История развития микробиологии

Бактерии были признаны особой группой организмов со специфической морфологией, характерным способом размножения и разнообразными метаболическими свойствами лишь в конце 19 в., но именно они стали основными объектами в экспериментальных исследованиях по ключевым аспектам клеточной биологии. Таким образом, бактериология проложила путь этой науке. Использование бактерий послужило существенным стимулом развития общебиологических исследований, и многие «современные» концепции сегодняшней биологии появились еще в девятнадцатом веке и в первой половине двадцатого столетия.

 

Приступая к изучению новой области знаний, важно в первую очередь познакомиться с начальным периодом ее развития, узнать, когда и кем были сделаны первоначальные наблюдения, как возникли первые идеи и в чем состояли решающие эксперименты. Ранние этапы становления микробиологии и смежных областей биологии мы описываем в этой статье и нижеперечисленных.

 

Статьи по истории развития микробиологии и бактериологии

  1. Появление новых гипотез и экспериментальных подходов в микробиологии
  2. Появление первого микроскопа, развитие микроскопирования и наблюдение за микроорганизмами
  3. Исследование появления бактерий и идея самозарождения живых организмов
  4. Выделение бактерий в отдельную и самостоятельную группу организмов
  5. Использование плотных сред и методов получения чистых культур в микробиологии
  6. Бактерии, как возбудителей инфекционных болезней животных и растений
  7. Процессы брожения и начало развития физиологии и биохимии бактерий
  8. Открытие литоавтотрофии бактерий в молекулярной биологии
  9. Фототаксис и фотосинтез у аноксигенных фототрофных бактерий
  10. Фототаксис и фотосинтез у оксигенных фототрофных бактерий
  11. Азотфиксирующие бактерии: фиксация молекулярного азота прокариотами
  12. Анаболизм и катаболизм бактерий. Апоферменты, коферменты и новые субстраты
  13. Метаболизм микробов: гетеротрофная и автотрофная фиксация углекислого газа
  14. Антибиотики, антиметаболиты, витамины и факторы роста бактерий
  15. Строение бактериальной клетки. Внутриклеточные включения и таксис бактерий
  16. Регуляция микробного метаболизма и адаптация бактерий
  17. Типы метаболизма бактерий и экологическая роль микроорганизмов в биосфере
  18. Методы классификации бактерии и их изменения
  19. Обнаружение вирусов бактерий (бактериофагов)
  20. Исследования генома бактерий и наследственности разных штаммов

 

Этот обзор этапов развития бактериологии, безусловно, нельзя считать полным; он отражает лишь основные направления исследований, своими истоками связанные с медициной, физиологией растений и сельскохозяйственной наукой. На примере микробиологии как части общечеловеческой культуры хорошо виден вклад все новых поколений в науку и то влияние, которое оказывает на нее дух века.

 

Историческое описание вскрывает эти связи, часто незаметные для современников. Поэтому представляется логичным завершить обзор на этапе начала 60-х гг. 20 в. В последующие годы можно убедится, что многие достижения современной микробиологии являются логическим следствием работ и идей исследователей, развивавших эту науку в течение предыдущих 250 лет.

 

История развития микробиологии до начала 60-х годов 20 века

Удобнее всего рассмотреть основные этапы развития микробиологии на примере таблицы, учитывающей как хронологические аспекты, так и важные результаты и открытия, происходящие в те или иные годы. Среди обозначений, применяемых в таблице, вам часто встретится сокращение – НП, означающее, что открытие было удостоено Нобелевской премии).

Год(-ы)

Открытия

1676

А. ван Левенгук впервые наблюдает бактерии под микроскопом

1776

Л. Спалланцани демонстрирует, что микробы можно убить кипячением, и этим опровергает гипотезу об их спонтанном зарождении. По результатам экспериментов были разработаны способы сохранения пищевых продуктов путем кипячения и консервирования (Appert; 1810)

1796

Э. Дженнер впервые вакцинирует человека вирусом коровьей оспы

1834-1837

Ф. Кютцинг, Ш. Каньяр де Латур и Т. Шванн независимо определяют дрожжи, как самостоятельные организмы, размножающиеся почкованием и сбраживающие сахар с образованием спирта и углекислоты

1838

Ж. Б. Буссенго устанавливает, что в почве под клевером увеличивается содержание азота

1838

К. Эренберг описывает микроорганизмы в своей книге «Анималкулы из настоев как самостоятельные организмы», в том числе виды Monas okenii и Ophidomonas jenensis

1853

X. Шрёдер и Т. фон Даг опровергают гипотезу спонтанного зарождения микробов; они же вводят в микробиологическую практику ватные пробки, обеспечивающие доступ воздуха в стерильную среду

1854

А. де Бари открывает фитопатогенные грибы - возбудители ржавчины и головни злаков (начало развития микологии)

1857-1861

Л. Пастер описывает образование этанола дрожжами, а также молочной, масляной и уксусной кислот различными бактериями

1869

О. Брефельд получает культуру патогенного для насекомых гриба Empusa muscae на твердой питательной среде с желатином

1876-1877

Ф. Кон описывает и классифицирует все известные к тому времени бактерии, а также эндоспоры бацилл и опровергает представления о мономорфизме бактерий

1877

Р. Кох (НП 1905) неопровержимо доказывает, что сибирскую язву вызывает Bacillus anthracis

1878

Дж. Листер выделяет Streptococcus lactis в чистой культуре методом предельных разведений

1881

Р. Кох разрабатывает метод получения чистых культур на плотных средах; начало «золотого века» микробиологии

1882

Т. Шлёзинг и А. Мюнц устанавливают, что нитрификация представляет собой биологический процесс

1883-1889

Т. Энгельманн изучает фототаксис у пурпурных бактерий и описывает их как фотосинтезирующие организмы

1884

К. Грам предлагает метод дифференциальной окраски бактерий

1884

В. Хессе использует агар в качестве отвердителя для микробиологических сред

1884-1888

В. Пфеффер описывает таксис бактерий как сенсорный процесс

1885-1886

Г. Гельригель и X. Вилфарт доказывают, что фиксация азота бобовыми связана с образованием у них корневых клубеньков благодаря заражению почвенными бактериями

1887

Дж. Петри предлагает для применения в исследованиях стеклянную чашку с крышкой, впоследствии названную его именем

1887

С. Н. Виноградский устанавливает, что при окислении сероводорода клетки Beggiatoa получают энергию (литотрофия)

1888

М. Бейеринк выделяет чистые культуры бактерий, образующих клубеньки на корнях бобовых

1891

С. Н. Виноградский доказывает существование процесса автотрофной фиксации углекислоты из воздуха в стехиометрии с окислением аммиака и получает чистые культуры представителей Nitrosomonas и Nitrobacter

1892

Д. И. Ивановский описывает фильтрующийся агент (вирус), вызывающий болезнь табака (табачную мозаику), после чего М. Бейеринк (1899), рассматривая природу вирусов, предлагает гипотезу «жидкого инфекционного начала»

1895

С. Н. Виноградский впервые выделяет культуру свободноживущей азотфиксирующей бактерии Clostridium pasteurianum; впоследствии М. Бейеринк выделяет Azotobacter chroococcum (1901)

1897

Э. Бухнер (НП 1907) открывает процесс сбраживания сахара бесклеточным экстрактом дрожжей

1904-1906

А. Гарден (НП 1929) и B. Янг изучают влияние фосфата на процесс брожения в бесклеточных экстрактах дрожжей и устанавливают накопление гексозо-1,6-дифосфата; начало экспериментов на бесклеточных системах

1909-1919

С. Орла-Йенсен описывает разнообразие молочнокислых бактерий

1911

К. Нейберг начинает исследованная спиртового брожения с применением метода «ловушки метаболита», позволившие описать реакции декарбоксилирования пирувата и образования ацетальдегида

1915-1917

Ф. Туорт и Ф. д’Эрелль описывают вирусы бактерий (бактериофаги)

1919

Дж. Будер описывает пурпурные бактерии как анаэробные фотолитоавтотрофные организмы; впоследствии К. ван Ниль (1931) формулирует теорию фотосинтеза и выводит его общее уравнение

1920-1943

О. Варбург (НП 1931) открывает функцию клеточных дыхательных ферментов и выделяет NAD, NADP, PAD и апоферменты

1925-1926

A. Клюйвер и Г. Донкер предлагают теорию общности окислительно-восстановительных процессов, протекающих в клетках эукариот и в микробных клетках при сбраживании субстратов (биохимическое единство жизни) и теорию брожения

1928

Дж. Куастел и В. Вулдридж демонстрируют подавление сукцинатдегидрогеназы малонатом, что становится ключом к объяснению действия структурных аналогов субстратов и антиметаболитов

1929

А. Флеминг (НП 1945) открывает пенициллин (впоследствии С. Ваксман открывает стрептомицин; 1943)

1931-1933

Э. Руска (НП 1986) конструирует первый электронный микроскоп

1933

Ф. Цернике (НП 1953) изобретает (фазово-контрастный микроскоп)

1935

X. Вуд и К. Веркман при изучении сбраживания глицерола Рrоріоnіbасterium arabinosum обнаруживают гетеротрофную фиксацию углекислоты

1936

Г. Домагк (НП 1939) открывает антибактериальное действие пронтозила (сульфонамида); его действие как структурного аналога 4-аминобензойной кислоты описывает Д. Вудс B 1941 г.

1936-1950

Э. Спелл демонстрирует потребность молочнокислых бактерий и дрожжей в некоторых факторах роста и витаминах [например, пантотенате, никотиновой кислоте, рибофлавине, биотине (и авидине), фолиевой кислоте и производных пиридоксаля]

1937

X. Кребс (1900-1981; НП 1953) открывает цикл лимонной кислоты

1941

Г. Бидл (1903-1989) и Э. Татум (совместно ПП 1958) выделяют ауксотрофные мутанты Neurospora crassa, и используют их для изучения метаболизма (концепция «один ген - один фермент»)

1941

Ф. Липман (1899-1986; НП 1953) открывает роль высокоэнергетических фосфатных связей в метаболизме и кофермент А

1944

О. Эвери, К. Маклеод и M. Маккарти открывают процесс трансформации ДНК и демонстрируют перенос генетических маркеров у Рneumососсus в результате поглощения ДНК, доказывая таким образом, что ДНК содержит генетическую информацию

1947

Дж. Ледерберг (НП 1958) открывает перенос генетических маркеров при конъюгации у мутантов Escherichia coli

1948

Дж. Ледерберг и Б. Дэвис применяют отбор с помощью пенициллина для выделения ауксотрофных мутантов, открывая возможность быстрого исследования метаболических путей

1953

Дж. Уотсон и Ф. Kрик (совместно НП 1962) расшифровывают структуру ДНК как двойной спирали, состоящей из двух комплементарных цепей

1953

А. Херши (НП 1969) и М. Чейз доказывают определяющую роль вирусной ДНК в размножении вирусов

1961

Ж. Моно и Ф. Жакоб (совместно НП 1965) предлагают гипотезу генетической регуляции синтеза ферментов (модель оперона) и совместно с Дж. Шанже (1963) - модель регуляции аллостерических ферментов

1961

П. Митчелл (1920-1992; НП 1978) открывает сопряжение транспорта электронов с переносом протонов через мембрану в исследованиях на клетках Micrococcus и разрабатывает хемиосмотическую теорию

1961

М. Ниренберг (ПП 1968) и Дж. Маттеи впервые синтезируют полипептиды в бесклеточных системах, используя как матрицу природные или синтетические полирибонуклеотиды; результаты этих экспериментов в конечном итоге позволяют расшифровать генетический код

1962

В. Арбер (НП 1978) открывает рестрикцию и модификацию ДНК

1962

P. Стейниер и К. ван Ниль формулируют различия между прокариотической и эукариотической клетками, используя определения, введенные Э. Чаттоном (1937)