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
- Появление новых гипотез и экспериментальных подходов в микробиологии
- Появление первого микроскопа, развитие микроскопирования и наблюдение за микроорганизмами
- Исследование появления бактерий и идея самозарождения живых организмов
- Выделение бактерий в отдельную и самостоятельную группу организмов
- Использование плотных сред и методов получения чистых культур в микробиологии
- Бактерии, как возбудителей инфекционных болезней животных и растений
- Процессы брожения и начало развития физиологии и биохимии бактерий
- Открытие литоавтотрофии бактерий в молекулярной биологии
- Фототаксис и фотосинтез у аноксигенных фототрофных бактерий
- Фототаксис и фотосинтез у оксигенных фототрофных бактерий
- Азотфиксирующие бактерии: фиксация молекулярного азота прокариотами
- Анаболизм и катаболизм бактерий. Апоферменты, коферменты и новые субстраты
- Метаболизм микробов: гетеротрофная и автотрофная фиксация углекислого газа
- Антибиотики, антиметаболиты, витамины и факторы роста бактерий
- Строение бактериальной клетки. Внутриклеточные включения и таксис бактерий
- Регуляция микробного метаболизма и адаптация бактерий
- Типы метаболизма бактерий и экологическая роль микроорганизмов в биосфере
- Методы классификации бактерии и их изменения
- Обнаружение вирусов бактерий (бактериофагов)
- 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) |
