МИКРОБИОЛОГИЯ ЖӘНЕ ОНЫҢ ДАМУЫ
Микроорганизмдердің жалпы сипаттамасы. Биосферада тірі ағзалар өте көптеп орналасқан. Оның бірі макроәлемді, басқалары -микроәлемді құрайды. Макроәлемге жануарлар, құстар, өсімдіктер, жәндіктер мен басқа да көзге көрінетін организмдер жатады; микроәлемге өсімдік және жануар текті көзге көрінбейтін өте ұсақ тірі организмдер жатады; бұлар негізінен бактериялар, саңырауқұлақтар, қарапайымдылар мен вирустар. Жобамен алғанда биосферада бактериялардың саны 1030 -дейін жетеді, ал вирустар мен қарапайымдылардың санын тіпті есепке алу қиын.
Микроорганизмдер молекулярлы-биологиялық құрылымына байланысты прокариоттар мен эукариоттарға бөлінеді. Прокариоттар (грек тілінен аударғанда karyon – ядро) – ядролық мембранасы және жоғары құрылымды органеллалары жоқ тіршіліктің ядроға дейінгі бір жасушалы қарапайымдылары. Бұл бактериялар, соның ішінде актиномицетгер мен көк-жасыл балдырлар. Эукариоттарға тұрақты ядросы және жоғары құрылымды органеллалары бар біржасушалы және копжасушалы ағзалар – қарапайымдылар, саңырауқүлақтар, балдырлар (тек кек-жасыл балдырдан баскасы) жатады. Прокариоттар мен эукариоттардың белгілі құрылысы, тіршілігінің арнайы тұрі бар және басқа тірі организмдермен, сондай-ақ тірі емес табигатпен биоценозды (грек тілінен аударғанда bios – өмір және koinos-жалпы) қарым-қатынаста болады. Прокариоттар сияқты эукариоттар да олардың өмір сүруі мен көбеюіне бағытталған тіршілік процесін қамтамасыз ететін қүрылымдардан тұрады.
Микроорганизмдердің ішінде ерекше орынды вирустар алады (латын тілінен аударғанда virus – у), вирустар тіршіліктің өте ұсак, және қарапайым түрі, тірі және тірі емес аралығында орналасып, жасушадан тыс өмір сүре алмайды. Вирустар құрамына нуклеин қышқылдары (ДНҚ немесе РНҚ), ақуыз, ферментгер кіреді. Приовдар құрылысы оған қарағанда қарапайым – генетикалык материалы яғни нуклеин кышқылы жоқ «инфекциялық» ақуызды бөлшектерден тұрады.
Вирустар мен приондар облигатты (міндетгі түрде) жасушаішілік паразиттер болып табылады. Прокариоттар әдетге жасушадан тыс көбейеді, бірақта факультативті жасушаішілік паразиттер де бола алады; тек кейбір бактериялар (риккетсиялар, хламидиялар) облигатты жасушаішілік паразиттер болады. Эукароиоттардың құрылысы прокариоттарға қарағанда анағүрлым күрделі. Бүл туралы жасушаның генетикалык аппаратын құрайтын гендер санына, яғни геном көлемі бойынша дәлелденеді. Эукариотгардың гендік келемі прокариоггарға қарағанда он есе, жүз есе үлкен. Вирустардың геном көлемі – 10-100 гендерден түрса, бактериялар – 1000-5000 гендерден, қарапайымдылар 10000-нан астам гендерден түрады. Микроәлемнің кейбір өкілдерін өлшемі 0,01-0,4 мкм, немесе 10-400 нм (вирустар), 10 мкм-ге дейін және одан жоғары (бактериялар, саңырауқүлақтар, карапайымдылар).
Микроорганизмдер табиғат пен адам өмірінде аса үлкен орын алады. Олар табиғатта заттар мен энергия айналымын, топырақтың құнарлылығын, атмосфераның газдық қүрамын және басқа табиғи процестерді ұстап тұруды қамтамасыз етеді.
Микроорганизмдердің көпшілігі адам үшін қауіпсіз, тіпті көбісі пайдалы. Тері мен шырышты кабаттағы, асқазан-ішек жолдарывдағы және зәр жыныс жолдарындағы микроорганизмдер адам ағзасының экологиялық бірлігін кұрайды және де оның тіршілігіндегі (эндоэкология) бірқатар процестердің тұрақтылығын қамтамасыз етеді. Адам көптеген микроорганизмдерді тіршілігіне қажетті өнімдер мен материалдарды алу үшін колданады.
Адам организміне зақым келтірмейтін және ауру тудырмайтын микроорганизмдерді патогенді емес немесе сапрофиттер деп атайды (грек тілінен аударғанда заргоз – шірік және рһуіоп – өсімдік), яғни өлі организмнің органикалык заттарымен коректенеді. Дегенмен адамда әртүрлі ауруларды және патологиялық процестерді тудыратын микроорганизмдер топтары кездеседі. Бүл микроорганизмдерді патогенді (грекше раthos – ауру) деп атайды; олар органикалық субстраттар арқылы қоректеніп өмір сүреді. Патогенді микроорганизмдердің саны өте көп -3000-нан астам түрлері бар (бактериялар, вирустар, саңыраукүлақтар), соның ішінде 1000-нан астамы вирустар. Организмнің қарсы түру қабілеті төмендегенде немесе сәйкес-қолайлы жағдайлар туындағанда сапрофиттер ауру туғызуы мүмкін, яғни олар патогенді микроорганизмдер сияқты болады. Мүндай микроорганизмдер шартты-патогевді деп аталады.
Микроорганизмдерді зерттейтін ғылым микробиология деп аталады.
Микробиологияның мақсаты мен міндеттері.
Микробиология (грек сөзінен micros – ұсақ, bios – емір, logos – ілім) көзге көрінбейтін өсімдік және жануар текті өте ұсак тіршілік түрлерін – микроорганизмдердің құрылысын, тіршілігін және экологиясын зерттейтін ғылым. Микробиология микроәлемнің барлық өкілдерін (бактериялар, саңырауқұлақтар, қарапайымдар, вирустар) зерттейді. Мағынасы бойынша микробиология биологиялық іргелі (негізгі) ғылым болып табылады. Микроорганизмдерді зерттеу үшін ол басқа ғылымдар әдістерін қолданады, ең алдымен физика, биология, биоорганикалық химия, молекулярлық биология, генетика, цитология, иммунология. Басқа ғылымдар сияқты микробиология да жалпы және жеке болып белінеді. Жалпы микробиология микроорганизмдердің құрылысы мен тіршілік ету заңдылықтарын молекулярлы, жасушалы, популяциялы деңгейлерде генетиканы және оның қоршаған ортамен қатынасын зерттейді. Жеке микробиология микроорганизмдердің қоршаған ортадағы, тірі табиғаттағы көрінісі және адамдағы көрінісі мен әсер етуіне байланысты микроәлемнің жекелеген екілдерін зерттейді. Микробиологияның жеке бөлімдеріне жатады: медициналық, ветеринарлық, ауыл шаруашылык техникалык (биотехнология бөлімі), тещздік, космостық микробиология.
Медициналық микробиология адамға патогенді микроорганизмдерді зерттейді: бактериялар, вирустар, саңыраукұлақтар, қарапайымдылар. Зертгелетін патогенді микроорганизмдердің табиғатына байланысты медициналық микробиология бактериологияға, вирусологияға, микологияға, протозоологияға бөлінеді. Бұл пәндердің әрқайсысы келесі сұрақтарды қарастырады:
-морфологиясын және физиологиясын, яғни микроскопиялық және
басқа зертгеу түрлерін қарастырады, патогенді микроорганизмдердің
зат алмасуын, қоректенуін, тыныс алуын, өсу және көбею
жағдайларын, генетикалык ерекшелілн зерттейді;
-микроорганизмдердің жұкпалы аурулар этиологиясы мен
патогенезіндегі орнын;
-микроорганизмдер тудыратын аурулардың негізгі клиникалык
көріністері мен таралуын;
-жұқпалы аурулардың арнайы диагностикасын, алдын алуын және
емдеуін;
-патогенді микроорганизмдердің экологиясын.
Медициналық микробиологияға санитарлык, клиникалық және фармацевтикалық микробиология жатады.
Санитарлық микробиология қоршаған ортадағы микрофлораны, микрофлораның организммен қарым-қатынасын, микрофлораның және оның өнімдерінің адам денсаулығынын жағдайына әсерін зерттейді, адамға микроорганизмдердің колайсыз әсерлерінін алдын алатын шараларды өңдейді.
Клиникалық микробиология-адамдағы аурулардың пайда болуындағы шартты-патогенді микроорганизмдердің рөлін, осы аурулардың диагностикасы мен сақтандыру маңызын зерттейді. Фармацевтикалық микробиология дәрілік есімдіктердің жұқпалы ауруларын, дәрілік өсімдіктер мен олардың шикізатгарының микроорганизмдермен зақымдануын, дәрілік заттарды дайындау барысындағы, сондай-ақ дайын дәрілік түрлердін ластануын, асептика мен антисептика әдістерін, дәрілік препараттар өндірісіндегі дезинфекцияны, микробиологиялық және иммунологиялық диагностикалық, сақтандыру, емдеу препараггарын алу технологиясын зерттейді.
Ветеринарлық микробиология медициналык микробиология мәселелерін, бірақ көбінесе жануарларда ауру туғызатын микроорганизмдерді зерттейді.
Ауыл шаруашылық микробиология топырақ микрофлорасын, өсімдіктер әлемін, оның өсімталдығына әсерін, топырақ құрамын, өсімдіктердін жүқпалы ауруларын және т.б. мәселелерді зерттейді.
Теңіздік және космостық микробиология сәйкесінше теңіздік және су қоймаларындағы, космостық кеңістік пен басқа планеталардағы микрофлораны зерттейді.
Техникалогия микробиология биотехнологияның бөлігі болып табылады, халық шаруашылығы пен медицинадагы әртүрлі өнімдерді (антибиотиктер, вакциналар, ферменттер, ақуьпдар, витаминдер) микроорганизмдерден алу технологиясын оцдейді. Қазіргі заманғы биотехнологияньщ негізі – генетикалық инженерия.
XIX ғ. екінші жартысындағы макро -және микроорганизмдер арасындағы қарым-қатынасты зерттейтін микробиология саласындағы көптеген жаңалықтар иммунологияның қарқынды дамуына әкелді. Алғашында иммунология жұқпалы ауруларға ағзаның тұрақтылығы туралы ілім ретінде карастырылды. Қазіргі кечдс ол жалпы медициналық және жалпы биологиялык ғылым болып табылады, Иммунды жүйенің тек микробтардан ғана емес, сонымен катар организмді кез келген бөтендігі бар заттардан қорғау қабілеттілігі долслдснгсн, бұл организмнің ішкі ортасының тұрақтылығын, яғни гомеостазды сақтайды.
Иммунология диагностиканың зертханалық әдістерін, жұқпалы және көптеген жұқпалы емес (соматикалык) аурулардын, алдын алуы мен емдеуін өңдеуде, сондай-ақ иммунобиологиялық препараттарды (вакцина, иммуноглобулиндер, иммуномодуляторлар, аллергендер, диагностикалық препараттар) өңдеуде негіз болып табылады. Иммунобиологиялық препараттарды өңдеу мен өндірісімен айналысатын иммунологияның жеке бөлігі – иммунобиотехнология болып саналады. Қазіргі заманғы медициналық микробиология мен иммунология иммунды жүйенің бұзылысына байланысты көптеген жүқпалы және жұкпалы емес аурулардың (онкологиялық, аутоиммундық аурулар, мүше мен тіндердің трансплантациясы) диагностикасында, сақтандыру мен емдеуінде аса маңызды орынды алып үлкен жетістіктерге жетті.
Микробиологияның даму тарихы.
Микробиологияның дамуы көптеген мыңжылдықтармен байланысты. Біздің эрамызға дейінгі V-VІ мыңжылдықта адам микроорганизмдердің бар екенін білмей-ақ оларды қолданған. Шарап жасау, нан пісіру, сүт өнімдерін жасау, тері илеу -микроорганизмдердің қатысуымен өтетін процестер. Көне заманда ғалымдар мен ойшылдар көптеген ауруларды тірі табиғаттағы кезге көрінбейтін бөтен себептер тудырады деп есептеген. Бұдан шығатын қорытынды микробиология біздің эрамызға дейін қалыптасқан. Өзінің дамуында хронологиялық емес, негізгі жетістіктер мен ашылуларға байланысты бірнеше кезеңдерден өтті.
Микробиологияның даму тарихын бес кезеңге бөлуге болады: эвристикалық, морфологиялық, физиологиялық, иммунологиялық және молекулярлы-генетикалық.
Эвристикалық кезең келесі ғалымдардың атымен байланысты: Гиппократ, рим жазушысы Варрон, итальяндық дәрігер Д.Фракасторо (contagium vivum – тірі контагия туралы ой). Аурудың көзге көрінбейтін қоздырғыштарының болуы туралы дәлелдеулер тек микроскоп ашылғаннан кейін ғана мүмкін болды. Бұл голланд ғалымы А. Левенгуктың есімімен байланысты. Осы кезеңді морфологиялық кезең деп атайды.
Физиологияльщ кезеңде француз ғалымы Л.Пастердің атқарған еңбегі зор. Атап айтар болсақ, ашыту, шіріту, құтыруға қарсы вакцина, пастеризация, аттенуация процестері. Осы кезеңнің аяғында орыс биологы Д.И.Ивановский Vira патшалығыньщ өкілі – вирусты ашты. Қазіргі кезге дейін ауру туғызатьш 1000-нан астам вирустардың түрлері анықталды. Соның ішінде ЖПИТС (жүре пайда болған иммунды тапшылық синдромы) жаңа вирус болып табылады. Бұл вирусты ашқан ғалымдар Л.Монтанье және Р.Галло,
Вакцинация туралы Л.Пастердің еңбегі микробиологияның жаңа кезеңі – иммунологияның негізін қалады (аттенуация әдісі). Л.Пастерден кейін вакцина қолдану барысында иммунитеттгің түзілу себебі мен механизмі туралы көптеген зерттеулер жүргізілді. Бүл турасында еңбегі сіңген ғалымдар И.И.Мечников пен П.Эрлих. П.Эрлих – неміс ғалымы -иммунитеттің гуморальды (латынша һитог – сүйықтык) теориясын үсывды. Ол иммунитет уды бейтараптайтын қандағы антидененің түзілуіне байланысты деп санады. Мүның дәлелі ретівде Э.Беринг пен С.Китазато күл (дифтерия) немесе сіреспе токсинін бейтараптайтын антитоксиндер – антиденені ашты. Бірақ И.И.Мечниковтың зерттеуі бойынша иммунитеттің түзілуінде ерекше жасушалар – макро- және микрофагтардың маңызы аныкталған.
Иммунологиялыц кезең генетикалық бөтендігі бар заттарға иммунды жүйенщ негізі реакцияларының ашылуымен сипатталады: антиденнің түзілуі мен фагоцигоз, жоғары сезімталдықтың баяу түрі (ЖСБТ), жоғары сезімталдықтың жедел түрі (ЖСЖТ), толеранттық, иммунологиялық ес. ЖСБТ мен ЖСЖТ – аллергияның (грекше allos -басқа, ergon – әсер) негізіyде жататын реакциялар. 1915 жылы орыс дәрігері М.Райский иммунологиялық ес қүбылысын ең алғаш бақылады, яғни қайта түскен антигенге антидененің жылдам түзілуі.
1953 жылы ағылшын ғалымы П.Медавар мен чех ғалым М.Гашек толерантгық, шыдамдылық, антигенге тұрақтылық қүбылысын ашты, яғни антигенге карсы иммунды жүйе жауап бермейді. Иммунологиялық толеранттылык кұбылысы мүше мен тін ауыстыру мәселесін шешуде транспланталогияда колданылады. Бұл кезеңнің маңызды ашылулары адам мен жануардын қалыпты мүшелері және тіндері антигендерінің, жекелей адамдар мен жануарлардың антигендік айырмашылығымен байланысты. (Чистович Ф.Я., 1898; Ландштейнер К, 1900)
Микробиология мен иммунология XX ғасырдың 50-60-шы жылдарында қарқынды дамыды. Бүл келесі себептерге байланысты:
-молекулярлы биология, генетика, биоорганикалық химия
саласындағы маңызды ашылулар;
-генетикалык инженерия, биотехнология, информатика сияқты жана
ғылымдардың пайда болуы;
– тірі табиғаттьщ кұпияларына терең енуге мүмкіндік беретін жаңа
әдістер мен ғылыми аппаратураларының жасалуы.
Осылайша, 50-ші жылдары микробиология мен иммунологияның дамуында молекулярлы-генетикалық кезсң басталды, бүл келесі маңызды ғылыми жетістіктер мен ашылулармен сипатталады:
-көптеген вирустар мен бактериялардың молекулярлы қүрылымы мен
молекулярлы-биологиялық мағынасының ашылуы; тіршіліктің қарапайым түрлері – «жүқпалы ақуыз» – прионның ашылуы;
-бірқатар антигендердің химиялык кұрамы мен химиялык
мағынасыньщ ашылуы;
-жаңа антигендердің, мысалы ісік, гистосойкестілік (НЬА-жүйе)
антигендерінің ашылуы;
-антидене-иммуноглобулиндер кұрылысының ашылуы;
-жануар дақылы мен өсімдік ластаушасының әдістерінің және вирусты антигендерді алу мақсатында өнеркәсіптерде өсірудің өвделуі;
-ата-аналық даралардың қасиеттеріне және жаңа қасиеттерге ие
болатын рекомбинантты бактериялар мен рекомбинантты
вирустардың алынуы. Вирустар мен бактериялардың жеке гендерінің
түзілуі.
-моноклональды антиденелерді алу мақсатында антидененің өнімі –
иммунды В-лимфоцит пен ісік жасушаларының қосылу жолымен
гибридтерді жасау;
-иммунды жүйенің эндогенді табиғи реттегіштері
иммуномодуляторлар-иммуноцитокиндердің (интерлейкиндер, интерферондар және т.б.) ашылуы және оларды әртүрлі аурулардан
сақгандыру мен емдеу үшін қолдану;
-биотехнология әдістері мен генетикалык инженерияны қолдана
отырып вакциналарды (В гепатитке, безгекке қарсы вакцина, АИТВ
(адамның иммунды тапшылық вирусы) мен басқа антигендер),
биологиялық белсенді пептидтерді (интерферон, интерлейкин, өсу
факторлары және т.б.) алу;
-табиғи немесе синтетикалық антигендердің және олардың бөлшектері
негізінде синтетикалық вакциналарды, сондай-ақ жасанды
тасымаддаушы – адъювант (кемекші) – иммунитетті күшейтуді өңдеу;
-туа пайда болған және жүре пайда болған иммунды тапшылықты і
зертгеу және олардыд иммунопатологиядағы маңызы мен иммунды
түзету емдеуін өңдеу; Иммунды тапшылықты тудыратын
вирустардьщ ашылуы.
-жұқпалы және жұқпалы емес аурулар диагностикасында жаңа
әдістердің өңделуі (иммунды фермешті, радиоиммуңды сараптау,
иммуноблоттинг, нуклеин қышқылдарының гибридизациясы). Осы
әдістердің негізінде микроорганизмдердің индикациясы,
идентификациясы үшін, жүқпалы және жұкпалы емес аурулар (ісік, жүрек-кантамыр, аутоиммувды, эвдокринді және басқалар) диагностикасы үшін тест-жүйелері жасалынды, және кейбір жағдайлардағы бұзылыстардың табылуы (жүктілік, қан қүю, мүшелерді алмастыру т.б.).
Осы уақыт кезеңінде бірқатар жаңа вирустар (геморрагиялық Ласса, Мачупо қызбасы; ЖИТС – жүре пайда болған иммунды тапшылық вирусын тудыратын вирус) мен бактериялар (легионер ауруының коздырғышы) ашылды; жаңа вакциналар мен басқа да сақтандыру препараттары (қызылшаға қарсы, полиомиелит, паротит, кене энцефалиті, В гепатитке карсы вакциналар, сіреспеге, газды гангренаға және ботулизмге қарсы полианатоксиндер), жаңа диагаостикалық препараттар жасалынды.
Микробиология мен иммунологияның дамуына осы кезеңде шет елдік (Ф.Бернет, Д.Солк, А.Сэбин, Д.Села, Г.Эдельман, Р.Портер, Д.Келер, Ц.Мильштейн, Н.Ерне, С.Тонегава және басқалар), ресей ғалымдары (А.А.Смородинцев, В.Д.Тимаков, П.Ф.Здродовский, Л.А.Зильбер, В.М.Жданов, З.В.Ермольева, М.П.Чумаков, Р.В.Петров және басқалар) және казақстандық ғалымдар (Айкимбаев М.А., Классовский Л.Н., Сарбасова Ш.И. тағы басқалар) үлкен еңбек сіңірді.
