Роль мікробіології у розвитку фармації

ПЛАН

1. Предмет, проблеми, завдання і перспективи мікробіології

2. Напрямки діяльності мікробіології в різних галузях

3. Вакцини – як одне із визначних досягнень мікробіології

Використана література

1. Предмет, проблеми, завдання і перспективи мікробіології

Мікробіологія — наука про найдрібніші і найпоширеніші, невидимі для неозброєного ока, живі організми, які за свої мік¬роскопічні розміри дістали назву мікроорганізмів. Різноманітні представники світу мікробів належать до різних таксонів. Серед них вирізняють бактерії, ціанобактерії, актиноміцети, рикетсії, а також деякі мікроскопічні гриби та найпростіші, які детально вивчаються в курсах мікології і протозоології.

Мікробіологія (від грец. “мале життя”) вивчає морфологію, систематику, фізіологію і біохімію, генетику, екологію мікроорганізмів, їхню роль і значення в кру¬гообігу речовин, патології людини, тварин і рослин, досліджує загальні умови їхньої життєдіяльності і способи спрямування цієї діяльності на користь людині. Особливу увагу мікробіологіч¬на наука приділяє дослідженню найчисленнішої групи мікроор¬ганізмів — бактеріям, що є основним предметом її вивчення.

Мікроорганізми перебувають скрізь: у фунті, воді, повітрі, на предметах, які нас оточують, на продуктах харчування і кор¬мах, рослинах, на поверхні тіла і в шлунково-кишковому тракті людини і тварин, їх знаходять у снігах Антарктиди і в гарячих джерелах — гейзерах, у пекучих пісках пустель, у стратосфері, глибинах шахт, морів та океанів тощо. Мікроби, займаючи май¬же всі екологічні ніші, становлять чи не найбільшу складову жи¬вої речовини нашої планети.

В усіх сферах природи на частку мікробів припадає переваж¬на більшість біохімічних перетворень. У безупинному циклі пе¬ретворень: мінеральні речовини — зелені рослини — тварини — мікроорганізми — мінеральні речовини — вирішальна роль на¬лежить мікробам. Вони зумовлюють кругообіг речовин і енергії в природі. З життєдіяльністю мікроорганізмів пов'язане утворення деяких руд, кам'яного і бурого вугілля, торфу та інших корисних копалин.

Винятково важливе значення мають мікроорганізми, що їх використовують в різних галузях народного господарства, на¬приклад у таких необхідних для життя людини процесах, як випікання хліба, виробництво молочнокислих продуктів, фер¬ментів, кормового білка, амінокислот, вітамінів, антибіотиків, гормонів, вакцин та інших лікарських препаратів, органічних кислот, стимуляторів росту, бактеріальних добрив, засобів захис¬ту рослин тощо. Мікробіологічні процеси лежать в основі вироб¬ництва спирту, вина, пива, силосування кормів для тварин та ін.

Сучасні досягнення мікробіологічної науки дозволили віт¬чизняним і зарубіжним вченим розробити теоретичні основи технології бактеріального видужування кольорових, рідкісних і благородних металів з бідних руд, рудних концентратів, відходів гірничо-видобувної промисловості, оскільки існуючі технології одержання з таких руд міді, нікелю, хрому, олова, молібдену, урану, золота тощо ще недостатньо ефективні.

Досягнення сучасної мікробіології ґрунтуються на розвитку фізики, хімії, біохімії, молекулярної біології, генетики, фізіології та інших природничих наук. Мікробіологію не можна вивчати у відриві від цих наук, бо деякі з них є основою для розуміння її положень, а інші — уможливлюють практичне застосування її досягнень. Знання з ботаніки і зоології полегшують вивчення мікробіології, зокрема таких її розділів, як місце і роль мікроор-ганізмів у природі, анатомія і морфологія бактерій, систематика й походження мікробів тощо.

Знання з біохімії, фізико-хімічної біології та фізіології допо¬магають розкривати чимало нових аспектів життєдіяльності мік¬робів, наприклад, те, що мікроорганізми синтезують нові класи органічних сполук, здійснюють в органічній хімії ряд нових ти¬пів реакцій; мікроорганізми використовують як моделі для біо¬хімічних, фізіологічних і генетичних досліджень.

Важко уявити розвиток мікробіології без тісного зв'язку з ге¬нетикою. Мікроорганізми виявились чи не найкращими біоло¬гічними моделями для вивчення закономірностей спадковості й мінливості. Генетичний апарат мікробної клітини й механізм йо¬го функціонування у часі мають безперечно великі переваги для дослідження порівняно з вищими організмами. І немає нічого дивного в тому, що відкриття цілого ряду загально-біологічних закономірностей (матрична теорія синтезу білка, розшифруван¬ня генетичного коду, штучний синтез гена тощо) пов'язане з вивченням генетики, фізіології та біохімії процесів життєдіяль¬ності мікроорганізмів.

Кінець XX ст. ознаменувався виникненням цілої низки гло¬бальних проблем: дефіцит харчового білка внаслідок швидкого збільшення населення Землі, надзвичайно швидке вичерпуван¬ня природних ресурсів, які не поновлюються, енергетична кри¬за, антропогенне забруднення довкілля та ін. Важливу роль у ви¬рішенні цих проблем повинна відіграти сучасна біотехнологія, стрижнем якої є мікробіологія.Біотехнологія виникла ще в сиву давнину разом з появою хліборобства і тваринництва. Саме ця первісна примітивна біо¬технологія спричинилася до виникнення людської цивілізації. Як науковий термін «біотехнологію» вперше було використано угорським ученим К. Ерекі 1919 р. на позначення тих робіт, наслідком яких продукція одержується за допомогою живих ор¬ганізмів, як одноклітинних, так і багатоклітинних.

Європейська федерація з біотехнології у 1984 р. визначила біотехнологію як інтегроване використання біохімії, мікробіоло¬гії та інженерних наук з метою технологічного (промислового) застосування здатностей мікроорганізмів, культури клітин тка¬нин та їх частин, а Європейська комісія доповнила — ще й для того, щоб забезпечити людей потрібними продуктами і послуга¬ми.

Нині біотехнологія посідає одне з перших місць у розвитку науково-технічного прогресу. Вважають, що за її допомогою до¬корінно зміняться способи вирішення таких кардинальних про¬блем, як забезпечення людства продовольством, охорона здоро¬в'я, задоволення енергетичних потреб, охорона довкілля.

Останнім часом біотехнологія досягла відчутних успіхів в розвитку промислової мікробіології, підприємства якої постача¬ють селу, крім кормового білка, незамінні амінокислоти (лізин, глутамінову кислоту, треонін та інші), ферменти, ветеринарні антибіотики, вітаміни, премікси, біожири, бактеріальні добрива, мікробіологічні засоби захисту рослин, поживні середовища, стартові корми для молодняка і цінних порід риб.

Випускаються також препарати для потреб харчової (фер¬ментні препарати, різні закваски для хлібопечення і приготуван¬ня молочнокислих продуктів), текстильної, хімічної, медичної, кондитерської, парфумерної та інших галузей промисловості, а також для наукових цілей. Мікробіологічна промисловість випу¬скає нині понад 150 різних видів продукції.

За допомогою мікроорганізмів дістають додаткові джерела енергії у вигляді біогазу, етанолу, метанолу, водню тощо внас¬лідок використання ними відходів сільського господарства, про¬мисловості, а також сонячної енергії. Використання метанолу і етанолу як моторного палива або добавок до нього ілюструє істотний вклад мікробіології у вирішення енергетичної преблеми. У деяких випадках біотехнологія дозволяє водночас вирішу¬вати як енергетичні, так і екологічні проблеми.

Розвиток біотехнології збігся із новою ерою — генної і клітинної інженерії. До середини 80-х років були розроблені ме¬тоди рекомбінування і конструювання генів із клітин і удоскона¬лення методики перенесення їх в мікробні клітини. В 1980— 1982 рр. опрацьовано методи перенесення генів у цілі тваринні і рослинні організми. Такі організми одержали назву трансгенних.

Успіхи генної і клітинної інженерії відкривають небачені раніше перспективи. Наприклад, застосування генно-інженерних методів (технології рекомбінантних ДНК) дало змогу створити високопродуктивні мікроорганізми-продуценти, що синтезують такі цінні речовини, як білки одноклітинних організмів, неза¬мінні амінокислоти (лізин, треонін, глутамінова кислота), віта¬міни (В|, В12, С), антибіотики (барідаміцин, косталіцин, по-ліоксин), котрі застосовуються в сільському господарстві проти шкідників; пеніциліни, тетрацикліни, цефалоспоріни, стрепто¬міцини, гентаміцини, еритроміцини та багато інших антибіоти¬ків, потрібних у медицині, а також гормони (інсулін, соматоста-тин, соматотропін, еритропоетин, енкефаліни і ендорфіни), ін¬терферони, інтерлейкіни, ферменти (амілаза, хімозин, протеази, целюлаза, холестеролоксидаза, супероксиддисмутаза, аспара-гіназа тощо).

2. Напрямки діяльності мікробіології в різних галузях

Застосування досягнень сучасної мікробіології в різних галу¬зях народного господарства через перспективність, різноманіт¬ність і специфічність спричинило утворення низки самостійних дисциплін, а саме: загальної, сільськогосподарської, медичної й ветеринарної, технічної, або промислової, водної, геологічної і космічної мікробіології. Бурхливо розвивається як самостійна дисципліна загальна і спеціальна вірусологія.

ЗАГАЛЬНА МІКРОБІОЛОГІЯ

Вивчає хімічний склад, структуру, загальні закономірності життєдіяльності, екологію і систематику бактерій, а тому є обо¬в'язковим розділом усіх інших мікробіологічних дисциплін.

СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКА МІКРОБІОЛОГІЯ

Досліджує роль мікроорганізмів у родючості грунту, у фор¬муванні його структури. Вивчає фітопатогенні мікроорганізми і способи захисту рослин від інфекцій, участь мікробів у круго¬обігу речовин у природі, у живленні рослин, силосуванні кормів тощо.

МЕДИЧНА І ВЕТЕРИНАРНА МІКРОБІОЛОГІЯ

Вивчає переважно ті види мікробів, які в процесі еволюції пристосувались до паразитування у людському або тваринному

організмі і цим спричиняють низку інфекційних захворювань. Вивчення збудників цих захворювань, засоби профілактики і лікування інфекційних хвороб — основне завдання медичної та ветеринарної мікробіології.

ВОДНА МІКРОБІОЛОГІЯДосліджує заселення мікробами прісних і солоних водойм, їхню роль і значення в кругообігу речовин та трофічних зв'язках, виявляє еколого-географічні закономірності розподілу мікроор¬ганізмів. Вона також опрацьовує дуже важливу проблему очи¬щення питної води, а також промислових і стічних вод.

ГЕОЛОГІЧНА МІКРОБІОЛОГІЯ

Вивчає роль і значення мікроорганізмів у геологічних'проце-сах, з'ясовує їхню участь в утворенні й розкладанні різних руд, горючих копалин, сірки тощо. Розробляє мікробіологічні спосо¬би добування металів із руд.

ТЕХНІЧНА МІКРОБІОЛОГІЯ

Розробляє наукові основи використання біохімічної діяль¬ності мікроорганізмів у різних виробничих процесах. Чимало ви¬робництв легкої, харчової, хімічної та інших видів промисловос¬ті грунтуються на процесах, що їх спричинюють мікроби. На¬приклад, приготування тіста для випікання хліба, виготовлення молочнокислих продуктів, квашення овочів і силосування кор¬мів, мікробіологічний синтез білків, амінокислот, ферментів, вітамінів, фізіологічно активних речовин, лікарських препаратів тощо. Технічна мікробіологія розробляє технологію виробницт¬ва органічних кислот, спирту, вина, пива, замочування прядив¬них культур, внесення бактеріальних добрив і засобів захисту рослин; серед її завдань вирізняють також розроблення методів боротьби з корозією металів тощо.

КОСМІЧНА МІКРОБІОЛОГІЯ

Вивчає вплив космічних умов на мікроорганізми, наявність мікробів у метеоритах. Розробляє методи запобігання занесенню земних мікроорганізмів на інші планети і, можливо, звідти на Землю.

Важливим завданням космічної мікробіології є також до¬слідження і розв'язання проблеми кругообігу речовин на косміч¬них кораблях і орбітальних станціях для забезпечення життє-діяльності космонавтів під час тривалих космічних польотів.

3. Вакцини – як одне із визначних досягнень мікробіології

Досягнення сучасної мікробіології, імунології та інших наук дають змогу глибше пізнати ос¬нови розвитку патології і захисних сил організ¬му, розробляти ефективні методи боротьби із захворюваннями. У загальному комплексі про¬тиепідемічних заходів, які широко проводяться в нашій країні, вели¬ке значення приділяється специфічній профілактиці і терапії інфек¬ційних хвороб, зокрема штучній імунізації людини і тварин за допо¬могою вакцинації.

Вакцини (лат. vacca — корова) — препарати, що складаються з ослаблених, вбитих збудників хвороб чи продуктів їхньої життєдіяль¬ності. Ці специфічні речовини дістали назву від противіспяного пре¬парату, виготовленого з вірусу коров'ячої віспи. Метод щеплень за допомогою вакцин називають вакцинацією, або імуніза¬цією.

Творцем наукової теорії запобігання інфекційним захворюван¬ням за допомогою виготовлених в лабораторії вакцин був засновник медичної мікробіології Л.Пастер. Вперше вакцинацію було здійсне¬но в 1796 р. англійським лікарем Е.Дженнером, який штучно прище¬пив дитині коров'ячу віспу, в результаті чого ця дитина набула іму¬нітету до натуральної віспи.

Вакцини врятували людство не тільки від віспи. Переможено тяжку дитячу хворобу поліомієліт, вакцина БЦЖ виявилася досить ефективною проти туберкульозу. За допомогою вбитих мікробів або виділених з них антигенів створюється стійкий імунітет до кору, кок¬люшу, правця, газової гангрени, дифтерії та багатьох інших інфек¬ційних захворювань. Велика надія покладається на вакцинопрофі-лактику у боротьбі з ВІЛ-інфекцією, вірусними гепатитами і маля¬рією.

Сучасні вакцини поділяють на чотири групи:

а) вакцини, які виготовляють із живих збудників з ослабленою вірулентністю (проти віспи, туберкульозу, чуми, сибірки, сказу, грипу, полімієліту та ін.);

б) вакцини з убитих патогенних мікробів (холерна, черевноти¬фозна, коклюшна, лептоспірозна, поліомієлітна тощо);

в) анатоксини (виготовляються з екзотоксинів відповідних збуд¬ників обробкою їх 0,3—0,4 %-м розчином формаліну і витриму¬ванням при температурі 38-40 °С протягом 3—4 тижнів). Добуті у такий спосіб дифтерійний, правцевий, стафілококовий, холер¬ний та інші анатоксини знайшли широке застосування в практи¬ці;

г) хімічні вакцини (їх виготовляють не з цілих бактеріальних клітин, а із хімічних комплексів, добутих шляхом обробки суспензії клітин спеціальними методами; наприклад, для профілак¬тики черевного тифу і правця застосовують хімічну сорбовану вакцину з О- і Vi- антигенів черевнотифозних бактерій і очище¬ного концентрованого правцевого анатоксину).

Вважають, що найбільш перспективними є комбіновані полівакцини, що містять різні антигени. За допомогою таких асоційованих полівакцин можна буде виробляти антибактеріальний, антитоксич¬ний і противірусний імунітет. При специфічній профілактиці інфек¬ційних хвороб часто використовують моновакцини, дивакцини і тривакцини. Останнім часом почали застосовувати рекомбінантні вакцини з рекомбінантних штамів бактерій і вірусів.Вакцинотерапія. Вакцини застосовуються не тільки для профілак¬тики, а й для лікування хронічних процесів, що мають млявий пе¬ребіг, — дизентерії, бруцельозу, фурункульозу, гонореї та інших хвороб. З цією метою використовують вакцини з убитих мікробів, анатоксини, екстракти із стафілококів тощо. Досить ефективним виявилось використання полівалентної стафілококової, стрептоко¬кової, гонококової, протибруцельозної вакцин.

При орнітозі, актиномікозі, коліентеритах, стафілококових та ін¬ших захворюваннях хороші результати дає комплексна імуноанти-біотикотерапія. Ефективним виявилось також застосування аутовакцини, тобто вакцини, виготовленої з культури бактерій, виділеної від даного хворого. Вакцинація проводиться різними способами: нашкірно, підшкірне, через рот, у слизову оболонку носа тощо.

Препарати, що містять антитіла, які згубно діють на мікроби або нейтралізують їхні токсичні продукти, дістали назву сироваток. Виробляють їх із крові тварин, яких імунізують певним антигеном (живі чи вбиті мікроби, віруси, мікробні, тваринні та рослинні ток¬сини). Лікувальні і профілактичні сироватки випускають в очищено¬му вигляді (без баластних білків, які не містять специфічних антитіл).

Сироватки поділяють на антитоксичні і антимік¬робні. До перших належать протиботулічна, протидифтерійна, протиправцева та інші. Антимікробні сироватки містять глобуліни і імуноглобуліни. Останні добувають методом фракціонування сироваткових білків із спиртововодяних сумішей при температурі нижче від 0 °С.

Імуноглобуліни, виділені з крові людини, з профілактичною ме¬тою використовують проти поліомієліту, кору, коклюшу, вірусного гепатиту, скарлатини та інших інфекцій. Нині виготовляють специ¬фічні Імуноглобуліни спрямованої дії із сироватки донорів, які іму¬нізовані проти даної інфекції.

Сироватки застосовують і з діагностичною метою, зокрема, щоб визначити природу збудника, який спричинив якесь захворювання. Багаторічне застосування вакцин і сироваток показує, що специфіч¬на профілактика має дуже важливе значення в системі заходів проти епідемій.

Вакцинотерапія у ветеринарній практиці поки не одержала широкого застосування через складність підбора ефективних терапевтичних доз збудника - антигену для здійснення принципу «подібне виліковується подібним», відповідно до якого застосовуються малі дози препарату, що викликають у

великих дозах у здорових тваринні явища аналогічні ознакам інфекційної хвороби. Більш того, при багатьох конкретних інфекційних хворобах дотепер ще не визначені способи введення збудника - антигену, ритмічність і кратність впливу антигеном, момент ін'єкції з урахуванням стадії інфекційної хвороби і фази імуногенного десенсибилизирующего процесу, від яких залежить ефективність вакцинотерапії. Вакцинотерапію частіше застосовують при чи в'януло довгостроково поточних інфекціях.

Миксоматоз кроликів гостро протікає висококонтагиозная хвороба, що відрізняється високою летальністю. При ліквідації захворювання відповідно до інструкції про заходи щодо боротьби з миксоматозом, усіх кроликів, що знаходяться в несприятливому пункті, розділяють на двох груп. До першої групи відносять тварин хворих і підозрілих по захворюванню, їх убивають на місці. Тушки і трупи кроликів утилізують. Залишки корму, тару, малоцінний інвентар, гній і підстилку спалюють. Збитки від миксоматоза зростають, коли на територіях неблагополучної і загрозливої зон усі поголів'я сприйнятливих кроликів, що не мають клінічних ознак захворювання, прищеплюють противомиксоматозной вакциною відповідно до наставляння, що приводить найчастіше до масового поствакцинальним ускладненням і появі клінічних ознак хвороби. Такі кролики відповідно до інструкції (з поствакцинальними рецидивами миксоматоза) також підлягають забою й утилізації.

У стаціонарно неблагополучних господарствах і населених пунктах збитки від миксоматоза значно можуть бути відвернені застосуванням вакцинотерапії. Нами розроблений спосіб вакцинотерапії при миксоматозе кроликів в особистому і колективному фермерському господарствах, розташованих на території неблагополучних по цій інфекційній хворобі.

Для вакцинотерапії при миксоматозе зі стабільними результатами ефективності найбільше доцільно використовувати вакцини з убитих чи живих ослаблених (аттенуированних) культур, виготовлених биофабриками, що дозволяє вводити щодня в одне і теж час малі дробові дози вакцини, на які організм відповідає помірної поствакцинальной реакцією з наступним видужанням.

Нам представилася сприятлива можливість виконати дослідження з вивченню лікувальної ефективності вакцини шт. В - 82 на 237 кроликах, хворих миксоматозом, у клініці кафедри епизоотологии Донгау, і на значному поголів'ї у виробничих умовах кролиководческих господарств.При уведенні внутримишечно щодня в 9 - 10 годин ранку в плині 3-4 доби вакцини сухий живий культуральной зі штаму. В - 82 проти миксоматоза хворим кроликам по одній профілактичній дозі (по 1 мол) в область внутрішньої сторони стегна, реєстрували місцеву, загальну й осередкову реакції. Остання виявилася найбільш важливої для визначення кратності уведення вакцини по кінцевому ефекті терапії. При ін'єкції вакцини з терапевтичною метою звичайно відзначали місцеву реакцію у виді невеликого інфільтрату і вузлика на місці введення, злегка хворобливого при натисненні.

Осередкова реакція визначалася в місці локалізації миксом посиленням хворобливості, підвищенням осередкової температури, тимчасовим збільшенням набряклості і пізніше (через 3-4 доби) при продовженні вакцинотерапії, поліпшенням загального стану і стану, уражених миксомних ділянок, їх постеленним зникненням у результаті рассасивания.

Ритмічний вплив специфічними антигенами подразниками на весь інфікований організм, імовірно, супроводжується виникненням ряду послідовних гормональних, ферментативних і імунологічних процесів, спрямованих на відновлення гомеостазу, що приводить до поліпшення обмінних процесів у первинному вогнищі поразки, до рассасиванию миксом. У підсумку відновлюється порушена діяльність підшкірних тканин і систем організму.

Терапевтична ефективність противомиксоматозних вакцин зростає до 100% - ний виздоравливаемости інфікованих кроликів, коли лікування починали в інкубаційний період і в перші 24 - 48 годин з моменту появи первинних миксом. Вакцинотерапія у свіжих епизоотических вогнищах, коли миксоматоз виник вперше і спізніла, при генерализованной формі - мало ефективна.

Використана література:

1. Букринская А.Г. Вирусология. – М., 1986.

2. Гудзь С.П. та ін. Основи мікробіології. – К., 1991.

1.Векірчик К.М. Мікробіологія з основами вірусології: Підручник. – К.: Либідь, 2001.