоянстве форм и у других живых существ. Этому скептическому направлению противостояли представители мономорфизма: де Бари, Л. Пастер, Ф. Кон, Р. Кох и О. Брефельд. Они многократно подчеркивали в дискуссиях, как важны чистые культуры и тщательная работа с ними. Отвечая своим критикам, Ф. Кон писал:

«...дело в том, что только на первый взгляд одна и та же бактерия вызывает разные процессы. Следует ожидать, что усовершенствованные микроскопы позволят обнаружить среди внешне одинаковых форм микроорганизмов такие морфологические различия, которые можно будет положить в основу разграничения видов».

В качестве примера различной физиологической деятельности двух организмов одинакового строения Кон приводит миндальные деревья:

«Из двух миндальных деревьев, которые не отличаются ни ростом, ни листьями, а также цветами и плодами, одно образует горькие семена, которые содержат амигдалин и эмузин, в то время как другие образуют сладкие семена с миндальным маслом. Мы можем предположить, что горькие и сладкие миндальные деревья принадлежат к одному роду и происходят от одного общего предка, но благодаря изменчивости дали два физиологически различающихся сорта».

С шестидесятых годов для Пастера и Кона не существовало сомнения в постоянстве видов бактерий. Однако, несмотря на доказательные опыты на чистых культурах, учение о плеоморфизме существовало еще долго.

Еще в 1885 году Цопф писал: «Мне несправедливо приписывают экстремально-плеоморфические взгляды, хотя я действительно придерживаюсь мнения о том, что у шизомицетов имеет место плеоморфизм. Это мнение разделяют со мной и выдающиеся ботаники». (Цопф имел в виду Биллрота и Негели.) Последние исследования Цопфа посвящены нитчатым бактериям Beggiatoa. Однако С. Н. Виноградский и А. де Бари подвергли сомнению его данные, и С. Н. Виноградский начал снова изучать эту группу бактерий, что привело к открытию нового типа обмена веществ, хемолитоавтотрофии. Это прекрасный пример того, как скверная работа и ложная концепция (В. Цопф) стали отправным пунктом, побудившим к созданию новой блестящей концепции.

К. Негели, подобно большинству его современников, относился к плеоморфистам. По его взглядам, отдельные виды микроорганизмов в зависимости от условий существования способны легко менять форму и физиологические функции. Представления плеоморфистов возникали отчасти вследствие несовершенных методик работы с микроорганизмами, культуры которых загрязнялись посторонними формами микроскопических существ.

Фердинанд Кон был выдающимся микробиологом того времени. Обнаружение светопреломляющих включений в спорах Bacillus subtilis из сенного отвара, стало его главным открытием (1872). На этой бактерии Кон изучал образование и деление эндоспор (1877). Спорообразование как диагностический признак было признано и Робертом Кохом (1876) при изучении Bacillus anthracis. На основе эксперимента и наблюдений Кон пришел к выводу о том, что закон постоянства и распространяется и на бактерии. В хаосе сведений о бактериях он определил порядок и предложил для описания бактерий систему, позволяющую видеть перспективу их дальнейшего изучения. Благодаря работам Кона бактерии были признаны самостоятельной группой организмов, существенно отличной от животных и растений.

Следует отметить, что длительные дискуссии о постоянстве видов бактерий не прекратились и на рубеже столетий вновь возобновились в связи с работами над чистыми культурами. Бейеринк и ряд других исследователей обнаружили варианты у отдельных «чистых» видов бактерий отличающиеся по форме и обмену веществ. Таким образом, снова стало ясно, что нет ничего более трудного, чем найти правильное решение проблемы.

Так или иначе, но к середине XIX века был накоплен большой материал о разнообразных группах микроорганизмов. Однако физиологию и обмен веществ микроскопических веществ исследователи не затрагивали. Поэтому роль микромира в природе, а также в жизни и деятельности человека оставалась невыясненной.

 

 

Контрольные вопросы:

12. Первые попытки систематики микроорганизмов.

13. Многообразие микроорганизмов.

14. Деятельность Фендинанда Кона.

15. Теория плео- и мономорфизма.

 

 

Тема лекции №4

Совершенствование методов бактериологии

План

1. Питательные среды.

2. Стерилизация.

3. Методы окраски микроорганизмов.

4. Выделение чистой культуры.

 

Питательные среды

Первые питательные среды были жидкими. Луи Пастер выращивал свои микроорганизмы в жидких отварах, зная, что дрожжи, как и все другие микроорганизмы, состоят из углерода, кислорода, водорода, азота и целого ряда зольных элементов (1858), поэтому культивировал их в жидкой среде, содержащей все эти компоненты. В 1870 году Адольф Майер начал вводить в питательные растворы соответствующие чистые минеральные соли и варьировал источники углерода. В основу были положены рецепты питательных растворов составленные и использовавшиеся физиологами растений. К этому времени Т. де Соссюром (1767-1845) было уже определено большое число зольных элементов из различных частей растений.

Однако при использовании жидких питательных сред для получения чистых культур возникало много трудностей. Известный основатель антисептической хирургии Джозеф Листер (1827-1912) предложил использовать серию последовательных разведении культуры бактерий так, чтобы последнее разведение не содержало бактерий и было стерильным. Суспензия бактерий, растущих в предпоследнем разведении, служила посевным материалом для получения чистых культур, и бактерии, развивавшиеся в нем, рассматривались как потомство одной клетки. Естественно, такой метод не всегда приводил к получению чистой культуры.

Дальнейшее развитие и последовательное применение метода чистых культур датским микологом, директором лаборатории в Карлсберге Эмилем Христианом Гансеном (1842-1909), позволило получать пиво и вино постоянного качества. В 1883 году в этой лаборатории была впервые использована чистая культура дрожжей, полученная методом висячей капли. Э. М. Гансеном было разработано устройство «Висячая капля»для выделения колоний, происходящих от одной дрожжевой клетки. «Влажная камера» состоит из предметного стекла с лункой и покровного стекла со слоем желатина, зараженного сильно разведенной суспензией дрожжей.

Введение твердых сред было для бактериологии поистине революционным. Для культивирования грибов вначале использовали естественные субстраты, такие как помет лошадей и других животных, а также ломтики моркови и картофеля. При исследовании физиологии развития грибов использовали прозрачные среды с желатиной, о чем сообщал в 1852 году К. Витадини. Оскар Брефельд (1839-1925) применил этот прием для культивирования грибов Empusa muscae (1868).

В институте физиологии растений в Вроцлаве работали только со стерилизованными ломтиками картофеля как субстратом. Зимой 1868/69 годов Иозеф Шретер работал с покраснением пищевых продуктов в помещении, где воздух был заражен Serratia marcescens. Эта бактерия образовывала на ломтиках картофеля красные колонии. Из этих колоний бактерии можно было перенести на другие плотные среды, такие как крахмальный клейстер, каша, куски хлеба, мясо, яичный белок и т. д. О преимуществах твердых сред для разделения различных бактерий не знали ни Шретер, ни Кон, хотя метод был в непосредственной близости от них.

Применением плотных питательных желатиновых сред и агаровых пластинок мы обязаны гениальности Роберта Коха (1843-1910). Он знал свойства желатина еще со времени своего детства, когда он у своего дяди обучался тогдашним методам фотографии и видел, как используют желатин для заливки фотографических пластин. Впервые благодаря Коху плотные, прозрачные среды нашли применение в бактериологической лаборатории. Твердо установлено, что он для исследования Bacillus anthracis применял еще жидкие питательные среды - свежую сыворотку крови или внутриглазную жидкость чумных животных и проводил наблюдения в висячей капле на предметном стекле с лункой.

В своих публикациях об этиологии раневых инфекций «К исследованию патогенных организмов» (1881), которые посвящены этиологии инфекционных заболеваний. В работе 1878 года Роберт Кох подробно изложил разработанные им бактериологические методы. Именно эти публикации дали возможность микробиологам получать чистые культуры микроорганизмов. Опубликованные в Кайзеровской службе здравоохранения в 1881 году в виде сообщений, они стали руководством для микробиологов всего мира «Золотым временем бактериологии», неслыханному успеху открытия возбудителей инфекционных заболеваний в относительно короткий промежуток времени мы обязаны этой публикации Роберта Коха. К «звездному часу человечества» можно отнести работы Коха, развивающие основные принципы методов микробиологии. Кох дал миру объяснение причин инфекционных заболеваний. Здравоохранение до настоящего времени основано на выдвинутых им принципах.

Применение агара для приготовления твердых сред является заслугой Фани Ангелины Айльшемиус (1850-1934). Из своего опыта домашней хозяйки она знала, как можно с помощью агар-агара сделать желе твердым и использовать его вместо желатина. Благодаря В. Гессе (мужа Фани Ангелины Айльшемиус) появились новшества в работе Коха (1882). Если бы Кох знал о «Поваренной книге для обычной и изысканной кухни» Дэвидиса (1873), в которой рекомендовался агар-агар «как связывающее средство», то желатиновые среды давно были бы заменены на агаровые. Используемые в настоящее время стеклянные чашки были введены в бактериологическую практику в 1887 году Рихард Юлиус Петри (1852-1921). А селикогель для затвердения среды был использован С. Н Виноградским в 1891 году.

 

Стерилизация

 

Для стерилизации жидкости при Пастере применяли два метода, которые используют и в наше время. Было обнаружено, что котел с давлением, который изобрел Денис Папин (1647-1712) в 1679 году в Англии, является подходящим аппаратом для убивания терморезистентных спор. Котел Папина стал прообразом автоклава.

С 1871 года стерилизацию проводили также с помощью бактериальных фильтров. В 1884 году Шарль Шамберлен (1851-1908) в Париже предложил аппарат для фильтрации в виде свечи из необработанного фарфора. В 1891 году Г. Нордтмайер ввел фильтр из диатомовых отложений (кизельгура). Этот фильтр в честь обладателя этих диатомовых отложений был назван фильтром Бергфельда. Применение мембранных фильтров происходит от коллоидохимических иследований. Используемые в настоящее время «геттингенские мембранные фильтры» являются производными целлюлозы и были предложены Зигмонди и Бахманом в 1918 году. Это многослойные пористые мембранные фильтры, общество по созданию которых было основано в городе Геттингене.

 

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться: