From Wikipedia, the free encyclopedia
A mikrobiológia a biológiának az a szakterülete, amely a mikroorganizmusok (más néven mikrobák) vizsgálatával foglalkozik, olyan mikroszkópikus méretű egyszerű élőlényekkel, amelyek fejlődésük során nem jutottak el a szövetes differenciálódásig.[1][2] A növény- és állatvilágtól való különválasztásukat és a mikrobiológia tárgykörbe rendezésüket az eltérő méretük, anyagcseréjük, szaporodásuk, tenyésztésük és a bioszférában betöltött speciális szerepük indokolja.[3] Tudománytörténeti okokból a mikrobiológia tárgykörébe tartozik az immunológia, amely a mikrobákkal támadott, magasabb rendű szervezetek védekezési mechanizmusával foglalkozó tudomány.[4][5]
Bár a mikrobiológia, mint a biológiatudomány modern ága, nem tekint vissza hosszú múltra, a mikrobák és az ember kapcsolata az ókorig visszaigazolható. A mikrobák végigkísérték az emberiség történelmét és sokszor meg is határozták történelmünk alakulását.
Az ókor embere még nem ismerte a szabad szemmel nem látható mikrovilágot, de tapasztalati úton szerzett ismereteivel hasznosította és élete részévé tette azokat. Több, mint 3000 éves archeológiai leletek tanúskodnak arról, hogy a kenyér készítéséhez élesztősejtek voltak segítségünkre. Hasonlóan az ókor embere megismerte az erjesztést, az alkoholos italok előállítását, a különböző tejtermékek készítését, a kovászolást melyek mind élesztőgombák, tejsavbaktériumok, penészek és más mikrobák segítségével készültek – és készülnek mai napig is.[6] A táplálék mikrobiológiai eredetű romlásának megelőzésére alkalmazta a füstölést, sózást, szárítást anélkül, hogy pontos ismeretei lettek volna a mikrobákról.[7] A mikroszkóp felfedezése előtti időszakra úgy általában a mikrobák létezésével és azok funkcióival kapcsolatos vallásos misztikummal kevert spekulációk voltak a jellemzők. A gondolkodó elme azonban a mikrobák létezésére azok környezetre kifejtett hatásából tudott következtetni. A mikrobák létezéséről az indiai születésű Vardhamána (i. e. 599–527) próféta tanításain alapuló dzsainizmus is említést tesz.[8] Paul Dundas brit indológus szerint Mahávira – a dzsainizmus egyik fő prófétája – szintén említést tett láthatatlan apró élőlények létéről a földön, a vízen, a levegőben és a tűzben.[8] Az ősi szövegek nigodákról írnak, amelyek szubmikroszkopikus, nagy csoportokban, nagyon rövid ideig élő élőlények, amik mindenhol jelen vannak, beleértve a növényi és állati szöveteket is.[9] Az ókori Róma egyik legnagyobb tudósa Marcus Terentius Varro (Kr.e. 116–26) a Disciplinarum libri novem című könyvében megemlíti, hogy a szájon és orron keresztül „láthatatlan állatkák” kerülnek az ember szervezetébe amelyek ott elszaporodnak és betegségeket okozhatnak. A betegséget okozó „elemi részecske” gondolata később Titus Lucretius Carus (Kr.e. 96-55) római költő és filozófus De rerum natura című költeményében is megjelenik. Ő betegséget okozó csírákról, magokról ír amelyek, mint a magról kelt növény fejlődésnek indulnak és szétterjed a szervezetben a betegség.[10]
Történelmi feljegyzések sora valamint a Biblia, a Talmud és más vallások írásos emlékei pontos képet festenek egyes ma is is ismert és pusztító, járványokat okozó betegség (pestis, kolera, himlő, tuberkulózis) történetéről, pusztításáról. Jellemző, hogy a középkorban a misztifikált, görög eredetű miazma névvel illették a járványokat okozó láthatalan kórokozókat.
Az európai reneszánsz idején Girolamo Fracastoro olasz orvos és természettudós „De contagione et contagionis” című munkájában (1546) a „láthatatlan élőlényeknek” fertőző betegségeket tulajdonított, elhagyva a betegségekre vonatkozó bármilyen misztikus és természetfeletti magyarázatot. Ez nagy előrelépést jelentett a vallás a misztika és az embereket súlytó betegségek okainak elválasztásában.[11] Fracastorius először alkalmazta a „Contagium vivum” (élő ragályanyag) fogalmát, tehát a fertőzőbetegségek eredetét szabad szemmel nem látható élőlényeknek tulajdonította, amelyek érintkezés útján vagy a levegőben terjedve okoznak fertőzést.[12] Athanasius Kircher német származású tudós, polihisztor a XVII. század elején pestises betegek vérében már nagyítóval kereste az „apró férgeket" és tévesen látni vélte azokat. Az e célra alkalmas eszközök néhány évtizeddel később jelentek meg.[12]
Ebben az időben a mikrobák létezésének tudományos igényű bizonyítására gondolni sem lehetett, mert ehhez nem volt adott a mikrovilág megismerésére szolgáló mikroszkóp és más segédeszközök.
1590 körül Zacharias Jansen holland szemüvegkészítő készítette el az első összetett nagyítót, vagyis a mikroszkóp ősét, amelynek lencséi még erősen torzítottak, ezért a mikroorganizmusok vizsgálatára az még nem volt alkalmas. A tudományos értelemben vett mikrobiológia megteremtésének nélkülözhetetlen és legfontosabb eszköze a mikroszkóp a 17. században készült el. Jelenlegi tudásunk szerint a legkorábbi – már mikroszkópnak nevezhető – eszközzel végzett megfigyeléseket 1625 és 1630 között az olasz Francesco Stelluti méheken és zsizsikeken, a valószínűleg Galileo által biztosított mikroszkóp segítségével. 1665-ben Robert Hooke angol természettudós Micrographia című könyvében megjelent a mikroorganizmus első rajza is.[11]
A mikroorganizmusok vizsgálatáról szóló első írásos és rajzokkal ellátott dokumentum a 17. század közepén született. A hollandiai posztókereskedő Anton van Leeuwenhoek (1632–1723) saját készítésű mikroszkópján a posztók anyagának vizsgálatától jutott el a mikroorganizmusok megfigyeléséig. Az általa készített mikroszkópok körülbelül 50–300-szoros nagyításra voltak képesek. A folyékony mintákat két üveglemez közé helyezte és a minta síkjához képest 45°-os szögben világította meg őket. Ez egyfajta sötétmezős megvilágítást eredményezett, amelyben a mikrobák fényes pontokként jelentek meg a sötét háttér előtt, és jól láthatóvá tették a baktériumokat.[11] 1673-tól kezdve Leeuwenhoek levélben tájékoztatta a londoni Royal Society-t. Leveleiben a látott mikroorganizmusok leírásán kívül (rövid és hosszú pálcikák, kokkuszok, spirillumok) azok rajzát is mellékelte, sőt a mozgásukról is említést tett. Ezért a mikrovilág morfológiai diverzitásáról szóló első írásos dokumentumot, – Leeuwenhoeknak a Philosophical Transaction of the Royal Society of London-hoz küldött levelét – tudománytörténeti mérföldkőnek tekintik a mikrobiológiában. Ma már tudjuk, hogy megfigyelései korrektek voltak, kezdetleges mikroszkópjában képes volt látni mind a baktériumokat, mind a protozoonokat.[10]
Leeuwenhoek felfedezései után néhány évvel Carl von Linné megalkotta és 1735-ben kiadta Systema Naturea címü rendszertanát, mely a mai biológiai rendszerezés alapja.[* 1] Linné a Leeuwenhoek által felfedezett mikroorganizmusok világát öt alapvető kategóriára osztotta: gombákra, protozoákra, algákra, prokariótákra és mikroszkopikus állatokra.[13] Az egyetlen mikroorganizmus kategória, amelyet Leeuwenhoek kezdetleges mikroszkópjával akkor még nem láthatott, a vírusok csoportja. Christian Gottfried Ehrenberg német természetkutató, zoológus, berlini egyetemi tanár az 1836-ban írt Die Infusionstierchen als vollkommene Organismen címmel kiadott műve és az 1838-ban megjelent Atlas már a mikrobák 600 típusát ábrázolja.[10]
Bármennyire is fontosak voltak Leeuwenhoek megfigyelései, a tudomány fejlődése szempontjából a következő 200 évben a mikrobiológia fejlődése lassú volt. A mikrobák mikroszkópos megfigyelései nem nyújtanak elegendő információt biológiájuk megértéséhez. A tudományterület további fejlődéséhez szükség volt a mikrobák laboratóriumi izolálására és tenyésztésére szolgáló technikákra is. E technikák közül sokat csak akkor kezdtek kifejleszteni, amikor a tudósok a ősnemzés[* 2] elméletével kapcsolatos konfliktussal küzdöttek. Ez a konfliktus és az azt követő tanulmányok a mikroorganizmusok betegségokozó szerepéről végül elvezettek ahhoz, amit ma a mikrobiológia aranykorának nevezünk.[11]
Az élet mikroszkópos méretű formáinak a felfedezése ezeknek a egyszerű lényeknek az eredetét is megválaszolandó kérdéssé tette. Az élőlények eredetével kapcsolatos viták az ősnemzésbe vetett régóta fennálló hit körül forogtak, miszerint az élő szervezetek nem élő anyagból származhatnak.[14] Míg a növények és az állatok ősnemzéssel való képződése fel sem merült a kor tudósaiban addig a mikrobák spontán képződésének számos hirdetője akadt. 1665-ben az olasz Francesco Redi fiziológus egy elegáns kísérlettel kimutatta, hogy a rothadó húson talált lárvák a legyek által lerakott petékből származnak, és nem spontán módon a hús bomlási folyamatának eredményeként. A kísérletében a nyers húst finom gézzel a környezettől elválasztva, a lárvák nem jelentek meg. A meggyőző kísérlet ellenére sokan még mindig ragaszkodtak a régi elképzeléshez, azt állítva, hogy bár az abiogenezis nem igaz a nagyobb szervezetekre – azaz a légyre – de minden bizonnyal igaz a mikroorganizmusokra. A bizonyítékok ellenére a régi elképzelés miszerint a levegőben jelenlevő misztifikált csírákból sarjad az élő mikrovilág a 19. század második feléig fennmaradt.[10] 1837-ben Friedrich Kützing német gyógyszerész megállapítja, hogy az ecetsav élő szervezetek hatására képződik. Európában ebben az időben már működnek az első sörgyárak amikor még a mikrobák erjedésben betöltött szerepét a tudomány olyan tekintélyei, mint Jöns Jakob Berzelius vegyész (1779–1848), a Svéd Tudományos Akadémia elnöke és Friedrich Wöhler (1800–1882) kémikus, göttingeni egyetemi tanár vagy Justus Liebig (1803-1873) giesseni egyetemi tanár egyértelműen elutasítják. Annak ellenére, hogy egyre több bizonyíték szól az abiogenezis ellen, még 1859-ben is újabb „bizonyítékokat” hoztak fel a hibás elmélet alátámasztására. Az évtizedekig tartó vitát végül Louis Pasteur (1822–1895) tekintélye és szisztematikus kísérletező stílusa tudta csak lezárni és elfogadtatni a szakmai közvéleménnyel a fermentációs folyamatok mikrobiális jellegét. Pasteur vegyésznek tanult, és maradandóan hozzájárult a sztereokémia tudományához, mielőtt figyelmét a boripar romlási problémáira fordította.[14] Észrevette, hogy amikor alkohol helyett tejsav terelődött a borban, akkor mindig jelen voltak pálcika alakú baktériumok is az élesztősejtek mellett. Ez arra a meggyőződésre vezette, hogy míg az élesztő termeli az alkoholt, a baktériumok felelősek a tejsavas romlásért, és hogy mindkét típusú organizmus a környezetből származik. Továbbá megállapította, hogy a vajsavas erjedés megszűnik a levegö oxigénjének hatására (Pasteur effektus).[* 3] Megfigyeléseit 1857-ben a Memoire sur la fermentation lactique című munkájában publikálta. Így az anaerob és aerob létforma felismerése is Pasteur nevéhez fűződik.[10]
Az ősnemzés vitája mellett a korszak másik fő kérdése a fertőzőbetegségek eredete és terjedésük módja volt. Pasteur borszennyezettséggel kapcsolatos megállapításai elkerülhetetlenül ahhoz az elképzeléshez vezettek, hogy a mikroorganizmusok is felelősek lehetnek az emberek, állatok és növények betegségeiért. Ebben az időben korszakalkotó volt Edward Jenner (1749–1823) angol vidéki orvos 1798-ban publikált felfedezése a himlő elleni védőoltásról. Jenner megfigyelte, hogy a himlőjárványok idején a tehenekkel foglalkozók – elsősorban a fejőlányok – nem fertőződnek meg fekete himlővel.[15] A szarvasmarhában a tehénhimlő a tőgyre korlátozott fertőzést okoz, ami fejésnél a bőr mikrosérülésein keresztül fertőzi az embert. A fertőzés helyén kifejlődik a nekrotizáló pustula,[* 4] amelyhez láz, és a nyirokcsomók gyulladásos megnagyobbodása társul.[16] A fertőzés lefolyása enyhe. Jenner e megfigyelés alapján a tehénhimlő-nyirokból oltóanyagot készített amelyet elsőként saját fián próbált ki. Beoltotta őt az általa készített oltóanyaggal (vakcinával), amelytől a fiú átesett az enyhe fertőzések, majd a betegség elmúltával, beoltotta a halálos fekete himlővel is, amelyet a fiú – ugyancsak enyhe tünetek mellett – túlélt. Jenner által alkalmazott immunizálás emlékére azokat az oltóanyagokat, melyek védettséget nyújtanak egy adott fertőzőbetegséggel szemben, Pasteur javaslatára vakcinának[* 5] nevezzük. Jenner munkásságával vette kezdetét az immunológia és lett a mikrobiológia altudománya. A modern orvostudományban a vakcina és a vakcinálás általánosan használt fogalommá vált.[17]
Az ősnemzéssel kapcsolatos viták még javában tartottak amikor a 18. század vége és a 19. század közepe között három szülészorvos, az amerikai Olivér Wendell Holmes, a skót Alexander Gordon, és a bécsi klinikán dolgozó magyar Semmelweis Ignác (1818–1865) egymástól függetlenül vonták le szinte ugyanazt a következtetést, miszerint a gyermekágyi lázban szenvedő anyák halála és a szülészorvos személye között kapcsolat van. Közülük legmesszebbre Semmelweis jutott amikor klórmeszes kézmosásra buzdította kollégáit.[18] Semmelweisnek indirekt módon nagy szerepe volt a fertőző betegségek kóroktanának tisztázásában, annak ellenére, hogy nem volt pontos ismerete arról, hogy a klórmeszes vízzel kórokozó mikroorganizmusokat távolít el. Nem sokkal később, 1860-ban Joseph Lister (1827-1912) angol sebész Semmelweis munkáját olvasva már az aszeptikus sebészeti gyakorlat bevezetését követeli kollégáitól.[10]
Agostino Bassi olasz entomológus 1835-ben felfedezi, hogy a selyemhernyók muskardinbetegségét egy élő, nagyon kicsi, parazita organizmus egy gomba okozza, amelyet végül Beauveria bassiananak neveztek el tiszteletére. 1844-ben kijelentette, hogy nemcsak az állati, hanem az emberi betegségeket, mint a szifiliszt a kanyarót, a pestist is mikroorganizmusok okozzák. A 18. század közepén Bassihoz hasonlóan Aloys Pollander német és Casimir Davaine francia orvosok tettek fontos megfigyeléseket a bakteriális és gombás fertőzések terén, megelőzve ezzel Pasteurt abban a felfedezésben, hogy a mikrobák lehetnek a fertőzőbetegségek okozói. A valódi bizonyító erejű lépést azonban Robert Koch (1843–1910) német orvos, bakteriológus tette meg 1876-ban, aki a lépfene betegségért felelős pálcika alakú kórokozókat már növekedés közben figyelte meg steril szérum táptalajon.[19] Később a mikroorganizmusok tenyésztéséhez zselatin alapú szilárd táptalajt fejlesztett ki amely nagyban megkönnyítette a mikrobák in vitro (szervezeten kívüli) tenyésztését és megfigyelését. A tenyészetekkel kísérleti egereket tudott megfertőzni az állatokon kialakuló betegség megfigyelésére. Ezen kísérletei kapcsán fogalmazta meg híres posztulátumait amelyet 1876-ban publikált. Ebben a kórokozó mikroorganizmus és egy specifikus betegség közötti ok-okozati összefüggés bizonyításának kritériumait fogalmazta meg. Ez, az azóta általánossá vált tudományos igényű irányelv Koch-posztulátumok néven került be a mikrobiológia tudománytörténetbe.[20]
Koch-posztulátumok:[21]
Fontos mérföldkövek a mikrobiológia történetében (Willey és Hogg nyomán)[22][23]
FELFEDEZÉS DÁTUMA | FELFEDEZŐK | FELFEDEZÉS |
---|---|---|
1546 | Fracastoro | felveti, hogy a láthatatlan organizmusok betegséget okozhatnak |
1590–1608 | Jansen | kifejleszti az első használható összetett mikroszkópot |
1665 | Hooke | kiadja a Micrographia című munkáját |
1676 | Leeuwenhoek | felfedezi az animaculákat és kiadja a mikrobák morfológiai diverzitásáról szóló első dokumentumot |
1688 | Redi | kimutatta, hogy a bomló húson talált lárva a légytől származnak, és nem abiogenezis eredménye |
1765–1776 | Spallanzoni | megtámadja az ősnemzés elméletet |
1786 | Miller | elkészíti a baktériumok első osztályozását |
1796 | Jenner | bevezeti a himlő elleni védőoltást |
1838–1839 | Schwann és Schleiden | előterjeszti a sejtelméletet |
1835–1844 | Bassi | felfedezi a gomba okozta selyemhernyó-betegséget |
1847–1850 | Semmelweis | bevezeti az antiszeptikumokat a fertőzések megelőzésére |
1857 | Pasteur | leírja az erjedést, publikálja az anaerob és aerob létformát[10] |
1861 | Pasteur | kísérleteivel cáfolja az ősnemzés létét |
1867 | Lister | publikál az antiszeptikus sebészetről |
1876–1877 | Koch | bizonyítja, hogy a lépfenét a Bacillus anthracis baktérium okozza |
1880 | Laveran | felfedezi a Plasmodiumot, a malária okozóját |
1881 | Koch | zselatin alapú táptalajt készít egyszerűsítve a baktériumok tenyésztését |
1881 | Pasteur | vakcinát fejleszt a lépfenét okozó Bacillus anthracis ellen |
1882 | Koch | felfedezi a Mycobacterium tuberculosist. |
1884 | Koch | megjelennek Koch posztulátumai |
1884 | Mecsnyikov | leírja a fagocitózist |
1884 | Gram | bevezeti a róla elnevezett Gram-festést |
1885 | Pasteur | kifejleszti a veszettség elleni vakcinát |
1885 | Escherich | felfedezi az Escherichia coli baktériumot |
A mikrobiológia a biológiának egy a mikroorganizmusokkal foglalkozó tudományága. Tradicionális megközelítésben voltaképpen három nagy szakterületet foglal magába: a virológiát, bakteriológiát és az immunológiát. A mikrobiológia áthatja a összes élettudományi területet: nincsen olyan része az élettudományoknak, amely alapjaiban nélkülözné a mikrobiológiát mint alaptudományt. Mindemellett mégis egy új keletű tudományról van szó, amelyet a magyar Semmelweis Ignác megfigyelései is megalapoztak, még a 19. század derekán. A mikroszkopikus rendszerek bonyolultsága az egyszerűbb egysejtes mikroorganizmusokig is sokszor modellezhetetlenül komplex struktúrát mutat. A szerves kémia mint társtudomány hídként köti össze a molekuláris biológiával, amely a mikrobiológia tudományával egyetemben az élő anyagi világ építőelemeit tárja fel.
Olyan makromolekulák tartoznak ide, melyek vagy csak fehérjét, vagy csak nukleinsavat tartalmaznak:
A mikrobiológián belül számos szakterület létezik:
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.