1 Дәріс. Микробиология, вирусология және иммунологияның тарихи дамуы, мақсаты мен міндеті. Микроорганизмдерді жүйелеу принциптері. Бактерия жасушасының морфологиясы, химиялық және құрылымдық құрамы. Жалпы вирусология

Микробиологияның мақсаты – микроорганизмдердің физиологиясын, генетикасын, экологиясын және биохимиясын зерттеу. Микроорганизмдерге әртүрлі бактериялар, актиномицеттер, саңырауқұлақтар, балдырлар және қарапайымдылар жатады.

Бұл ғылым: жалпы микробиология, санитарлық микробиология, медициналық микробиология, эпидеминология, мал дәрігерлік микробиология және вирусология, техникалық немесе өндірістік микробиология, тағамдық микробиология, ауылшаруашылық микробиология, геологиялық микробиология сияқты түрлі ғылым салаларына бөлінеді.

Микробиология ғылымы дамуының негізгі кезеңдері:

Эмпирикалық білімдердің қалыптасу кезеңі ( микроскопты ойлап тапқанға дейінгі кезең).

Морфологиялық кезең. Микроорганизмдердің  ашылуы.

Физиологиялық кезең ( 1875ж. басталады) -  Л.Пастер мен Р.Кох дәуірі.

Иммунологиялық кезең - иммунология ілімі қалыптасты. 

Микробиология ғылымының негізігі кезеңдерінің бірі - антибиотиктердің ашылуы.

Қазіргі  таңдағы микробиология, яғни микробиология ғылымы дамуының молекулалы-генетикалық кезеңі.

Қазақстандағы микробиологияның даму тарихы. Қазақстанда миробиологияның дамуы ұлы отан соғысы кезінде және одан кейінгі жылдары дами бастады. Қазақстандағы микробиологияның негізін қалаған ғалым Ғ.А. ҚазССР мүше-корреспонденті Д.Л.Шамис болды.

1956 жылы сәуір  айында вирусология лабораториясы патология микробиология секторы бойынша республикада бірінші рет академиялық ғылыми мекеме жалпы және тұрмыстық, ауылшаруашылық микробиологиясы - Қазақ ССР Ғылым Академиясының микробиология және вирусология Институты құрылды.

Қазақстанда микробиологияның физилогиялық бағыты - Ғ.А. Қаз ССР Д.Л.Шамис басшылығында болды.

НАН ҚР профессорлары  М. Х. Шиғаева мен Н. Б. Ахматулина химиялық мутагендер туралы, олардың  генетикалық микрооганизмдер мен  вирустардың жалпы биологиядағы маңызы жайлы зерттеулер жүргізді. Олар өздерінің жұмыстарында мутагеннің систематикасын мутагеннің химиялық құрылымы мен генетикалық активтілігі тұрғысына сүйенеді.

Микроорганизмдер экологиясына микроорганизмдердің табиғаттағы өніп-өсу процесі жатады (суда, топырақта, тау жыныстарында) және микроорганиздердің қоршаған ортаны ластанудан қорғауы да жатады. Су қоймаларындағы микроорганизмдердің өніп-өсуі мен көбею жолдарын ғалымдар зерттеді. Зерттеу жұмыстары Балқаш көлі, Арал мен Каспий теңіздерінде, Өскемен, Бұқтырма, Қапшағай, Шардара суқоймаларында жүргізілді. Арал теңізіндегі көп жылдық зерттеулер нәтижесі көрсеткендей Арал суының тартылуы тұз басу мен микроорганизмдердің санының азаюы деп көрсетеді.

Қоршаған  ортаны қорғаудың ең бір өзекті мәселесі ол топырақ пен суды мұнай мен  мұнай өнімдерінен тазарту болып  табылады. Ешбір техногенді ластануды  мұнай өнімдерімен ластанумен салыстыруға  болмайды. Мұнай ең қауіптісі. Топырақ  пен суды мұнай және мұнай өнімдерінен тазарту қазіргі таңдағы қиын жағдайлардың бірі. Қазақстан республикасындағы микробиология мен вирусология Институтында жаңадан «Мұнайбак», Оңтүстік Қазақстан мемлекеттік университетінде - «Перойл» атты препараттар ойлап табылды (Бишимбаев В.К., Илялетдинов А.Н., Исаева А.У.). Су мен ластанған топырақтың беткі қабатындағы мұнай және мұнай өнімдерін пайдалануға қабілетті. Препараттардың құрамында мұнайлы көмірсуларды қышқылдандыратын қабілетті флора мен фаунаға зиянын әсерін тигізбейтін көмірсуды қышқылдандыратын микроорганизмдерден тұрады.

Микроскоптық тірі жәндіктер әлемін ашқан А. Ван Левенгук. Олардың осы уақыттан бастап ХІХғ. дейін барлық ашылған микроорганиздерді жануар табиғатының ұсақ жәндіктері ретінде қарастырды.

ХІХғ. екінші жартысында неміс биологы  Э.Геккель (1834-1919)  микроорганиздердің жануарлар және өсімдіктер дүниесінен ерекшеленетінін, соншалықты оларды осының біреуіне де жатқызуға болатынын тұжырымдады. «Protista» термині қазірде микробиологтар зерттейтін объектілерді белгілеу үшін қолданылады.

Protista тобына енетін микроорганизмдер  клеткасының құрылысындағы ерекшіліктер туралы мәліметтер ХІХ ғ. соңында жинақтала бастады. Бұл топтардың жоғары және төмен сатыларға бөлінуіне апарып соқты. Жоғарғы және төменгі сатыларды бөлу екі айқындалған клетканың ұйымдасу типтеріне – эукариотты және прокариоттылар сәйкес жүреді. Жоғары сатыдағы клеткалар құрылысы эукариотты, яғни эукариоттар болып табылады, төменгісі – прокариоттылар.

Прокариоттар мен эукариоттар  арасындағы бірқатар айырмашылықтар бар. Жасуша - бұл мембранамен шектелген цитоплазма бөлігі. Соңғысы электрондық микроскоппен қарағанда ультроқұрылымға ие: электронды тұнық аралықпен бөлінген, әрқайсысының қалыңдығы 2,5-3,0 нм. Әр бір клетканың міндетті химиялық компонеттері нуклейн қышқылдарының екі түрі (ДНК және РНК) ақуыздар, липидтер, көмірсулар болып табылады. Цитоплазма мен оны қоршаған мембрана клетканың міндетті құрылымдық элементі. Нәзік құрылымды зерттеу прокариотты (бактериялар мен цианобактериялар) және эукариотты (қалған миро және макро организмдер) клеткалар құрылысындағы елеулі айырмашылықтарды айқындайды.

Сыртқы пішініне қарай  бактериялар негізінен үш топқа бө

лінеді: шар тәрізділер - коккалар, таяқша тәрізділер - бактериялар, бацилдар және спираль тәрізділер - вибриондар, спириллалар (сурет 1). Шар тәрізді бактериялардың жеке - жеке түрлері коккалар делінсе, екі - екіден қосақталған түрлері - диплококкалар, өзара тіркескен, моншақ тәрізделгендері - стрептококкалар, төрт - төрттен тіркескендері - тетракоккалар, сегіз - сегізден текшеленгендері - сарциналар делінеді. Ал, олардың стафилакоккалар деп аталатын бір тобындағы шар тәрізді бактериялардың орналасуы жүзімнің шоқ жемісіне ұқсайды.

Таяқша тәрізді бактериялар  ұзындығына, диаметріне, клеткалар  ұшының пішініне, споралар түзілуіне  қарай бірнеше топтарға бөлінеді. Спора түзуші топтарын – бациллалар, ал түзбейтіндерін бактериялар деп атайды. Таяқша тәрізді бактерияларды клеткаларының орналасу тәртібіне қарай бірнеше топтарға бөледі: диплобациллалар немесе диплобактериялар - екі - екіден қосақтала орналасқан таяқша тәрізді бактериялар. Стрептобактериялар - моншақ тәрізді тізіле орналасқан таяқша тәрізді бактериялар. Кейде пішіні шар тәрізді бактерияларға тым ұқсас таяқша тәрізді бактерияларды да кездестіруге болады. Оларды коккобактериялар деп атайды. Спора түзетін клеткалары тізбектеле орналасқандарын стрептобациллалар деп атайды.

Бактериялардың мөлшері. Көптеген шар тәрізді бактериялар клеткаларының диаметрі - 1 - 2 микронға тең (микрон - миллиметрдің мыңнан бір бөлігі). Жұмыр клеткалы бактериялардың ұзындығы - 1 - 4 микронға ені 0,5 - 1 микронға дейін барады. Сондықтан да судың бір тамшысында бірнеше жүздеген миллион микробтар кездеседі. Кейбір бактериялар мөлшері едәуір болады дедік. Мәселен, күкірт бактериясы клеткасының көлденең кесіндісінің диаметрі 50 микронға тең. Бактериялардың үш тобының ішінен мөлшері тұрақтысы коккалар, ал таяқша тәрізді бактериялар өзгергіш келеді.

Табиғатта микроорганизмдердің  өте ұсақ тобы – ультрамикробтар  да кездеседі. Микроорганизмдердің  бұл тобының ішінен бактериофагтар, сүзілуші вирустардың адам өмірінде зор маңызы бар. Вирустардың шамасы миллиметрдің миллиондаған бөлігіне тең, яғни оларды миллимикрондармен (миллимикрон микронның мыңнан бір бөлігіне тең) немесе микромикрондармен (микромикрон микронның жүз мыңнан бір бөлігіне тең) өлшейді.

Бактериялардың сіңіру беті зор. Сондықтан да олар өздеріне қажетті қоректік заттарды тез арада  өндіріп ала алады.

Органикалық  қалдықтарды тез ыдыратудың арқасында, бактериялар олардан өздеріне қажетті  энергияны аз уақыт ішінде босатып алады.

Бактерия жасушасының  құрылысы. Құрылысы жағынан алғанда бактериялар жасушалары өте қарапайым. Ол сыртқы қабықшадан әр түрлі заттары бар цитоплазмадан, вакуолядан және ядродан құралады. Жасуша қабықшасы шырышты затқа толы болады. Қабықша жасушаның негізгі бөлігіне жатпайды, белгілі орта жағдайында байланысты ғана пайда болады. Мәселен, жасушаның шырышты қабықшасы кейде оған өте төменгі немесе жоғары температура әсер еткенде пайда болады да, клетканы құрғаудан және басқада зиянды заттардың әсерінен қорғайды. Қанты мол ортада шырыш қабықшасы қалыңдап, клетканың сыртына капсула түзеді. Шырыш қабықшаның молдығынан кейде ол бактериялар тіршілік етіп отырған ортаға да бөлінеді. Мұны зооглея деп атайды. Жасуша қабықшасын түрлі ферменттер (лизоцим), ультрадыбыспен, өте жіңішке ине немесе басқа да сол сияқты заттармен бұзуға болады. Сонда цитоплазмалық мембранамен қоршалған цитоплазманың пішіні шар тәрізді болып көрінеді. Сөйтіп, жасуша қабықшасы оның белгілі бір пішінін көрсетеді.

Жасуша  қабықшасы.  Бактерия жасушасы сыртқы жағынан қалың қабатпен қапталған. Ол цитоплазмалық мембрананың сыртынан қаптап жататын жасуша қабықшасы. Жасуша қабықшасы қорғаныштық, тірек қызметін атқарады, сонымен қатар жасушаға белгілі бір пішін беруге қабілетті (мысалы, шар тәрізді, таяқша және т.б) және жасушаның сыртқы қаңқасын құрайды.

Вирустар - өсімдіктердің, бактериялардың, жануарлардың және адамның клеткалары ішінде паразиттік тіршілік ететін, бактериялардан да бірнеше есе кіші, клеткалық құрылысы жоқ, ең қарапайым тіршілік иесі.

1892  жылы орыс ғалымы, ботаник Д. И. Ивановский (1864-1920) темекі жапырағында кездесетін  теңбіл (мозайка) ауруын зерттей  отырып, ол ауруды қоздыратын  мөлшері жағынан әдетте микроорганизмдерін бірнеше есе кіші, бактериялар өтпейтін сүзгіден сүзіліп өтетін, жұқпалы қасиеті бар сұйық зат екенін анықтады. Ивановский осындай өсімдіктің шырынын зақымдалмаған өсімдіктің ұлпасына енгізгенде аурудың сол өсімдікте пайда болатынын байқады. Бұл ауруды туғызатын микроорганизмді «сүзгіден өтетін вирус» деп атады. Сөйтіп, Ивановский биология ғылымының бір – саласы вирусологияның негізін салды.

1897жылы шетел зерттеушілері  Ф.Леффлер және Форш ауылшаруашылық  малдарында көп тараған аусыл  ауруының вирусын тапты. 1898 жылы  Н.Ф.Гамалея бактерияны ерітіп жіберетін, сүзгіден өтетін микроорганизм болатындығын ашты. Кейін оны бактериофа г (бактерияны жоюшы) деп атады. Вирустарды оптикалық микроскоппен көру мүмкін емес, оларды тек электрондық микроскоп көмегімен көруге болады.

Вирустарды сыртқы пішіне, құрылысына қарай: вирустар, бактериофагтар деп екі қатарға бөлуге болады. Вирустар өсімдіктерде паразитті тіршілік ететін, клеткалық құрылысы жоқ, қарапайым микроорганизмдер. Бактериялардан ұсақ, үлкендігі 10-15 мкм 200-500 мкм-ға дейін барады.

Вирустар басқа тірі ағзалар сияқты көбейетін, тұқым  қуалау белгілері болатын және өздеріне тән қасиетін сақтай алатын бірнеше  иелері бар тірі ағзалар. Олардың  құрамы өсімдіктер мен жануарлар  клеткасы ядроларын құрайтын күрделі молекулалы ақуыздардан – нулеопротеидтерден тұрады. Ірі вирустардың құрамында липидтер мен көмірсулар болады. Вирустың құрамындағы нуклеин қышқылының мөлшері 45 процентке дейін. Нуклеин қышқылы ДНК (дезоксирибонуклеин) және РНК (рибонуклеин) түрінде болады. Нуклеин қышқылының қасиеті нуклотидтердің саны мен орналасуына байланысты. Адамның, жануарлардың, өсімдіктердің және бактериялардың ДНК клетка ядросында, РНК цитоплазмасында орналасса, ал вирустарда РНК мен ДНК-ның біреуі ғана болады. Вирустардың ерекшелігі ДНК, РНК-лардың және басқа молекулалардың орналасу ерекшеліктері мен олардың санына байланысты.

Кейінгі кезде көпшілік вирустар әр түрлі пішінді кристалдарға да ауыса алатындығы анықталды. Вирустар ағзалардың белгілі бір мүшесінде  бөлшектену арқылы көбейеді. Тірі клеткадан тыс тіршілік ете алмайды.

Вирустардың құрылысы. Вирустар келесі компонеттерден құралған:

Жүрекшесі – жаңа вирустың пайда болуына ақпарат тасымалдаушы ақуыздар, яғни генетикалық материал (ДНК және РНК).

Капсид деп аталатын ақуыз қабықшасы (латын тілінен капса – жәшік деген мағананы білдіреді). Капсомерлер жоғары сатыдағы симметриялы құрылымды құрайды.