Мікробіологія

Люди здавна знали про багато процесів, що вспричинюються мікроорганізмами, проте не знали справжніх причин, які зумовлюють ці явища. Відсутність відомостей про природу таких явищ не заважало робити спостереження і навіть використовувати набір цих процесів у побуті. Низка філософів і натуралістів робили умовні висновки про причини тих чи інших явищ. При цьому найбільш близько до відкриття мікросвіту підійшов Джироламо Фракасторо (1478—1553), який припустив що інфекції спричинюють маленькі тільця, що передаються під час контакту і зберігаються на речах хворого. Хоча він у це судження покладав те, що ці тільця є хімічними елементами або фізичними атомістичними структурами. Однак, на той час неможливо було впевнитися в правильності його ідей, та поширення отримали зовсім інші гіпотези.

Бактеріальну природу інфекційних захворювань багато вчених продовжували відкидати і після революційних відкриттів Пастера і Коха. Так, 1892 року Макс Петтенкофер, впевнений в тому, що холеру спричинюють міази, що виділяються довкіллям, і намагаючись довести свою правоту, проковтнув при свідках-медиках культуру холерних вібріонів і не захворів.

Можливість вивчення мікроорганізмів виникла лише з розвитком оптичних приладів. Перший мікроскоп був створений ще 1610 року Галілеєм. 1665 року англійський учений енциклопедист Роберт Гук вперше побачив рослинні клітини. Однак 30 кратного збільшення його мікроскопа не вистачило щоби побачити найпростіших і тим більше бактерії. На думку українського вченого-мікробіолога В. Л. Омельянського «першим дослідником, перед здивованим поглядом якого відкрився … світ мікроорганізмів, був учений єзуїт Атанасій Кірхер (1601—1680), автор низки творів астрологічного характеру», проте зазвичай першовідкривачем мікросвіту називають Антоні ван Левенгука.

Антоні ван Левенгук

У своєму листі Лондонському Королівському товариству він повідомляє як 24 квітня 1676 року мікроскопіював краплю води і дає опис побачених там істот, у тому числі бактерій. Левенгук вважав виявлених ним мікроскопічних істот «дуже маленькими тваринами» і приписував їм ті ж особливості будови і поведінки, що і звичайним тваринам. Повсюдне поширення новини про цих «тварин» стало сенсацією не тільки в науковому світі. Левенгук показував свої досліди всім охочим, а 1698 року, його навіть відвідав молодий московський цар Петро I.

Між тим, наука в цілому ще не була готова до розуміння ролі мікроорганізмів у природі. Система теорій виникла тоді лише у фізиці. За часів Левенгука були відсутні уявлення про ключові процеси живої природи, так, незадовго до нього в 1648 році Ван Гельмонт, не маючи ніяких знань про фотосинтез, стверджував спираючись на власні досліди з вербою, що рослина бере живлення лише з дистильованої води, якою він її поливав. Більше того, навіть нежива матерія ще не була достатньо вивчена, склад атмосфери, потрібний для розуміння того ж фотосинтезу, буде визначено лише в 1766—1776 роках. Тому не дивно що «тваринам» Левенгука не знайшлося місця ніде, крім як у колекції курйозів.

Протягом наступних 100—150 років розвиток мікробіології проходив лише шляхом опису нових видів. Значну роль у вивченні різноманіття мікроорганізмів, зіграв данський натураліст Отто Фрідріх Мюллер, який до 1789 року описав і назвав згідно ліннеєвської біноміальної номенклатури, 379 різних видів. У цей час було зроблено і кілька цікавих відкриттів. Так, 1823 року була визначена причина «кровотечі» проскур — бактерія, названа Serratia marcescens (інша назва Monas prodigiosa). Також слід відзначити Крістіана Готтфріда Еренберга, який описав безліч пігментованих бактерій, перші залізобактерії, а також скелети найпростіших і діатомових водоростей в морських і лиманних відкладах, чим поклав початок мікропалеонтології. Саме він вперше пояснив забарвлення води Червоного моря розвитком у ній ціанобактерій Trichodesmium erythraeum. Він, однак, зараховував бактерій до найпростіших і розглядав їх слідом за Левенгуком як повноцінних тварин зі шлунком, кишківником і кінцівками.

У Російській імперії, одним з перших мікробіологів був польсько-український ботанік Л. С. Ценковський (1822—1887), який окреслив велику кількість найпростіших, водоростей і грибів і зробив висновок про відсутність різкої межі між рослинами і тваринами. Він також організував одну з перших Пастерівських станцій і запропонував вакцину проти сибірки.

Мікроскопи Ван Левенгука

Висловлювалися в цей час і сміливі гіпотези — наприклад український лікар-епідеміолог Д. С. Самойлович (1744—1801) був переконаний в тому що хвороби спричинюють саме мікроорганізми, проте марно намагався побачити в мікроскоп збудника чуми — можливості оптики тоді ще не дозволяли це зробити. 1827 року, італієць А. Бассі виявив передавання хвороби шовковичного хробака при перенесенні мікроскопічного гриба. Ж. Л. Л. Бюффон і А. Л. Лавуазьє пов'язували шумування з дріжджами, однак загальноприйнятою залишалася чисто хімічна теорія цього процесу, сформульована в 1697 році Г. Е. Шталем. Для спиртового шумування, як для будь-якої реакції, Лавуазьє і Л. Ж. Гей-Люссак порахували стехіометричні співвідношення. У 1830-х роках Ш. Каньяр де Латур, Ф. Кютцинг і Т. Шванн незалежно один від одного спостерігали велику кількість мікроорганізмів в осаді й плівці на поверхні рідини, котра шумує, і пов'язали шумування з їхнім розвитком. Ці уявлення наштовхнулися, однак, на різку критику з боку таких значних хіміків як Фрідріх Велер, Йенс Якоб Берцеліус і Юстус Лібіх. Останній навіть написав анонімну статтю «Про розгадану таємницю спиртового шумування» (1839) — саркастичну пародію на мікробіологічні дослідження тих років.

Проте питання про причини шумування, тісно пов'язане з питанням про спонтанне самозародження життя, стало першим успішно вирішеним питанням про роль мікроорганізмів у природі.

1880-ті та 1890-ті роки ознаменувалися для мікробіології сплеском числа відкриттів. Багато в чому це було пов'язано з докладною розробкою методології. Перш за все тут слід відзначити внесок Роберта Коха, котрий створив наприкінці 1870-х — початку 1880-х низку нових методів і загальних принципів ведення дослідницької роботи. Пастер використовував для вирощування мікроорганізмів рідкі середовища, що містять всі елементи, що знаходяться в живих організмах. Рідкі середовища, однак, були недостатньо зручні. Так, складно було виділити колонію, яка походить від однієї живої клітини («чиста культура»), у зв'язку з чим можна було вивчати тільки збагачені самою природою культури. Лише 1883 року Е. Християном Гансеном було створено першу чисту культуру дріжджів, отриману методом висячої краплі. Тверді середовища вперше використовувалися для вивчення грибів, де потреба чистих культур також була обґрунтована. Стосовно бактерій, тверді середовища застосовував Кон у Вроцлаві взимку 1868 / 69 років, проте тільки в 1881 році Роберт Кох поклав початок широкому застосуванню желатинових і агарових пластинок. 1887 року, були введені в практику чашки Петрі.

Коху належать також знамениті постулати:

• збудник захворювання повинен регулярно виявлятися у хворої тварини чи людини;
• він повинен бути виділений у чистій культурі;
• виділений організм повинен спричиняти у піддослідних тварин ті ж симптоми, що й у хворої людини.

Також Кох впровадив методи забарвлення бактерій (раніше використані в ботаніці) і мікрофотографії. Слідом за ним почався розвиток і збагачення методології, так 1884 року Ганс Крістіан Грам запропонував спосіб фарбування бактерій (фарбування за Грамом). С. Н. Виноградський в 1891, застосував перше елективне середовище для виділення бактерій^{[джерело?]}. За наступні роки було описано більше видів ніж за весь попередній час, виділені збудники найнебезпечніших захворювань, виявлені нові процеси, вироблені бактеріями і невідомі в інших царствах природи.

У вивченні життєдіяльності мікроорганізмів слід відзначити внесок Луї Пастера (1822—1895). Він же разом з Робертом Кохом (1843—1910) стоять біля витоків вчення про мікроорганізми як збудників захворювань.

Екологічну роль і різноманіття мікробіологічних процесів показали Бейєрінк (1851—1931) і С. Н. Виноградський (1856—1953).

Слово «вірус» з'явилося 1599 року і спочатку означало «отрута».[6]

Технічна мікробіологія вивчає мікроорганізми, використовувані у виробничих процесах задля отримання різних практично важливих речовин: харчових продуктів, етанолу, гліцерину, ацетону, органічних кислот тощо.

Величезний внесок у розвиток мікробіології внесли українські, російські й радянські вчені: І. І. Мечников (1845—1916), Д. І. Івановський (1863—1920), М. Ф. Гамалія (1859—1949), Л. С. Ценковський, С. Н. Виноградський, В. Л. Омелянський, Д. К. Заболотний (1866—1929), В. С. Буткевич, С. П. Костичев, М. Г. Холодний, В. Н. Шапошников, Н. А. Красильников, А. А. Ішменецький та інші.

Велика роль у розвитку технічної мікробіології належить С. П. Костичеву, С. Л. Іванову і А. І. Лебедєву, які вивчили хімізм процесу спиртового шумування, який спричинюють дріжджи. На підставі досліджень хімізму утворення органічних кислот міцеліальними грибами, проведеними В. Н. Костичевою і В. С. Буткевичем, 1930 року в Ленінграді було організовано виробництво лимонної кислоти. На основі вивчення закономірностей розвитку молочнокислих бактерій, здійсненого В. Н. Шапошниковим і А. Я. Мантейфель, на початку 1920-х років у колишньому СРСР, було організовано виробництво молочної кислоти, необхідної в медицині для лікування ослаблених і рахітичних дітей. В. Н. Шапошников та його учні розробили технологію отримання ацетону і бутилового спирту за допомогою бактерій, і 1934 року в Грозному був пущений перший в СРСР завод з випуску цих розчинників. Праці Я. Я. Нікітінського Ф. М. Чистякова поклали початок розвитку мікробіології консервного виробництва та холодильного зберігання швидкопсувних харчових продуктів. Завдяки роботам А. С. Корольова, А. Ф. Войткевич і їх учнів значний розвиток отримала мікробіологія молока та молочних продуктів.

Частиною технічної мікробіології є харчова мікробіологія, яка вивчає способи отримання харчових продуктів з використанням мікроорганізмів. Наприклад, дріжджі застосовують у виноробстві, пивоварінні, хлібопеченні, спиртовому виробництві; молочнокислі бактерії — у виробництві кисломолочних продуктів, сирів, для квашення овочів; оцтово-кислі бактерії — у виробництві оцту; міцеліальні гриби використовують для одержання лимонної та інших харчових органічних кислот тощо. До теперішнього часу (ХХI століття) виділилися спеціальні розділи харчової мікробіології: мікробіологія дріжджового і хлібопекарського виробництва, пивоварного виробництва, консервного виробництва, молока та молочних продуктів, оцту, м'ясних і рибних продуктів, маргарину тощо.