МИКРОБИОЛГИЯ
(от микро... и
биология),
наука, изучающая микроорганизмы - бактерии, микоплазмы, ак-тиномицеты,
дрожжи, микроскопич. грибы и водоросли - их систематику,
морфологию, физиологию, биохимию, наследственность и изменчивость, распространение
и роль в круговороте веществ в природе, практич. значение.
Возникновение и развитие микробиологии.
За
неск. тыс. лет до возникновения М. как науки человек, не зная о существовании
микроорганизмов, широко применял их для приготовления кумыса и др. кисломолочных
продуктов, получения вина, пива, уксуса, при силосовании кормов, мочке
льна. Впервые бактерии и дрожжи увидел А. Левенгук, рассматривавший
с помощью изготовленных им микроскопов зубной налёт, растит, настои, пиво
и т. д. Творцом М. как науки был Л. Постер, выяснивший роль микроорганизмов
в брожениях (виноделие, пивоварение) и в возникновении болезней
животных и человека. Исключит, значение для борьбы с заразными болезнями
имел предложенный Пастером метод предохранит, прививок, основанный на введении
в организм животного или человека ослабленных культур болезнетворных микроорганизмов.
Задолго до открытия вирусов Пастер предложил прививки против вирусной болезни
-бешенства. Он же доказал, что в совр. земных условиях невозможно самопроизвольное
зарождение жизни. Эти работы послужили науч. основой стерилизации хирургич.
инструментов и перевязочных материалов, приготовления консервов, пастеризации
пищ. продуктов и т. д. Идеи Пастера о роли микроорганизмов в круговороте
веществ в природе были развиты основоположником общей М. в России С.
Н. Виноградским, открывшим хемоавтотрофные микроорганизмы (усваивают
углекислый газ атмосферы за счёт энергии окисления неорганич. веществ;
см. Хемосинтез), азотфикси-рующие микроорганизмы и бактерий, разлагающих
целлюлозу в аэробных условиях. Его ученик В. Л. Омелянский открыл
анаэробных бактерий, сбраживаю-щих, т. е. разлагающих в анаэробных условиях
целлюлозу, и бактерий, образующих метан. Значит, вклад в развитие М. был
сделан голл. школой микробиологов, изучавших экологию, физиологию и биохимию
разных групп микроорганизмов (М. Бейеринк, А. Клюйвер, К. ван Нил). В развитии
мед. М. важная роль принадлежит Р. Коху, предложившему плотные питат.
среды для выращивания микроорганизмов и открывшему возбудителей туберкулёза
и холеры. Развитию мед. М. и иммунологии способствовали Э. Беринг
(Германия), Э. Ру (Франция), С. Китазато (Япония), а в России и СССР -
И. И. Мечников, Л. А. Та-расевич, Д. К. Заболотный, Н.
Ф. Гамалея.
Развитие М. и потребности практики привели
к обособлению ряда разделов М. в самостоят, науч. дисциплины. О б-щ а я
М. изучает фундаментальные закономерности биологии микроорганизмов. Знание
основ общей М. необходимо при работе в любом из спец. разделов М.
Содержание, границы и задачи общей М. постепенно
изменялись. Ранее к объектам, изучаемым ею, относили также вирусы, простейшие
растит, или животного происхождения (протозоа), высшие грибы и водоросли.
В зарубежных руководствах по общей М. до сих пор описываются эти объекты.
В СССР изучение этих объектов не входит в задачу общей М. В задачу технической,
или промышленной, М. входит изучение и осуществление микробиол. процессов,
применяемых для получения дрожжей, кормового белка, липидов, бактериальных
удобрений, а также получение путём микробиологи-ческого синтеза
антибиотиков,
витаминов, ферментов, аминокислот, нуклео-тидов, органич. к-т и т. п. (см.
также Микробиологическая промышленность). Сельскохозяйственная М.
выясняет состав почвенной микрофлоры, её роль в круговороте веществ в почве,
а также её значение для структуры и плодородия почвы, влияние обработки
на микробиол. процессы в ней, действие бактериальных препаратов на урожайность
растений. В задачу с.-х. М. входят изучение микроорганизмов, вызывающих
заболевания растений, и борьба с ними, разработка микробиол. способов борьбы
с насекомыми - вредителями с.-х. растений и лесных пород, а также методов
консервирования кормов, мочки льна, предохранения урожая от порчи, вызываемой
микроорганизмами. Геологическая М. изучает роль микроорганизмов в круговороте
веществ в природе, в образовании и разрушении залежей полезных ископаемых,
предлагает методы получения (выщелачивания) из руд металлов (медь, германий,
уран, олово) и др. ископаемых с помощью бактерий. Водная М. изучает количеств,
и качеств, состав микрофлоры солёных и пресных вод и её роль в биохим.
процессах, протекающих в водоёмах, осуществляет контроль за качеством питьевой
воды, совершенствует микробиол. методы очистки сточных вод. В задачу медицинской
М. входит изучение микроорганизмов, вызывающих заболевания человека, и
разработка эффективных методов борьбы с ними. Эти же вопросы в отношении
сельскохозяйственных и др. животных решает ветеринарная М.
Своеобразие строения и размножения вирусов,
Для изучения обмена веществ и хим. состава
Лаборатории обогатились ферментёрами различной ёмкости и конструкции.
Деление микроорганизмов на полезных и вредных
Подготовка кадров микробиологов осуществляется
Лит.: Достижения советской микробиологии,
Л. А. Имшенецкий.
а также применение спец. методов их исследования привели к возникновению
вирусологии
как самостоят, науки, не относящейся к М.
Связь микробиологии с другими науками.
М.
в той или иной степени связана с др. науками: морфологией и систематикой
низших растений и животных (микологией , альгологией, протистологией),
физиологией растений, биохимией, биофизикой, генетикой, эволюц. учением,
молекулярной биологией, органич. химией, агрохимией, почвоведением, биогеохимией,
гидробиологией, хим. и микробиол. технологией и др. Микроорганизмы служат
излюбленными объектами исследований при решении общих вопросов биохимии
и генетики (см. Генетика микроорганизмов, Молекулярная генетика). Так,
с помощью мутантов, утративших способность осуществлять один из этапов
биосинтеза к.-л. вещества, были расшифрованы механизмы образования мн.
природных соединений (напр., аминокислот лизина, аргинина и др.). Изучение
механизма фиксации молекулярного азота для воспроизведения его в пром.
масштабах направлено на поиски катализаторов, аналогичных тем, к-рые в
мягких условиях осуществляют азотфиксацию в клетках бактерий. Между
М. и химией существует постоянная конкуренция при выборе наиболее экономичных
путей синтеза различных органич. веществ. Ряд веществ, к-рые ранее получали
микробиол. путём, теперь производят на основе чисто хим. синтеза (этиловый
и бутиловый спирты, ацетон, метионин, антибиотик левомицетин и др.). Нек-рые
синтезы осуществляют как хим., так и микробиол. путём (витамин В
стероидные гормоны, витамин С и др.). Наконец, есть продукты и препараты,
к-рые пока могут быть получены только путём микробиол. синтеза (мн. антибиотики
сложного строения, ферменты, липиды, кормовой белок и т. д.).
Современная микробиология. Как общая
М., так и её спец. разделы развиваются исключительно бурно. Существуют
три осн. причины такого развития Во-первых, благодаря успехам физики химии
и техники М. получила большое число новых методов исследования. Во вторых,
начиная с 40-х гг. 20 в. резке возросло практич. применение микроорганизмов.
В-третьих, микроорганизмы стали использовать для решения важнейших биол.
проблем, таких, как наследственность и изменчивость, биосинтез органич.
соединений, регуляция обмена веществ и др. Успешное развитие совр. М. невозможно
без гармонич. сочетания исследований, проводимых на популяци-онном, клеточном,
органоидном и молекулярном уровнях. Для получения бесклеточных ферментных
систем и фракций, содержащих определённые внутриклеточные структуры, применяют
аппараты, разрушающие клетки микроорганизмов, а также градиентное центрифугирование,
позволяющее получать частицы клеток, обладающие различной массой. Для исследования
морфологии и цитологии микроорганизмов разработаны новые виды микроскопической
техники. В СССР был изобретён метод капиллярной микроскопии, позволивший
открыть новый, ранее не доступный для наблюдения мир микроорганизмов, обладающих
своеобразной морфологией и физиологией.
микроорганизмов получили распространение различные способы хрома-тографии,
масс-спектрометрия, метод изотопных индикаторов, электрофорез и др. физ.
и физ.-хим. методы. Для обнаружения органич. соединений применяют также
чистые препараты ферментов. Предложены новые способы выделения и химич.
очистки продуктов жизнедеятельности микроорганизмов (адсорбция и хроматография
на ионообменных смолах, а также иммунохим. методы, основанные на специфич.
адсорбции определённого продукта, напр, фермента, антителами животного,
образовавшимися у него после введения этого вещества). Сочетание цитологич.
и биохимич. методов исследования привело к возникновению функциональной
морфологии микроорганизмов. С помощью электронного микроскопа стало возможным
изучение тонких особенностей строения цитоплазматич. мембран и рибосом,
их состава и функций (напр., роль цитоплазматич. мембран в процессах трянспорта
различных веществ или участие
рибосом в биосинтезе белка).
Широкое распространение получило непрерывное культивирование микроорганизмов,
основанное на постоянном притоке свежей питат. среды и оттоке жидкой культуры.
Установлено, что наряду с размножением клеток (ростом культуры) происходит
развитие культуры, т. е. возрастные изменения у клеток, составляющих культуру,
сопровождающиеся изменением их физиологии (молодые клетки, даже интенсивно
размножаясь, не способны синтезировать мн. продукты жизнедеятельности,
напр, ацетон, бутанол, антибиотики, образуемые более старыми культурами).
Совр. методы изучения физиологии и биохимии микроорганизмов дали возможность
расшифровать особенности их энергетич. обмена, пути биосинтеза аминокислот,
мн. белков, антибиотиков, нек-рых липидов, гормонов и др. соединений, а
также установить принципы регуляции обмена веществ у микроорганизмов.
Практическое значение микробиологии. Активно участвуя в круговороте
веществ в природе, микроорганизмы играют важнейшую роль в плодородии почв,
в продуктивности водоёмов, в образовании и разрушении залежей полезных
ископаемых. Особенно важна способность микроорганизмов минерализовать органич.
остатки животных и растений. Всё возрастающее применение микроорганизмов
в практике привело к возникновению микробиол. пром-сти и к значит, расширению
микробиол. исследований в различных отраслях пром-сти и с. х-ва. С сер.
19 в. до 40-х гг. 20 в. технич. М. в основном изучала различные брожения,
а микроорганизмы использовались преим. в пищ. пром-сти. С 40-х гг. быстро
развиваются новые направления технич. М., к-рые потребовали иного аппаратурного
оформления микробиол. процессов. Выращивание микроорганизмов стали проводить
в закрытых ферментёрах большой ёмкости, совершенствовались методы отделения
клеток микроорганизмов от культуральной жидкости, выделения из последней
и химич. очистки их продуктов обмена. Одним из первых возникло и развилось
производство антибиотиков. В широких масштабах микробиол. путём получают
аминокислоты (лизин, глутаминовая к-та, триптофан и др.), ферменты, витамины,
а также кормовые дрожжи на непищевом сырье (сульфитные щелока, гидролизаты
древесины, торфа и с.-х. растит, отходы, углеводороды нефти и природного
газа, фенольные или крахмалсодержащие сточные воды и т. д.). Осуществляется
получение микробиол. путём полисахаридов и осваивается пром. биосинтез
липидов. Резко возросло применение микроорганизмов в с. х-ве. Увеличилось
производство бактериальных удобрений, в частности нитрагина, приготовляемого
из культур клубеньковых бактерий, фиксирующих азот в условиях симбиоза
с бобовыми растениями, и применяемого для заражения семян бобовых культур.
Новое направление с.-х. М. связано с микробиол. методами борьбы с насекомыми
и их личинками - вредителями с.-х. растений и лесов. Найдены бактерии и
грибы, убивающие своими токсинами этих вредителей, освоено произ-во соответствующих
препаратов. Высушенные клетки молочнокислых
бактерий используют для лечения кишечных заболеваний человека и с.-х. животных.
условно, т. к. оценка результатов их деятельности зависит от условий, в
к-рых она проявляется. Так, разложение целлюлозы микроорганизмами важно
и полезно в растит. остатках или при переваривании пищи в пищева-рит. тракте
(животные и человек не способны усваивать целлюлозу без её предварит, гидролиза
микробным ферментом целлюлозой). В то же время микроорганизмы, разлагающие
целлюлозу, разрушают рыболовные сети, канаты, картон, бумагу, книги, хл.-бум.
ткани и т. д. Для получения белка микроорганизмы выращивают на углеводородах
нефти или природного газа. Одновременно с этим большие количества нефти
и продуктов её переработки разлагаются микроорганизмами на нефт. промыслах
или при их хранении. Даже болезнетворные микроорганизмы не могут быть отнесены
к абсолютно вредным, т. к. из них приготовляют вакцины, предохраняющие
животных или человека от заболеваний. Порча микроорганизмами растит, и
животного сырья, пищ. продуктов, строит, и пром. материалов и изделий привела
к разработке различных способов их предохранения (низкая темп-pa, высушивание,
стерилизация, консервирование, добавление антибиотиков и консервантов,
подкисление и т. п.). В др. случаях возникает необходимость ускорить разложение
определённых химич. веществ, напр, пестицидов, в почве. Велика роль
микроорганизмов при очистке сточных вод (минерализация веществ, содержащихся
в сточных водах).
в СССР на кафедрах М. ун-тов, с.-х., а также пищ. вузов, мед. и вет. ин-тов;
существуют спец. кафедры микробиол. технологии. Имеется Всесоюзное микробиологическое
общество и Об-во мед. микробиологов и эпидемиологов (17 тыс. членов). Ведущее
науч. учреждение в области общей М.- Микробиологии институт АН СССР.
Во мн. АН союзных республик созданы микробиологические н.-и. ин-ты или
отделы; организованы также отраслевые ин-ты, ин-ты антибиотиков и др. Работы
по различным разделам М. публикуются в журналах: -"Микробиология" (с 1932),
•"Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии" (с 1924), "Прикладная
биохимия и микробиология" (с 1965), "Мгкробюлопчний журнал" (Кшв, с
1934),
а также в "Докладах АН СССР" и в общих биологических журналах',
издаётся
ежегодник "Успехи микробиологии" (с 1964). За рубежом издаются: "Journal
of Bacteriology" (Bait., с 1916), "Annual Review of Microbiology" (Stanford,
с 1947), "An-nales de 1'Institut Pasteur" (P., с 1887), "Archiv fur Mikrobiologie"
(B.- Hdlb., с 1930), "Zeitschrift fur allgemeine Mikrobiologie" (В., с
1960) и др.
М., 1959; Фробишер М., Основы микробиологии, пер. с англ., М., 1965; Р
а-ботнова И. Л., Общая микробиология, М., 1966; "Микробиология", 1967,
т. 36, в. 6 (Советская микробиология за 50 лет); М е и н е л л Дж., Мейнелл
Э., Экспериментальная микробиология, пер. с англ., М., 1967; ШлегельГ.,
Общая микробиология, пер. с нем., М., 1972.
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я