Возможность изучения микроорганизмов возникла лишь с развитием оптических приборов. Первый микроскоп был создан ещё в 1610 году Галилео Галилеем. В 1665 Роберт Гук впервые увидел растительные клетки. Однако 30 кратного увеличения его микроскопа не хватило, чтобы увидеть простейших и тем более бактерии. По мнению В. Л. Омельянского «первым исследователем, перед изумлённым взором которого открылся ... мир микроорганизмов, был учёный иезуит Афанасий Кирхер, автор ряда сочинений астрологического характера», однако обычно первооткрывателем микромира называют Антони ван Левенгука. В своём письме Лондонскому Королевскому обществу он сообщает, как 24 апреля 1676 года микроскопировал каплю воды, и даёт описание увиденных там существ, в том числе бактерий. Левенгук считал обнаруженных им микроскопических существ «очень маленькими животными» и приписывал им те же особенности строения и поведения, что и обычным животным. Повсеместное распространение этих «животных» стало сенсацией не только в научном мире. Левенгук демонстрировал свои опыты всем желающим, в 1698 году его даже посетил Пётр I. Между тем, наука в целом ещё не была готова к пониманию роли микроорганизмов в природе. Система теорий возникла тогда лишь в физике. Во времена Левенгука отсутствовали представления о ключевых процессах живой природы. Поэтому неудивительно что «живым зверькам» Левенгука не нашлось место нигде, кроме как в коллекции курьёзов.

В течение следующих 100–150 лет развитие микробиологии проходило лишь с описанием новых видов. Видную роль в изучении многообразия микроорганизмов сыграл Отто Фридрих Мюллер, который к 1789 описал и назвал по линнеевской биномиальной номенклатуре 379 различных видов. Также следует отметить Христиана Готтфрида Эренберга, описавшего множество пигментированных бактерий, первые железобактерии, а также скелеты простейших и диатомовых водорослей в морских и лиманных отложениях, чем положил начало микропалеонтологии. Именно он впервые объяснил окраску воды Красного моря развитием в ней цианобактерий Trichodesmium erythraeum. Он, однако, причислял бактерий к простейшим и рассматривал их вслед за Левенгуком как полноценных животных с желудком, кишечником и конечностями. В России одним из первых микробиологов был Лев Семенович Ценковский (1822-1887), описавший большое число простейших, водорослей и грибов и сделавший вывод об отсутствии резкой границы между растениями и животными, отнёс бактерии к растительным организмам. Позже им также была организована одна из первых Пастеровских станций и предложена вакцина против сибирской язвы. Однако, открытые Левенгуком микроскопические существа не связывали с возникновением заразных заболеваний. Высказывались в это время  смелые гипотезы, например военный врач-эпидемиолог Д. С. Самойлович (1744–1801) был убеждён в том, что болезни вызываются именно микроорганизмами, однако тщетно пытался увидеть в микроскоп возбудитель чумы – возможности оптики тогда ещё не позволяли это сделать. Во время чумы в Москве (1771-1772 гг.) именно Данила Самойлович впервые проводит дезинфекцию одежды и других вещей больных чумой, предписывает часто мыть руки и делает «прививку заразного ослабленного начала чумы» здоровым людям, прикасавшимся к больным. В 1796 году английским врачом Эдуардом Дженнером была проведена первая прививка против оспы, на создание метода оспропрививания у него ушло 10 лет. Дженнер заметил, что многие люди, которые не болели оспой при контакте с больными не заражаются. Особенно часто это явление наблюдали у доярок, заражавшихся при доении животных, больных коровьей оспой. Первая прививка была проведена здоровому мальчику, которому ввели содержимое гнойного пузырька коровы, больной оспой, а через полтора месяца он привил этому же мальчику материал от человека, больного оспой. Мальчик не заболел. Таким образом, человечество избавилось от этой страшной болезни, уносившей миллионы человек. ( В Париже за 1723 г. умерло от оспы 20 тыс. человек, в Неаполе в 1768 г. умерло 16 тыс. человек за несколько недель).

В 1827 итальянец А. Басси обнаружил передачу болезни шелковичного червя при переносе микроскопического гриба. Ж. Л. Л. Бюффон и А. Л. Лавуазье связывали брожение с дрожжами, однако общепринятой оставалась чисто химическая теория этого процесса, сформулированная в 1697 Г. Э. Шталем. Для спиртового брожения, как для любой реакции, Лавуазье и Жозефом ЛуиГей-Люссаком были посчитаны стехиометрические соотношения. В 1830-х Ш. Каньяр де Латур, Ф. Кютцинг и Т. Шванн независимо друг от друга наблюдали обилие микроорганизмов в осадке и плёнке на поверхности бродящей жидкости и связали брожение с их развитием. Эти представление наткнулись, однако, на резкую критику со стороны таких видных химиков как Фридрих Вёлер, Йёнс Якоб Берцелиус и Юстус Либих. Последний даже написал анонимную статью «О разгаданной тайне спиртового брожения» (1839) – саркастическую пародию на микробиологические исследования тех лет. Тем не менее, вопрос о причинах брожения, тесно связанный с вопросом о спонтанном самозарождении жизни, стал первым успешно решённым вопросом о роли микроорганизмов в природе.

 Рис. 3 Антони ван Ле́венгук (1632 - 1723) — голландский натуралист, конструктор микроскопов, основоположник научной микроскопии, член Лондонского королевского общества (с 1680 года).

 Рис. 4 Лев Семёнович Ценко́вский (1822 - 1887) — русский ботаник, протозоолог и бактериолог, член-корреспондент Петербургской АН (1881).

 Рис. 5 Даниил Самойлович Самойлович (настоящая фамилия — Сущинский;1744 - 1805) — украинский медик, основатель эпидемиологии в Российской империи, фундатор первого на Украине научного медицинского товарищества. Первым доказал возможность противочумной прививки.

Рис. 6 Эдвард Дженнер (1749 - 1823) — английский врач, разработал первую вакцину — против оспы. Первый руководитель общества оспопрививания в Лондоне с 1803 года (ныне Дженнеровский институт).

Физиологический этап.

Последующее развитие микробиологии и становление ее как науки связаны с именем французского ученого Л. Пастера (1822—1895). Первые работы Пастер (химик по образованию) посвятил изучению асимметрии виннокислых солей и уже в этой области приобрел известность, открыв явление изомерии. Но во всем мире он получил признание благодаря изучению микробиологии, сделав ряд открытий. Именно его труды дали научные доказательства значения микроорганизмов в возникновении заразных заболеваний и обоснование для развития методов борьбы с ними.

 Основные этапы деятельности Л. Пастера.

1. Описал процессы брожения и гниения, показал, что они вызываются микроорганизмами, 1857.
2. Впервые выявил новую форму жизни микроорганизмов – анаэробную, не требующую кислорода, а иногда даже гибнущей под его воздействием.
3. Доказал, что самопроизвольного зарождения жизни не существует, в 1860-х показал что стерилизация делает брожение невозможным. Опыты Пастера показали, что микроорганизмы попадают в питательную среду из воздуха. Этот вопрос волновал учёных на протяжении долгого времени. ( Хотя ещё в 1775 г. русский исследователь М.М. Тереховский высказал мнение, что микроскопические существа не возникают путём самозарождения, но вопрос возникновения живого из неживого оставался спорным.) Так принцип omne vivum ex vivo (всё живое из живого) окончательно победил в биологии.
4. Занимался болезнями вина и пива, 1865.
5. Изучил болезни шелковичных червей, которые наносили огромный урон экономике Франции, нашёл причину поражения червей – их заболевания также были вызваны микробами, нашёл средство борьбы с ними, 1868.
6. Разработал метод уничтожения микроорганизмов, при воздействии на них высокой температурой. Этот метод обеспложивания называют стерилизацией. Для пищевых продуктов, которые при кипячении изменяют свои свойства, он предложил более «мягкую» обработку, которую назвали пастеризацией.
7. Доказал, что заразные болезни человека являются результатом жизнедеятельности микроорганизмов, это дало начало новой науке медицинской микробиологии.
8. Создал вакцину (vacca – лат. корова) этим термином Пастер назвал ослабленную культуру микроорганизмов, введение которой не вызывает заболевание, но делает людей и животных невосприимчивыми к заболеванию. Пастер является основоположником профилактических прививок. В 1885г. предложил прививку против бешенства. Для создания этой вакцины он использовал материал от бешенной собаки, так как в чистом виде возбудителя бешенства не удавалось увидеть под микроскопом или вырастить на питательной среде. Первым от бешенства был вакцинирован ребенок, искусанный бешенной собакой, что спасло его от смерти. Следующим шагом была вакцинация русских крестьян, пришедших пешком в Париж, после укусов бешенного волка. На основе этого были созданы вакцины против сибирской язвы и холеры животных.
9. Кроме того, в 1877 г. разработал метод получения чистых культур бактерий вне организма или той естественной природной среды, где микробы находятся, открыл новую эпоху в микробиологии и обеспечил ее развитие в ближайшие годы. Пастеру принадлежит честь открытия возбудителя куриной холеры, родильной горячки, септицемии, остеомиелита, одного из возбудителей газовой гангрены.

На основании открытий Пастера английский учёный Д. Листер в 1867 г. создал методы антисептики и септики – промывания ран и перевязочных материалов раствором карболовой кислоты, чтобы предотвратить микробное заражение.

1880-е и 1890-е ( «Золотой век» микробиологии) ознаменовались для микробиологии всплеском числа открытий. Во многом это было связано с подробной разработкой методологии. Прежде всего, здесь следует отметить вклад Роберта Коха (1843-1910), создавшем в конце 1870-х – начале 1880-х ряд новых методов и общих принципов ведения исследовательской работы. Впервые ввел в практику плотные питательные среды ( до этого использовались только жидкие питательные среды), позволившие получить отдельные колонии и чистую культуру. В 1887 году введены в практику чашки Петри. Кох впервые предложил использовать анилиновые красители для окраски бактерий (ранее использованные в ботанике), применил иммерсионную систему и микрофотографию, вел освещение при микроскопировании, используя конденсор Аббе.

Он открыл возбудителя туберкулёза, названного в честь учёного полочкой Коха (1882) и возбудителя холеры (1883)

Коху принадлежат также знаменитые постулаты:

• возбудитель заболевания должен регулярно обнаруживаться у пациента
• он должен быть выделен в чистую культуру
• выделенный организм должен вызывать у подопытных животных те же симптомы, что и у больного человека

Эти принципы были приняты не только в медицине, но и в экологии для определения вызывающих те или иные процессы организмов. Методы выращивания и выделения микроорганизмов, которые разработал Кох, привели к целому ряду других открытий и обогащению методологии: так в 1884 Ганс Кристиан Грам использовал метод дифференцирующего окрашивания бактерий (Метод Грама), Сергей Николаевич Виноградский в 1891 применил первую элективную среду. За следующие годы было описано больше видов чем за все предыдущее время, выделены возбудители опаснейших заболеваний, обнаружены новые процессы, производимые бактериями и неизвестные в других царствах природы. Были описаны возбудители дифтерии (Э. Клебс и Ф. Леффлер), брюшного тифа (К. Эберт и Г. Гаффки), столбняка (А. Николайер и С. Китазато), дизентерии (А.В. Григорьев и К. Шига) и другие. Открытие некоторых возбудителей инфекций, связаны и с драматическими страницами в истории медицины, так в1874 году профессор Казанского университета Г.Н. Минх заразил себя кровью больного возвратным тифом, доказав этим, что возбудитель данного заболевания находится в крови, он так же высказал предположение, что передаётся это заболевание через кровососущих насекомых. Через два года врач О.О. Мочутковский, повторив опыт Минха заразил себя кровью больных сыпным и возвратным тифом и подтвердил, что возбудители этих инфекционных заболеваний находятся в крови.

Рис. 7 Луи́ Пасте́р (1822 - 1895) — французский микробиолог и химик, член Французской академии (1881).

 Рис. 8 Ге́нрих Ге́рман Ро́берт Кох (1843 - 1910) — немецкий микробиолог. За исследования туберкулёза награждён Нобелевской премией по физиологии и медицине в 1905 году.

 Рис. 9 Серге́й Никола́евич Виногра́дский (1856 -1953) — выдающийся русский микробиолог, основатель экологии микроорганизмов и почвенной микробиологии.

Рис. 10 Ганс Кристиан Йоахим Грам (1853 - 1938) — датский бактериолог.

Иммунологический этап.

К началу данного периода учёными были разработаны научные основы, а их классические работы привели к созданию учения о фагоцитозе. Теория фагоцитоза была предложена И. И. Мечниковым в 1883 г. на VII съезде русских естествоиспытателей и врачей в Одессе. В противовес односторонней этиологической направленности мнения Коха и его учеников И. И. Мечников впервые научно аргументировал роль и активность самого организма в инфекционном процессе, объединив бактериологию с патологией, создав новое направление в медицине. В 1886 г. И. И. Мечников организовал и возглавил первую в России бактериологическую станцию в Одессе. Общественная деятельность И. И. Мечникова навлекла на него преследования царского правительства, и в 1888 г. ученый вынужден был покинуть родину. Последние 20 лет жизни он работал в Париже в Институте Пастера, но, оставаясь русским подданным, ученый - патриот часто приезжал в Россию, содействовал развитию отечественной медицинской науки. Совместно с французским микробиологом Эмилем Ру в 1903 г. И. И. Мечников разработал метод воспроизведения экспериментального сифилиса. Учение о фагоцитозе явилось основой для понимания сущности воспаления как активной реакции организма против микробов, в которой фагоцитарная активность клеток организма обеспечивает устойчивость, сформировавшуюся в процессе эволюционного развития человека. Одновременно с И. И. Мечниковым невосприимчивость к инфекционным болезням исследовал Пауль Эрлих (1854—1915), создавший гуморальную теорию иммунитета (от humor — жидкость). Эта теория основывалась на накапливающихся фактах, свидетельствующих о защитной роли сыворотки крови, которая содержит особые вещества — антитела. Были получены антитоксические сыворотки против ядов дифтерийной, столбнячной палочки, возбудителя ботулизма и др., примененные в лечении соответствующих заболеваний. Длительная и упорная борьба мнений между сторонниками клеточной и гуморальной теорий иммунитета стимулировала проведение большого числа исследований, результатом которых явились создание более совершенных лабораторных методов диагностики инфекционных болезней, получение вакцин для профилактики и другие полезные для практики предложения, а главное — установление общепризнанного теперь факта, что невосприимчивость к инфекционным заболеваниям зависит как от клеточного (фагоцитарного), так и от гуморального факторов. За разработку учения об иммунитете И. И. Мечников и П. Эр лих в 1908 г. были удостоены Нобелевской премии.
Современная иммунология родилась как учение о невосприимчивости к инфекционным заболеваниям. Многочисленные исследования в области иммунологии на протяжении нескольких десятилетий показали, что иммунитет является функцией не только фагоцитов. Главное значение иммунитета состоит в распознавании «своего» и «чужого». Эта идея, сыгравшая огромную роль в расширении границ иммунологии, принадлежит Ф. Бернету — известному австралийскому ученому, одному из крупнейших иммунологов современности.
Русскому ученому Д. И. Ивановскому принадлежит честь открытия фильтрующихся вирусов (1892). Опыты Д. И. Ивановского по методу выполнения были простыми: сок, выжатый из листьев табака, пораженных мозаичной болезнью, фильтровался через специальные каолиновые фильтры и фильтратом заражались свежие листья, в результате чего у растения развивалось заболевание. Год описания этих опытов (1892) считают годом открытия вирусов, а Д. И. Ивановского — первооткрывателем их и основоположником вирусологии, которая сейчас сформировалась в самостоятельную науку. Вслед за установленнием Д. И. Ивановским вирусной природы болезней растений были открыты вирусы, патогенные для животных и человека. Большим успехом отечественной вирусологии является история борьбы с трансмиссивными энцефалитами. Используя достижения науки, в 1937 г. группа ученых под руководством Л. А. Зильбера па Дальнем Востоке выделила вирус клещевого энцефалита, изучила основные закономерности патогенеза, патоморфологии и иммунологии этого заболевания и доказала роль клещей в передаче инфекции. Уже в 1940 г. были созданы высокоэффективные средства профилактики (инактивированная мозговая формолвакцина) и терапии (препараты специфического лошадиного гаммаглобулина, а также гаммаглобулина, приготовленного из сыворотки людей, проживающих в эпидемических очагах). Изучение очагов клещевого и японского энцефалита в природе привело к созданию теории природной очаговости инфекционных болезней. В 1955 г. американский ученый Дж. Солк получил инактивированную вакцину против полиомелита, а затем А. Сэбин селекционировал живую вакцину. Исключительно важное место в работах отечественных  вирусологов занимает изучение гриппа — наиболее распространенной и сейчас инфекционной болезни человека. Изучение гриппа было начато в 1933—1934 гг. Вирусолог В. М. Жданов посвятил свои работы, разрешению проблем гриппа, созданию классификации вирусов, изучению эволюции инфекционных вирусных болезней. Вирусологи внесли много нового в изучение онкогенных вирусов. Ими были разработаны вопросы иммунологии рака, вирусной трансформации клетки и многие другие. Л. А. Зильбером была сформулирована первая вирусогенетическая теория возникновения опухолей. Основы современной химиотерапии были заложены П. Эрлихом, который показал, что растворимые свинцовые соли, введенные в организм, не распределяются в нем равномерно, а способны концентрироваться в определенных органах и клетках. Он сделал очень важное заключение, что некоторые химические вещества имеют химическое сродство к определенным тканям и клеткам. Этот подход к лечению инфекционных заболеваний Эрлих называл химиотерапией и считал, что химия поможет найти «волшебную пулю», которая способна убить микробы, не повреждая клетки организма человека. Наблюдая антагонизм микробов, некоторые исследователи пытались выделять вещества, продуцируемые микробами - антагонистами в окружающую среду, в частности зеленой плесенью, лечебные свойства которой были известны еще в XIX веке. Но практического выхода эти работы не получили и вскоре были забыты.
Английский ученый Александр Флеминг в 1928 г. наблюдал зоны лизиса стафилококка в чашках, случайно проросших зеленой плесенью. Выделенный штамм плесени губительно действовал и на другие микробы. Однако выделить активное начало зеленой плесени — пенициллин — удалось только в 1940 г. В чистом виде пенициллин был получен группой английских химиков во главе с Г. Флори и Э. Чейном. Организация производства и широкое внедрение пенициллина в медицинскую практику потребовали согласованных усилий ученых разных специальностей. В Советском Союзе активные штаммы, продуцирующие пенициллин, были изучены 3. В. Ермольевой в 1942 г. Открытие пенициллина и широкое внедрение его в практику положило начало новой эры в развитии медицины — эры антибиотиков. В 1943 г. С. Ваксмаи из почвенного микроба Actinomyces globisporus получил новый антибиотик стрептомицин, который оказался эффективным средством в лечении туберкулеза. 1945 г. был ознаменован открытием хлорамфеникола и хлортетрациклина— антибиотиков, эффективных в отношении как грамположительных, так и грамотрицательных бактерий. Затем были получены так называемые антибиотики широкого спектра действия.

 Рис. 11 Илья́ Ильи́ч Ме́чников (1845 - 1916) - российский и французский биолог (зоолог, эмбриолог, иммунолог, физиолог и патолог). Лауреат Нобелевской премии в области физиологии и медицины (1908).

 Рис. 12 Пауль Эрлих (1854 - 1915) — немецкий врач, иммунолог, бактериолог, химик, основоположник химиотерапии. Лауреат Нобелевской премии (1908).

Рис.13 Дмитрий Иосифович Ивановский (1864 - 1920) — русский физиолог растений и микробиолог, основоположник вирусологии.

 Рис.14 Алекса́ндр Фле́минг (1881 - 1955) — британский бактериолог. Открыл лизоцим и впервые выделил исторически первый антибиотик. В 1945 Флеминг, Флори и Чейн были удостоены Нобелевской премии в области физиологии и медицины.

Начиная с 40—50-х годов XX в. микробиология и иммунология вступили в молекулярно-генетический этап развития. За последние три десятилетия в результате развития нового этапа в микробиологии — генетики микроорганизмов — возникла молекулярная биология как новая отрасль знаний, в задачу которой входит изучение структуры белка, нуклеиновых кислот и пр. Создание электронного микроскопа сделало видимым мир вирусов и макромолекулярных соединений. Генетика бактерий пролила свет на когда-то запутанные проблемы их изменчивости, внесла поистине революционизирующий вклад в генетику в целом, «вскормила» целую область биохимии, что в значительной степени обусловило рождение молекулярной биологии и биотехнологии. Расшифровка генома кишечной палочки сделала возможными искусственное конструирование генов и пересадку отдельных генов из одних клеток в другие. К настоящему времени генная инженерия внесла принципиально новые идеи и методы в производство широкого спектра биологически активных веществ.

Основными технологическими принципами, используемыми в биотехнологии, являются: а) брожение (ферментация); б) биоконверсия (превращение одного вещества в другое); в) культивирование бактерий, вирусов, растительных и животных клеток; г) генетическая инженерия, к ней относится и процесс искусственного создания микробов с необходимыми свойствами.

Лекция № 2.