Buch lesen: «Микробиология с основами эпидемиологии и методами микробиологических исследований»

УСЛОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

А – аденин

АГ – антиген

АГВ – агар Гевинталя – Ведьминой

АДФ – аденозиндифосфат

АЕ – антитоксическая единица

АМФ – аденозинмонофосфат

АТ – антитело

АТС – антитоксическая сыворотка

АТФаза – аденозинтрифосфатаза

АТФ – аденозинтрифосфат

БГКП – бактерии группы кишечной палочки

БГЛ – большие гранулярные лимфоциты

БКЯ – болезнь Крейтцфельдта – Якоба

БЛА – бета-лактамные антибиотики

БО – биологическое оружие

БОЕ – бляшкообразующая единица

БПА – биологические патогенные агенты

БС – биологические средства

ВГЧ – вирус герпеса человека

ВИД – вторичный иммунодефицит

ВИЧ – вирус иммунодефицита человека

ВОЗ – Всемирная организация здравоохранения

ВПГ – вирусы простого герпеса

ГЗТ – гиперчувствительность замедленного типа

ГНТ – гиперчувствительность немедленного типа

ГХ – газовая хроматография

ГЦ – содержание гуанина и цитозина в ДНК

ДГФК – дигидрофолиевая кислота

ДГПС – дигидроптероатсинтетаза

ДК – дендритные клетки

ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота

ДСН – додецилсульфат натрия

ДТ – дифтерийный токсин

ЕК – естественные киллеры

ЖКТ – желудочно-кишечный тракт

ЖСА – желточно-солевой агар

ИБ – иммунный блотинг

ИК – иммунные комплексы

ИЛ (Il) – интерлейкин

ИМ – иммунологические методы

ИФА – иммуноферментный анализ

ИЭМ – иммуноэлектронная микроскопия

КВН – среда, содержащая антибиотики – колистин, ванкомицин, нистатин

КК – культура клеток

ККГЛ – конго-крымская геморрагическая лихорадка

КОЕ – колониеобразующие единицы

КонА – конкавалин А

КОС – коагулазоотрицательный стафилококк

КЭ – куриный эмбрион

ЛЖК – летучие жирные кислоты

ЛПС – липополисахарид

ЛПУ – лечебно-профилактические учреждения

МАФАнМ – мезофильные анаэробные и факультативные анаэробные микроорганизмы

МБК – минимальная бактерицидная концентрация

МКАТ – моноклональные антитела

МКТВ – Международный комитет по таксономии вирусов

м. м. – молекулярная масса

МПА – мясо-пептонный агар

МПБ – мясо-пептонный бульон

МПК – минимальная подавляющая концентрация

МФА – метод флюоресцирующих антител

НАД – никотинамидадениндинуклеотид

НАДФ – никотинамидадениндинуклеотид-фосфат

НВЧ – наиболее вероятное число

НОА – неспорообразующие анаэробы

ОВИД – общий вариабельный иммунодефицит

ОВП – окислительно-восстановительный потенциал

ОКБ – общие колиформные бактерии

ОМЧ – общее микробное число

ОСКС – обогащенная среда для контроля стерильности

ОФ – острофазные белки

ПАБК – парааминобензойная кислота

ПАВ – поверхностно-активные вещества

ПВК – пировиноградная кислота

ПИД – первичный иммунодефицит

ПИФ – прямой иммунофлюоресцентный метод

ПСБ – пенициллинсвязывающие белки

ПЦР – полимеразная цепная реакция

РА – реакция агглютинации

РАР – реакция агглютинации с риккетсиями

РГА – реакция гемагглютинации

РГадс – реакция гемадсорбции

РИА – радиоиммунный анализ

РИФ – реакция иммунофлюоресценции (синоним – МФА)

РКА – реакция коагглютинации

РЛА – реакция латекс-агглютинации

РН – реакция нейтрализации

РНГА – реакция непрямой гемагглютинации (синоним – РПГА)

РНК – рибонуклеиновая кислота

РНП – рибонуклеопротеиновый

РП – реакция преципитации

РПГА – реакция пассивной гемагглютинации

РСК – реакция связывания комплемента

РТ – ретикулярное тельце

РТГА – реакция торможения гемагглютинации

РТГадс – реакция торможения гемадсорбции

САА – сывороточный белок амилоида А

САП – сульфаниламидные препараты

СГШШ – синдром Герстмана – Штраусслера – Шейнкера

СИ – специфическая индикация

СКС – среда контроля стерильности

СОЭ – скорость оседания эритроцитов

СПИД – синдром приобретенного иммунодефицита

СПМО – санитарно-показательные микроорганизмы

СРБ – С-реактивный белок

СЭУ – санитарно-эпидемиологические учреждения

Т – тимин

ТКБ – термотолерантные колиформные бактерии

ТКИД – тяжелый комбинированный иммунодефицит

ТКР – Т-клеточный антигенраспознающий рецептор

У – урацил

УФ – ультрафиолет

ФГА – фитогемагглютинин

ФК – фолиевая кислота

ФНО – фактор некроза опухолей

ХАО – хорион-аллантоисная оболочка

ЦНС – центральная нервная система

ЦПД – цитопатическое действие (вируса)

ЦПМ – цитоплазматическая мембрана

ЭТ – элементарное тельце

CD – (cluster differention) кластер дифференциации

CTL – цитотоксические лимфоциты

DCL – (dosis certa letalis) количество микроорганизмов или токсинов, вызывающее гибель 100 % животных

DLM – (dosis letalis minima) минимальное количество микроорганизмов или токсинов, вызывающее гибель 80 % животных

HLA – (human leukocyte antigens) МНС человека

ID – инфицирующая доза

IFN – интерфероны

Ig – иммуноглобулин

LD50 – количество микроорганизмов, вызывающее гибель 50 % животных

MALT – mucosal-associated limphoid tissue – ассоциированная со слизистыми лимфо-идная ткань

МНС – (major histocompatibility complex) главный комплекс гистосовместимости

NCCLS – Национальный комитет по клинико-лабораторным стандартам США

PrP – сиалогликопротеид

RW – реакция Вассермана

ПРЕДИСЛОВИЕ

Прошло менее двух лет с момента выхода в свет первого издания учебника «Микробиология с основами эпидемиологии и методами микробиологических исследований» для студентов медицинских колледжей. Достаточно большой тираж оказался весьма востребованным читателями.

Столь высокая популярность учебного издания объясняется целым рядом причин.

В последнее время существенно возросла роль этиологической лабораторной диагностики инфекционных заболеваний, что требует изучения современных микробиологических методик. Усиление роли микробиологии в составе комплекса медико-биологических наук подтверждает присуждение в 2008 г. Нобелевской премии в области физиологии и медицины ученым-вирусологам: Харальду цур Хаузену, доказавшему роль папилломавирусов в этиологии рака шейки матки, а также Люку Монтенье и Франсуазе Барре-Синусси, работавшим над изучением вируса иммунодефицита человека (и впервые выделившим его из зараженных клеток).

Важной для нас стала и обеспокоенность вопиющей диспропорцией между количеством медицинских специалистов с высшим и средним образованием, что, в свою очередь, диктует необходимость подготовки к изданию современных учебников для учреждений среднего профессионального образования.

В последние годы оживился интерес к биотехнологическим исследованиям в плане этиологической лабораторной диагностики самых разнообразных заболеваний инфекционной природы. По-прежнему реальной остается и угроза биотерроризма.

По мнению автора, далеко не последнюю роль сыграло широкое использование книги отдельными студентами медицинских вузов, которым просто лень штудировать достаточно сложные учебники по микробиологии для вузов. Однако данная негативная тенденция заставила автора иначе взглянуть на проблему создания любого учебника вообще и, в частности, увидеть необходимость рассмотрения учебника как варианта справочного пособия.

Все это побудило автора актуализировать содержание учебника в соответствии с новейшими достижениями медико-биологической науки XXI в.

В этой связи в состав авторского коллектива были приглашены наиболее компетентные в соответствующих разделах курса специалисты.

Автор с благодарностью принял все замечания, высказанные медицинской общественностью в адрес первого издания учебника.

Книга написана при участии профессоров В. Д. Бадикова, А. В. Москалева, Е. П. Сиволодского, доктора медицинских наук А. М. Иванова, доктора биологических наук А. В. Зачиняевой, доцентов В. А. Андреева, И. И. Волкова, М. Л. Медведева и кандидатa медицинских наук М. М. Карапаца.

Профессор В. Б. Cбойчаков

ВВЕДЕНИЕ

Микробиология – это наука, изучающая мир микроскопических существ. Термин происходит от древнегреческих слов «микрос» – малый, «биос» – живой и «логос» – наука (учение). Это самостоятельная медико-биологическая дисциплина, без глубокого знания которой невозможно изучить другие медицинские дисциплины.

В соответствии с запросами и нуждами практики произошла дифференциация микробиологии на самостоятельные научные разделы и дисциплины. В настоящее время самостоятельное значение имеют общая, техническая, фармацевтическая, сельскохозяйственная, ветеринарная, космическая и, наконец, медицинская микробиология.

Предметом изучения медицинской микробиологии являются свойства патогенных (болезнетворных) и условно-патогенных для человека микроорганизмов c целью разработки методов диагностики вызываемых этими микроорганизмами заболеваний.

Объектом изучения медицинской микробиологии являются патогенные и условно-патогенные для человека микроорганизмы.

Медицинская микробиология изучает следующие типы микроорганизмов: бактерии, вирусы и грибы. В последние годы был открыт новый класс возбудителей инфекционных заболеваний — прионы (белковые частицы, лишенные ДНК или РНК).

Вирусы являются представителями неклеточных форм жизни. Они обладают собственным геномом, не способны размножаться на искусственных питательных средах, но активно размножаются (репродуцируются) в живых клетках человека, животных и растений. Вирусы имеют чрезвычайно малые размеры, их невозможно увидеть в световом микроскопе.

Бактерии гораздо крупнее вирусов. В отличие от вирусов они содержат и ДНК, и РНК. Размножаются бактерии путем бинарного деления. Могут расти на искусственных питательных средах, поскольку имеют собственные энергетические системы. К бактериям также относят риккетсии (мелкие бактерии, не способные к росту на искусственных питательных средах), микоплазмы (бактерии, лишенные клеточной стенки) и хламидии (бактерии, обладающие особенным циклом развития).

Грибы, в отличие от бактерий, являются эукариотами. Они крупнее бактерий, в эволюционном плане очень близки к растениям. Для грибов характерно как бесполое, так и половое размножение.

Основные разделы медицинской микробиологии — медицинская бактериология (изучение этиологии или причины заболеваний, вызываемых бактериями), медицинская вирусология (изучение этиологии заболеваний, вызываемых вирусами) и медицинская микология (изучение этиологии заболеваний, вызываемых грибами). В курс медицинской микробиологии органично вписывается учение об иммунитете (специфической иммунной защите человека от чужеродных микроорганизмов и иных инородных веществ), а также санитарная микробиология – наука о санитарно-показательных микроорганизмах.

РАЗДЕЛ I. ОБЩАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ

Глава 1
ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ МИКРОБИОЛОГИИ

История изучения любой научной дисциплины дает возможность проследить процессы ее возникновения и развития, понять преемственность идей, уровень современного состояния науки и горизонты дальнейшего прогресса. В развитии микробиологии четко прослеживаются три этапа ее становления как науки.

Первый этап – описательный. Начало этого этапа связывают с научной деятельностью Энтони ван Левенгука. Этот менеджер по продажам тканей имел довольно оригинальное хобби – шлифовать линзы и рассматривать при большом увеличении самые разнообразные биологические субстраты. В 1675 г. он сообщил в Лондонское королевское общество, что в дождевой воде ему удалось обнаружить «живых зверьков» (viva animalcule). Свои наблюдения опубликовал в монографии «Тайны природы, открытые Левенгуком», где детально описал и обрисовал открытые им микроорганизмы. Таким образом, Левенгука следует считать отцом микрографии — описательной микробиологии.

Энтони ван Левенгук

Справедливости ради следует отметить, что задолго до открытия Левенгука многие ученые высказывали гипотезы о материальной причине возникновения инфекционных болезней. Еще Тит Лукреций Кар предполагал, что инфекционные болезни вызываются определенными семенами. Аналогичные взгляды проповедовал и известный врач Средневековья Джироламо Фракасторо. Но ни у кого из них не было научных доказательств.

Второй этап – физиологический.

Его начало связывают с именем французского химика Луи Пастера. Именно он впервые выяснил роль микроорганизмов в природе и жизни человечества. В 1875 г. Пастер показал, что процессы брожения и гниения обусловлены жизнедеятельностью микроорганизмов, а не действием химических веществ. Заслугой Пастера следует также считать доказательства анаэробного (без доступа воздуха) существования микроорганизмов.

Луи Пастер

Ранее в среде ученых бытовало мнение о возможности самопроизвольного зарождения микроорганизмов. Пастер с помощью довольно оригинальных опытов опроверг это утверждение – впитательныхсредах, простерилизованных при высокой температуре и соответствующем давлении пара, микроорганизмы никогда не обнаруживались. Однако, когда среды были недостаточно простерилизованы и в сосуды имелся доступ воздуха, содержащего микроорганизмы, в питательных средах они начинали размножаться. Аналогичным образом Пастер доказал, что порча вина и пива объясняется попаданием в сусло посторонних микроорганизмов или диких дрожжей. Он разработал метод прогревания этих напитков при относительно высокой температуре, что позволило разрушить микроорганизмы порчи и сохранить вкусовые качества напитков. Этот метод получил название пастеризации.

Именно благодаря спонсорской поддержке богатых виноделов и пивоваров Пастер смог продолжать свои дальнейшие научные изыскания.

Далее Пастер пришел к революционному выводу, что болезни человека и животных, как и болезни напитков, вызываются микроорганизмами. Он показал, что каждый микроб вызывает характерное, специфическое для него заболевание. Таким образом Пастером были открыты возбудители куриной холеры, родильной горячки, остеомиелита и газовой гангрены.

В процессе изучения причин инфекционных болезней Пастер сделал еще одно величайшее открытие. Он открыл и разработал метод получения таких микроорганизмов, которые, теряя свою заразность, приобретали способность при введении в организм предохранять его от последующего заражения, т. е. создавать иммунитет. Пастер явился одним из первых биотехнологов и получил вакцины против сибирской язвы и бешенства.

Роберт Кох

Благодарное человечество чтит память Пастера. На средства добровольных пожертвований в 1888 г. в Париже был открыт Пастеровский институт – центр французской бактериологической школы.

Имя Пастера присвоено многим научно-исследовательским институтам в различных странах мира. В России Пастеровский институт открыт в СанктПетербурге.

Прогресс в медицинской микробиологии связан также с именем выдающегося немецкого микробиолога Роберта Коха.

Серией чрезвычайно тщательно подготовленных экспериментов Кох обнаружил и доказал этиологическую роль возбудителей туберкулеза, сибирской язвы и холеры. Он также известен как первооткрыватель плотных питательных сред. Разработанные Кохом методы выделения и культивирования микроорганизмов в лабораторных условиях позволили его ученикам открыть ряд возбудителей инфекционных заболеваний. Не случайно конец ХIX – начало ХХ вв. называют «золотым веком микробиологии». В противовес французской микробиологической школе в Берлине был открыт Институт Коха.

К числу основоположников медицинской микробиологии следует отнести и великого русского «француза» И. И. Мечникова. Этот, по образному выражению Э. Ру, «поэт микробиологии» создал учение о защите организма от чужеродных веществ (инфекционную иммунологию). Кроме того, И. И. Мечников – создатель одного из первых пробиотиков, так называемой «мечниковской простокваши».

Илья Ильич Мечников

Сергей Николаевич Виноградский

Лев Семенович Ценковский

Илье Ильичу поразительно не везло в России. В 1870 г. он не прошел по конкурсу на заведование кафедрой зоологии Медико-хирургической академии. Вакцинируя против сибирской язвы крупное стадо овец одного одесского помещика, И. И. Мечников умудрился погубить все стадо, поэтому в 1882 г. он навсегда покинул Россию и стал работать в институте Пастера в Париже. Тем не менее в 1909 г. И. И. Мечникову была присуждена Нобелевская премия за открытие теории иммунитета. Его учениками были такие всемирно известные микробиологи, как Ж. Борде, А. М. Безредка, Л. А. Тарасевич, П. В. Циклинская, Д. К. Заболотный.

Среди выдающихся деятелей отечественной микробиологии следует назвать имя Л. С. Ценковского, который на основе принципа аттенуации (или ослабления патогенных свойств), разработанного Пастером, получил свой вариант вакцинного штамма возбудителя сибирской язвы, который до сих пор применяется для профилактики этого заболевания у животных. Именно Л. С. Ценковский наметил основные направления изучения микроорганизмов в России. Он способствовал дифференциации микробиологии на ряд самостоятельных дисциплин – общую, медицинскую, ветеринарную, сельскохозяйственную, промышленную и т. д.

Василий Леонидович Омелянский

Даниил Кириллович Заболотный

Выдающуюся роль в становлении и развитии общей микробиологии и микроэкологии сыграл С. Н. Виноградский. Он разработал и внедрил в практику метод избирательных культур, с помощью которого установил значение микроорганизмов в круговороте азота, серы, железа и углерода. С. Н. Виноградский воспитал плеяду выдающихся учеников, среди которых прежде всего следует выделить В. Л. Омелянского, работавшего в области общей и технической микробиологии.

В. Л. Омелянский – автор одного из первых в России руководств «Основы микробиологии». Он исследовал процесс распада клетчатки и экологию почвенных микроорганизмов. При деятельном участии В. Л. Омелянского в 1903 г. было основано «Микробиологическое общество».

Формированию и общему развитию микробиологии в России способствовали также замечательные исследования Н. Ф. Гамалеи. В 1886 г. он организовал первую в России Пастеровскую станцию. Ему принадлежат капитальные труды по изучению бешенства, холеры, туберкулеза. Н. Ф. Гамалея открыл и описал «мечниковский вибрион», названный так в честь именитого друга. Ему также принадлежит идея создания химических вакцин. В честь Н. Ф. Гамалеи был назван Научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии Академии медицинских наук.

Выдающимся микробиологом, а впоследствии эпидемиологом был Даниил Кириллович Заболотный, профессор, доктор медицины, академик АН СССР и АН УССР, который создал кафедру микробиологии Военно-медицинской академии. В 1903 г., задолго до открытия возбудителя сифилиса Шаудинном и Гоффманом, он уже демонстрировал бледную трепонему в своих препаратах. В 1909 г. Д. К. Заболотный блестяще защитил докторскую диссертацию «Сифилис, его патогенез и этиология». Научные изыскания выдвинули Д. К. Заболотного в число наиболее авторитетных сифилидологов мира. Впоследствии он занимался проблемами опасных инфекций, впервые доказав природную очаговость чумы и определив роль переносчиков при этой инфекции.

Владимир Дмитриевич Тимаков

Академиком Д. К. Заболотным была создана школа эпидемиологов и микробиологов (Л. В. Громашевский, В. Н. Космодамианский, П. Н. Кашкин).

Третий этап развития микробиологии – современный. Благодаря высокоразвитому техническому оснащению ученые получили возможность детально изучать внутренние структуры микроорганизмов, вмешиваться в процессы их роста и размножения, использовать микроорганизмы в биотехнологических процессах. Выяснилось, что бактерии являются активными продуцентами антибиотиков и других биологически активных соединений – витаминов, аминокислот, стимуляторов роста. В последние годы интенсивно изучаются пробиотики (микроорганизмы, нормализующие микрофлору человека). Все это привело к созданию микробиологической промышленности.

Бурное развитие претерпела иммунология, которая из раздела микробиологии выделилась в самостоятельную медико-биологическую дисциплину. В конце ХХ в. были открыты возбудители новых, ранее неизвестных инфекций – СПИДа, вирусных гепатитов, легионеллеза, болезни Лайма. Наконец, были открыты прионы.

Александр Михайлович Королюк

Владимир Иванович Кочеровец

Создание электронного микроскопа сыграло большую роль в развитии вирусологии и молекулярной биологии. Собственно говоря, современную микробиологию можно назвать молекулярной биологией. На модели бактерий была доказана роль ДНК в передаче наследственной информации. В настоящее время расшифрован геном многих бактерий. Выдающимися учеными-микробиологами, внесшими большой вклад в изучение генетики микроорганизмов, являются В. Д. Тимаков, А. А. Тотолян, А. И. Коротяев и ряд других. Большой вклад в современную микробиологию внесли такие выдающиеся ученые, как О. В. Бухарин, А. А. Воробьев, В. М. Жданов, В. В. Зверев, Э. М. Новгородская, А. А. Смородинцев, Б. Ф. Семенов, А. Н. Маянский, М. П. Чумаков, Л. Я. Эберт и многие другие.

Расшифровка этиологии ранее неизвестной в мире болезни «дальневосточной скарлатиноподобной лихорадки» была проведена в 60-е годы ХХ в. военными микробиологами В. А. Знаменским, Г. П. Сомовым, А. К. Вишняковым и А. М. Королюком.

В. А. Знаменский в опыте самозаражения доказал, что эта болезнь вызывается патогенными микроорганизмами – псевдотуберкулезными иерсиниями.

Александр Михайлович Королюк провел фундаментальные исследования по иммунологии псевдотуберкулеза и кишечного иерсиниоза, впервые разработал серодиагностику этих заболеваний и создал технологические регламенты на диагностические препараты, что обеспечило их производственный выпуск и диагностику иерсиниозов в стране. За этот вклад в науку профессор А. М. Королюк был удостоен Государственной премии СССР (1990 г.). А. М. Королюк является основателем новой научной субдисциплины – пробиотической микробиологии.

Евгений Петрович Сиволодский

Обширные пионерские исследования по микробиологии неклостридиальной анаэробной инфекции в России выполнены Владимиром Ивановичем Кочеровцом, который одним из первых в стране внедрил современную методику исследований при этой инфекции. По данной тематике им опубликован ряд монографий, в том числе знаменитая монография «Анаэробные инфекции в хирургии» (1989) совместно с А. П. Колесовым и А. В. Столбовым. Впоследствии В. И. Кочеровец стал видным ученым-микробиологом, одним из основателей новой научной субдисциплины – фармацевтической микробиологии.

Профессор, доктор медицинских наук Евгений Петрович Сиволодский является одним из выдающихся отечественных ученых в области биохимии и систематики условно-патогенных энтеробактерий и псевдомонад, им были открыты их уникальные таксономические маркеры, уточнено систематическое положение псевдомонад, открыт эскулиноположительный биовар синегнойной палочки. На основе новых научных фактов был разработан микрометод биохимической идентификации энтеробактерий, созданы питательные уникальные среды для ускоренного одноэтапного выделения и идентификации возбудителей раневых и госпитальных инфекций.

Современный этап развития микробиологии характеризуется созданием сети научно-исследовательских институтов микробиологического профиля. Основная заслуга отечественных микробиологов заключается в том, что они не только проводят научные изыскания, но и ведут обширную практическую работу, находясь непосредственно в очагах эпидемий. В настоящее время создана крупная научная школа отечественных микробиологов. Представители этой школы не только успешно работают на ниве отечественного здравоохранения, но и, к сожалению, пополняют ряды американских и европейских ученых.