МИКРОБИОЛОГИЯ • Большая российская энциклопедия — электронная версия

Микробиология — это наука, изучающая жизнь и развитие живых микроорганизмов (микробов). Микроорганизмы — самостоятельная обширная группа одноклеточных организмов, связанных по своему происхождению с растительным и животным миром.

Развитие микробиологии началось еще во времена древности, ког­да медики впервые предположили, что «зараза передается от человека к человеку» через каких-то живых существ.

В результате последующего развития естественных наук появи­лись специальные методы научных исследований, позволившие уче­ным окончательно убедиться в этом утверждении.

Среди выдающихся ученых-микробиологов можно выделить Л. Мастера, Р. Коха, И. И. Мечникова, Д. И. Ивановского.

По морфологическому строению все возбудители инфекционных заболеваний подразделяются следующим образом: микробы (бакте­рии); спирохеты; риккетсии; вирусы; грибки; простейшие (табл. 1.1, рис. 1.1).

Таблица 1.1
Классификация возбудителей инфекционных заболеваний

Рис. 1.1. Морфология микроорганизмов

Бактерии — это одноклеточные микроорганизмы. По своему морфологическому строению бактерии чрезвычайно разнообразны. Наиболее часто встречаются следующие виды бактерии (рис. 1.2):

кокки-бактерии шарообразной формы, одиночные или парами, а также в виде цепочек или образующие гроздья. К ним относятся ди­плококки, стрептококки, стафилококки. Они вызывают различные за­болевания. такие как скарлатина, менингит, гонорея и др.;

бациллы бактерии палочкообразной формы, имеющие достаточ­но большое распространение в природе. Они вызывают очень тяжелые инфекционные заболевания дифтерию, столбняк и туберкулез;

спириллы — извилистые клетки, напоминающие штопор. Они яв­ляются возбудителями летоспироза и сифилиса. Латинское название возбудителя сифилиса звучит довольно красиво — Spiroheta palida (бледная спирохета).

Все микробы по типу дыхания делятся на две группы: анаэробы хорошо размножаются только в отсутствии кислорода (возбудители столбняка, ботулизма, газовой гангрены и др.), аэробы живут исклю­чительно в кислородной среде.

Клетка бактерии состоит из следующих элементов: оболочка, про­топлазма, ядерная субстанция. У некоторых бактерий из наружного слоя оболочки формируются капсулы. Патогенные бактерии способ­ны образовывать капсулу, только находясь в организме человека или животного. Образование капсулы — это защитная реакция бактерии. Бактерия внутри капсулы устойчива к действию антител.

Рис. 1.2. Палочковидные бациллы, сферические кокки, спиральные спириллы

У многих палочковидных бактерий внутри тола, посередине или на одном из концов имеются характерные образования — эндогенные споры круглой или овальной формы. Споры появляются при неблаго­приятных внешних условиях существования бактерий (недостаток пи­тательных веществ, наличие вредных продуктов обмена, неблагоприят­ная температура, высушивание). Одна бактериальная клетка образует одну эндоспору, которая, попадая в благоприятную среду, прорастает, образуя одну клетку. Споры устойчивы к внешним воздействиям.

Многие бактерии обладают активной подвижностью. Подвижны­ми являются все спириллы и вибрионы. Подвижностью характеризуют­ся и многие виды палочковидных бактерий. Кокки неподвижны, за ис­ключением единичных видов. Подвижность бактерий осуществляется при помощи жгутиков тонких нитей, иногда спиралеобразно извитых.

У некоторых патогенных микробов при определенных внешних воздействиях можно достигнуть ослабления или даже потери болез­нетворных свойств. Однако при этом способность их при введении че­ловеку вызывать невосприимчивость к заболеванию, или иммунитет, сохраняется. Указанное положение легло в основу получения живых ослабленных вакцин, которые нашли широкое применение в профи­лактике заболеваемости с помощью прививок.

Для распознавания и изучения особенностей различных видов ми­кробов пользуются посевом их на искусственные питательные среды, которые готовят в лабораториях. Патогенные микробы растут лучше, если питательные среды по составу полнее воспроизводят условия их питания в живом организме.

Спирохеты (возбудители возвратного тифа, сифилиса) имеют форму тонких, штопорообразных, активно изгибающихся бактерий.

Риккетсии — это самые маленькие живые клетки, известные в при­роде. Они занимают промежуточное положение между бактериями и вирусами. Риккетсии имеют форму палочек, или кокков. Они зна­чительно меньше многих бактерий. Это абсолютные паразиты, так как могут расти и размножаться исключительно в клетке хозяина. Чтобы представить их размеры, приведем такой пример. В одной клетке сли­зистой желудочно-кишечного тракта блохи их может находиться около 100000. Впервые риккетсии были обнаружены и изучены американ­ским микробиологом Риккетсом. Переносчиком риккетсии являются насекомые и клещи. Заболевания, вызываемые различными видами возбудителей этой группы, получили название риккетсиозов: сыпной тиф, пятнистая лихорадка Скалистых гор, сыпной тиф, Ку-лихорадка и др. (рис. 1.3). В отличие от бактерий они не растут на искусственных питательных средах.

Рис. 1.3. Новый вирус кровавой лихорадки, который опаснее чумы

Вирусы это мельчайшие микроорганизмы, размеры которых изме­ряются в миллимикронах. Увидеть вирусы можно только при очень боль­шом увеличении (в 30000 раз) с помощью электронного микроскопа.

Они очень примитивно устроены. У них нет клеточной оболочки в обычном понимании или каких-либо сложно организованных струк­тур и не обнаруживается метаболизм. Они состоят из нуклеиновой кислоты (РНК или ДНК), окруженной белковой оболочкой. Главный компонент вирусов нуклеиновая кислота — представляет собой со­единение, которое служит материальной основой наследственности и многих других явлений жизни. Их жизнедеятельность обеспечивают РНК или ДНК клеток хозяина.

Вирусы являются строгими внутриклеточными абсолютными паразитами, способными развиваться (репликация или репродукция) только внутри клетки своего хозяина. Их постоянное местожительство — живая клетка человека или животного. Он ведет себя как вампир: не успокоится, пока не «высосет все соки» из клетки хозяина. В резуль­тате клетка погибает, вызывая поражение определенных систем или органов макроорганизма.

Некоторые вирусы обладают очень коварной способностью внедряясь в клетку, остаются в ней в латентном («сонном») состо­янии очень долгое время (в некоторых случаях на протяжении всей жизни хозяина). Так проходят месяцы и годы, и, как только организм ослаблен (по разным причинам стресс, авитаминоз, заболевание), вирус тотчас же реактивируется, т.е. проявляет свою активность или агрессивность. Другими словами, латентная инфекция переходит в острую или хроническую форму. Особенно опасны для человека те вирусы, которые встраиваются в наследственные субстраты клет­ки (ее хромосомы) и становятся, таким образом, составной частью генома человека. Это, например, вирус иммунодефицита человека. Известно также, что некоторые вирусы обладают способностью, про­никнув в клетку, нарушать механизмы роста и развития, превращая ее в раковую клетку.

Во внешней среде они практически не живут. Дезинфицирующие вещества, солнечный свет, ультрафиолет, нагревание убивают боль­шинство вирусов. Однако среди них есть и очень стойкие. Например, вирус болезни Боткина (инфекционный гепатит, или желтуха) погиба­ет лишь при температуре 100 °С и 45-минутном кипячении.

К вирусам относятся возбудители гриппа, ящура, полиомиелита, натуральной оспы, энцефалитов, кори, СПИДа и других заболеваний.

Лечение вирусных заболеваний очень сложное, но небезнадежное дело. На сегодняшний день самая эффективная защита от различных вирусов — прививки (превентивный способ защиты). С их помощью можно создать в организме достаточно мощный и эффективный заслон против большого числа вирусов, повысить активность иммунной систе­мы, ее защитные механизмы.

Многие вирусы обладают уникальной способностью изменять свои наследственные качества, т.е. мутировать. Тот факт, что вирус находится внутри клетки-хозяина, обеспечивает ему также надежную защиту. Очень немногие современные лекарства «работают» на вну­триклеточном уровне, большинство не в состоянии «достать» вирус. В процессе эволюции многие вирусы научились спасаться от иммун­ной системы организма хозяина, прикрываясь его же собственными белками, и при этом их разрушающее действие на организм хозяина не прекращается, а, напротив, усиливается. Именно к такому вирусу относится вирус 15, вызывающий болезнь Боткина.

Интерферон — это белок, содержащийся в нормальных клетках тканей. При лизисе клеток, например под воздействием вируса, он пе­реходит в окружающие жидкости. Блокируя некоторые ферментные системы клеток, свободный интерферон обладает способностью пре­пятствовать поражению этих клеток вирусом. Дальнейшее размноже­ние вируса возможно лишь в тех клетках, которые не блокированы ин­терфероном. Таким образом, интерферон является механизмом защиты клеток от чужеродных нуклеиновых кислот.

Грибки, или микроскопические грибы, в отличие от бактерий име­ют более сложную структуру. Большинство из них — многоклеточные организмы. Клетки микроскопических грибков вытянутой формы, по­хожие на нить. Размеры колеблются в пределах от 0.5 до 10-50 мкм и более (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Грибок

Большинство грибов — сапрофиты, только немногие из них вызы­вают заболевания человека и животных. Чаще всего они обусловливают различные поражения кожных покровов, волос, ногтей, но встречаются виды, которые поражают и внутренние органы. Заболевания, вызывае­мые микроскопическими грибами, носят название микозов.

В зависимости от строения и особенностей грибы разделяют на не­сколько групп.

1. К патогенным грибам относятся:

2. Из группы так называемых несовершенных грибов широкое распространение имеют возбудители многочисленных дерматомикозов.
3. Из непатогенных грибов наиболее распространены плесени и дрожжи.

Грибковые поражения кожи и ногтей встречаются очень часто.

К их числу относятся руброфитии, трихофитии, эпидермофитии. Дрожжевые грибки вызывают сравнительно распространенное заболе­вание влагалища молочницу. Встречается также грибковая ангина, фаринго- и ларингомикозы.

Простейшие — одноклеточные микроорганизмы, способные нане­сти вред здоровью человека, особенно при понижении защитных функ­ций его организма. Простейшие отличаются более сложным строением, чем бактерии.

К возбудителям инфекционных заболеваний человека среди простейших относятся дизентерийная амеба, малярийный плазмодий и др. Наиболее распространенные заболевания — амебная дизентерия, токсоплазмоз, лямблиоз и др. В последние годы все большее распро­странение получили урологические заболевания, причиной которых стали хламидии. Заболевание, которое они вызывают, называется хламидиоз.

Это также абсолютные паразиты. Они обладают одной отличи­тельной особенностью отсутствием механизмов для получения энер­гии из питательных веществ. Следовательно, они черпают ее из живых клеток хозяина.

Некоторые представители этой группы (простейших), например гельминты (паразитические черви), членистоногие (чесоточный клещ и др.), имеют более значительные размеры (рис. 1.5).

Гельминты (паразитические черви). У человека описано бо­лее 250 видов гельминтов. Из них на территории России наибольшее распространение имеют представи­тели класса круглых червей (возбудители аскаридоза, энтеробиоза, трихинеллеза, трихоцефалеза), класса ленточных червей (возбудители дифиллоботриоза, эхинококкоза), класса сосальщиков (возбу­дители описторхоза и др.). Наиболее разнообразная группа заболеваний, вызываемых гельминтами, наблюдается в тропических странах, где чело­век может поражаться сразу несколькими червями (полиинвазия).

В процессе развития черви проходят ряд последовательных стадий (жизненных циклов от личиночной до половозрелой стадии). Послед­ние, взрослые, формы паразитируют в организме окончательного хозя­ина, а выделяемые ими яйца или личинки либо развиваются во внешней среде, либо паразитируют в организме промежуточных хозяев. Человек может быть как окончательным, так и промежуточным хозяином.

Различают гельминты, жизнь которых протекает с обязательным участием человека, и гельминты, способные существовать независимо от человека — в организме животных.

Паразитическим червям свойственна очаговость, т.е. распростра­нение на определенной ограниченной территории — там, где прожива­ет человек или соответствующего вида животное. Надо сказать, что распространенность гельминтов отмечают как на территории населен­ных пунктов, так и в природе. Проникновение гельминтов в организм человека происходит двумя путями: через рот с пищей, загрязненной землей, содержащей яйца червей, или через кожу. Половозрелые фор­мы червей локализуются в организме окончательного хозяина в раз­ных органах: в кишечнике и вне его, в кровеносных и лимфатических сосудах, в легких, печени, соединительной ткани и др. Человек может быть поражен одновременно несколькими червями с разной их лока­лизацией.

Важнейшими свойствами микробов являются патогенность, т.е. способность вызывать инфекционную болезнь различной тяжести, и вирулентность, т.е. сумма агрессивных свойств микробов по отноше­нию к организму человека и животного. Мерой ее является количество живых микроорганизмов, способных вызвать заболевание; вирулент­ность — это мера патогенности, она различна у разных микробов.

По своей вирулентности (способности вызывать заболевание у человека) бактерии можно разделить на три группы: патогенные (за­разные), условно патогенные и сапрофиты. Особой вирулентностью и патогенностью обладают возбудители особо опасных инфекций.

Первые, безусловно, опасны для здоровья человека, и встреча с ними чревата инфекционными заболеваниями, если, конечно, орга­низм не имеет специфической защиты. Многие виды микробов стали паразитами — микроорганизмами, приспособившимися к жизни за счет другого живого организма.

Существуют и условно патогенные организмы, которые постоянно обитают внутри живого организма, не причиняя ему вреда. Их пато­генное действие проявляется только при изменении условий обитания и снижении защитных сил организма, вызванном различными факто­рами. В этих случаях они могут проявить свои патогенные свойства и вызвать соответствующие заболевания.

Среди микробов существуют также сапрофиты — безвредные микроорганизмы. Их роль сводится к разложению мертвых органиче­ских остатков в почве, сточных водах и т.н. Последние неопасны для организма и даже, напротив, очень полезны. Например, известно, что во влагалище женщины среда кислая. Это не что иное, как результат деятельности постоянно присутствующих микроорганизмов, кисло­молочных бактерий. Именно поэтому в такой среде не развиваются патогенные микроорганизмы и дрожжевые грибки. Другой пример: в толстом кишечнике обитает кишечная палочка есhегу соlli. Она обеспечивает процессы брожения в кишечнике, необходимые для раз­ложения клетчатки.

Необоснованное употребление некоторых лекарств (чаще всего при самолечении) вызывает уничтожение всей микрофлоры кишечни­ка. что приводит к заболеванию, которое носит название дисбактериоз. Надо заметить, что достаточно большое число людей страдают этим заболеванием. Может быть, некоторые из вас обратили внимание, что в последние годы в молочных отделах магазинов появились продукты с приставкой «био», в частности: биокефир, биойогурт, бифидок и др. И это не случайно. Их появление вполне оправданно, так как они помо­гают организму нормализовать его кишечную флору. Продукты с при­ставкой «био» очень полезны. Однако вполне достаточно употреблять их 1 2 раза в неделю по 0,25-0,5 л.

Всем патогенным микроорганизмам свойственна специфичность, т.е. способность микробов данного вида вызывать определенный вид заболевания, и токсичность, т.е. способность вырабатывать токсин.

Микроорганизмы в процессе своего размножения, жизнедеятель­ности и гибели выделяют ядовитые (токсические) отравляющие веще­ства, токсины — экзотоксины и эндотоксины.

Экзотоксин выделяется при жизни микробной клетки. Микроб­ные токсины значительно влияют на ход инфекционной болезни, а при некоторых болезнях они играют основную роль (ботулизм, дифтерия, столбняк). Экзотоксины поражают только строго определенные, чув­ствительные к данному токсину ткани. Так, столбнячный токсин дей­ствует на центральную нервную систему, ботулинистический — на ядра черепно-мозговых нервов; дифтерийный — на сердечно-сосудистую систему, почки. Экзотоксины обладают антигенностью. После обез­вреживания экзотоксинов (формалином и высокой температурой) их называют анатоксинами. Анатоксины применяются для прививок с целью создания невосприимчивости к некоторым инфекционным за­болеваниям, таким как столбняк, дифтерия, ботулизм.

Эндотоксин выделяется при разрушении микробной клетки, вы­зывает общую интоксикацию и не обладает антигенным свойством.