Предмет и задачи микробиологии

Микробиология (от греч. mikros – малый, bios – жизнь, logos – учение) – это наука, изучающая строение, функции, химическую деятельность, распространение, условия развития, роль и значение в жизни человека весьма малых организмов (микрорганизмов), большинство которых невидимо невооруженным глазом.

Мир микроорганизмов многочислен и разнообразен. Они повсеместно распространены в природе: в почве, водоемах, воздухе, находятся на продуктах питания и всех предметах, окружающих человека, а так же в нем самом, животных и растениях.

Микроорганизмы выполняют колоссальную по значимости биохимическую работу: они разлагают растительные и животные остатки на поверхности планеты, используются в технологии производства многих пищевых продуктов, различных биологически активных соединений (например, витаминов, антибиотиков), в генной инженерии, а также различных отраслях народного хозяйства.

Однако многие микроорганизмы наносят большой ущерб народному хозяйству, вызывая порчу продуктов сельскохозяйственного и промышленного производства. Ежегодно из-за поражений микробами погибает более 30% продукции растениеводства, велики потери и ряда других продуктов.

Среди микроорганизмов есть особая группа – патогенные (болезнетворные) микробы, которые вызывают заболевания человека, животных и растений. Многие патогенные микроорганизмы размножаются или довольно долго сохраняются в живом состоянии на пищевых продуктах. Попадая в организм человека, они вызывают пищевые инфекционные заболевания и отравления.

На современном этапе развития народного хозяйства страны, в условиях ускорения научно-технического прогресса, еще в большей степени возрастает роль микробиологической науки. В настоящее время микробиология дифференцирована на ряд самостоятельных дисциплин: общую, медицинскую, сельскохозяйственную, ветеринарную, техническую (промышленную) и др. Одним из разделов технической микробиологии является пищевая микробиология, вопросы которой преимущественно и рассматриваются в настоящем учебнике.

Без знания микрофлоры пищевых продуктов, специфических свойств микроорганизмов, их биохимической деятельности, зависимости развития от окружающей среды нельзя успешно выполнять задачи, поставленные перед наукой и практикой в области контроля качества, производства, хранения, реализации пищевых продуктов и максимального сокращения их потерь.

Краткая история развития микробиологии

Микробиология принадлежит к числу тех наук, которые сильно изменили жизнь человечества.

К использованию микробиологических процессов при изготовлении теста, вина, кисломолочных продуктов человечество прибегало с незапамятных времен.

Открытие микроорганизмов относится к концу XVII в. Открыл их голландский натуралист Антони ван Левенгук (1632-1723 гг.), который сконструировал простейший микроскоп, увеличивающий рассматриваемый объект в десятки и сотни раз.

В книге «Тайны природы» он впервые описал представителей основных групп микроорганизмов: одноклеточных организмов (протистов), водорослей, бактерий. Труды Антони ван Левенгука получили широкую известность при его жизни. В 1698 г. Петр I, находясь в Голландии, посетил Левенгука и привез микроскоп в Россию.

Долгое время наука о микробах носила в основном описательный характер – шел так называемый морфологический период ее развития.

Начало нового направления – физиологического периода в развитии микробиологии – приходится на XIX в., который называют «Золотым веком» и связывают с деятельностью выдающегося французского ученого Луи Пастера (1822-1895 гг.). Пастер установил, что микроорганизмы различаются не только по внешнему виду, но и по характеру жизнедеятельности: они вызывают разнообразные химические превращения в субстратах. Он доказал, что происходящее в виноградном соке спиртовое брожение обусловлено жизнедеятельностью микроорганизмов – дрожжей. Это открытие опровергло господствующую в то время теорию Ю. Либиха о химической природе брожения. Большой цикл работ Пастера был посвящен изучению причин «болезней» вина и пива. Пастер показал, что их возбудителями являются микроорганизмы, и чтобы предотвратить порчу, предложил прогревать напитки. Этот прием применяют и в настоящее время и называют пастеризацией. Пастер впервые обнаружил бактерии, не способные развиваться в присутствии воздуха, т.е. показал, что жизнь возможна и без кислорода.

Пастер открыл природу инфекционных болезней человека и животных, установил, что эти болезни возникают вследствие заражения особыми микробами и что каждое заболевание вызывается определенным микроорганизмом. Он разработал и научно обосновал метод предупреждения заразных болезней (предохраняющие прививки), изготовил вакцины против бешенства и сибирской язвы.

Значительным вкладом в микробиологию стали исследования немецкого ученого Роберта Коха (1843-1910 гг.). Им были введены в микробиологическую практику плотные питательные среды для выращивания микроорганизмов, что привело к разработке метода выделения микроорганизмов в так называемые чистые культуры, т.е. к выращиванию массы клеток каждого вида в отдельности. Этот метод открыл совершенно новые подходы для более углубленного изучения свойств микроорганизмов и вызвал бурное развитие микробиологии. Р. Кох открыл (1882 г.) возбудителя туберкулеза, названного его именем – «палочкой Коха».

Развитие микробиологии неразрывно связано с работами русских ученых. Родоначальником русской микробиологии считается И.И. Мечников (1845-1916 гг.), классические работы которого положили начало новому этапу в развитии науки. Центральной проблемой его исследований было изучение взаимоотношений паразита и хозяина – человека. Он создал фагоцитарную теорию иммунитета, в основе которой лежит способность макроорганизма противостоять инородным телам, в том числе и болезнетворным микробам. И.И. Мечников и Л. Пастер положили начало изучению антагонизма микробов, что явилось основой науки об антибиотиках. И.И. Мечниковым в Одессе была организована первая в России бактериологическая лаборатория.

Ближайшим сотрудником И.И. Мечникова был известный русский микробиолог и эпидемиолог Н.Ф. Гамалея (1859-1949 гг.), изучавший многие вопросы медицинской микробиологии. Н.Ф. Гамалея организовал в 1886 г. в Одессе первую в России станцию по прививкам против бешенства (вторую в мире после Пастеровской станции в Париже). Вся его деятельность была направлена на решение важнейших вопросов здравоохранения в нашей стране.

Большой вклад в развитие микробиологии как науки сделал Л.С. Ценковский (1822- 1887 гг.). Он открыл возбудителя превращения сахарной патоки в студень (лейконосток), впервые в России приготовил вакцину против сибирской язвы.

Общая микробиология, изучающая микроорганизмы почвы, воды, и особенно сельскохозяйственная получила развитие в трудах С.Н. Виноградского (1856-1953 гг.). Он открыл процесс хемосинтеза – установил существование особых бактерий (хемоавтотрофов), способных ассимилировать углекислый газ из воздуха, используя в процессе синтеза органических веществ химическую энергию, освобождающуюся в результате реакции окисления неорганических соединений. Открыл явление фиксации атмосферного азота анаэробными бактериями. С.Н. Виноградским разработан оригинальный метод выращивания микроорганизмов с применением элективных (избирательных) питательных сред и условий, приближенных к естественному обитанию микроорганизмов. Этот метод получил широкое применение во всех областях микробиологии.

Учеником и сотрудником С.Н. Виноградского был В.Л. Омелянский (1867-1928 гг.), создавший первый русский учебник по микробиологии «Основы микробиологии», изданный в 1909 г. Им же составлено первое «Практическое руководство по микробиологии».

Большой вклад в развитие микробиологии внесли A.А. Имшенецкий, Е.Н. Мишустин, С.И. Кузнецов, Н.Д. Иерусалимский, М.Н. Мейсель, Е.Н. Кондратьева и другие ученые.

В развитии технической микробиологии большую роль сыграли работы С.П. Костычева, С.Л. Иванова, А.И. Лебедева, изучавших процесс спиртового брожения. На основе исследований химизма образования органических кислот грибами, проведенных С.П. Костычевым и В.С. Буткевичем, в нашей стране в 1930 г. было организовано производство лимонной кислоты.

В.Н. Шапошников (1884-1968 гг.) и А.Я. Мантейфель (1882-1960 гг.) изучили и внедрили в практику способ производства молочной кислоты с помощью бактерий. Исследования В.Н. Шапошникова и Ф.М. Чистякова (1898-1959 гг.) дали возможность еще в начале 30-х годов XX в. организовать в промышленном масштабе производство ацетона и бутилового спирта с помощью бактерий. В 1947 г. В.Н. Шапошников написал первый в СССР учебник «Техническая микробиология».

Становление пищевой микробиологии связано с трудами Я.Я. Никитинскогомладшего (1878-1941 гг.). Он впервые создал курс лекции пищевой микробиологии и много лет читал его в Институте народного хозяйства им. Г.В. Плеханова. Совместно с Б.С. Алеевым Я.Я. Никитинский написал специальный курс микробиологии скоропортящихся продуктов и руководство к практическим работам по микробиологии для студентов, изучающих товароведение продовольственных товаров. Труды Я.Я. Никитинского и его учеников положили начало широкому развитию микробиологии консервного производства и холодильного хранения скоропортящихся пищевых продуктов. В теорию и практику холодильного хранения продуктов питания большой вклад внес и Ф.М. Чистяков.

В микробиологию молока и молочных продуктов фундаментальный вклад внесли школы С.А. Королева (1876-1932 гг.) в Вологодском молочном институте и А.Ф. Войткевича (1875-1950 гг.) в Московской сельскохозяйственной академии им. К.А. Тимирязева. В последующем это направление микробиологии развивалось в работах В.М. Богданова, Н.С. Королевой, А.М. Скородумовой, Л.А. Банниковой.

В настоящее время микробиология стала не только фундаментальной наукой – в стране плодотворно работают научно-исследовательские учреждения по многим разделам микробиологической науки. Заказы народного хозяйства выполняют многие промышленные производства, в технологии которых главенствуют микробиологические процессы.

Микробиологическая промышленность выпускает большое количество разнообразных, необходимых народному хозяйству страны препаратов: антибиотики, ферменты, аминокислоты, белки, органические кислоты и другие продукты.

Широкое развитие получила и пищевая микробиология. Во всех крупных отраслях пищевой промышленности есть научно-исследовательские институты, в которых имеются микробиологические лаборатории. На многих предприятиях пищевой промышленности функционируют микробиологические лаборатории, контролирующие производство, качество сырья и готовой продукции.