Микробиоло́гия (от микро... и биология), наука, занимающаяся изучением микроорганизмов.

Исторический очерк

Считается, что микроорганизмы впервые наблюдал в 1683 г. А. ван Левенгук с помощью изготовленных им линз. Как наука микробиология сформировалась во 2-й половине 19 в., главным образом под влиянием работ Л. Пастера, который доказал участие микроорганизмов в различных типах брожения (1857–1861), отстаивал теорию микробного происхождения инфекционных заболеваний, опроверг теорию самопроизвольного зарождения микробов, открыл анаэробные формы жизни (1861) и др. Эти работы послужили научной основой стерилизации медицинских инструментов, консервации и пастеризации пищевых продуктов. Исключительно важное значение для борьбы с инфекционными заболеваниями имел предложенный Пастером метод прививок, основанный на введении в организм домашних животных и человека ослабленных культур болезнетворных микроорганизмов (1880). Большую роль в развитии микробиологии сыграло введение Р. Кохом метода посева на плотные питательные среды, позволившего получать чистые культуры микроорганизмов (1877). Кроме того, Кох разработал чёткие критерии для установления связи заболевания с определённым видом микроорганизмов (т. н. триада Коха, 1878). Благодаря методам и подходам, разработанным Пастером и Кохом, стала возможной идентификация возбудителей многих распространённых инфекционных болезней, что положило начало медицинской микробиологии.

Луи Пастер. Фото: Надар.Луи Пастер. Фото: Надар.

Открытие роли дрожжей в спиртовом брожении позволило использовать их чистые культуры в виноделии и пивоварении; это послужило толчком к формированию технической микробиологии. Идеи Пастера о роли микроорганизмов в природных процессах были развиты С. Н. Виноградским и М. Бейеринком. Они разработали метод селективных сред, на которых выделяются только определённые виды микроорганизмов, открыли микроорганизмы, участвующие в процессах круговорота веществ в природе, в частности в превращениях азота (нитрификация, азотфиксация). В конце 19 – начале 20 вв. было открыто множество микроорганизмов. Так, В. Л. Омелянский описал бактерии, разлагающие в анаэробных условиях целлюлозу, и метанобразующие бактерии. Д. И. Ивановский установил существование вирусов. Крупнейшим достижением биологии стала теория биохимичекого единства жизни, предложенная А. Клюйвером (Нидерланды) и К. ван Нилом (США), показавшими, что все организмы, в том числе микроорганизмы, построены из однотипных макромолекул, а их метаболизм основан на общих процессах. Становлению медицинской микробиологии и иммунологии способствовали работы И. И. Мечникова, Н. Ф. Гамалеи, Э. Ру. Большой вклад в развитие микробиологии внесли российские учёные – С. П. Костычев, Н. Г. Холодный, В. Н. Шапошников, Н. А. Красильников, Е. Н. Мишустин, А. А. Имшенецкий и др.

Основные направления микробиологии

Развитие микробиологии и потребности практики привели к обособлению ряда разделов микробиологии в самостоятельные научные дисциплины. Общая микробиология изучает морфологию, физиологию, биохимию, генетику, систематику различных групп микроорганизмов, а также исследует особенности распространения микроорганизмов в природных местообитаниях, их участие в процессах превращения веществ в природе. Исходя из среды обитания микроорганизмов общая микробиология подразделяется на водную, почвенную, геологическую. Водная микробиология изучает состав микроорганизмов в природных солёных и пресных водах, их роль в биогеохимических процессах, протекающих в водоёмах, осуществляет контроль за качеством воды, разрабатывает микробиологические методы очистки сточных вод. Почвенная микробиология исследует состав почвенных микроорганизмов, их роль в почвообразовании и почвенных процессах. С почвенной микробиологией тесно связана сельскохозяйственная микробиология, изучающая значение микроорганизмов в повышении плодородия почвы, влияние обработки почвы на протекающие в ней микробиологические процессы. В задачу сельскохозяйственной микробиологии входит также изучение микроорганизмов, вызывающих заболевания растений, поиск способов борьбы с ними, разработка микробиологических методов, направленных на борьбу с насекомыми – вредителями сельскохозяйственных растений и лесных пород, а также методов консервирования кормов, предохранения урожая от порчи, вызываемой микроорганизмами. Геологическая микробиология исследует роль микроорганизмов в глобальном круговороте веществ в природе, в образовании и разрушении залежей полезных ископаемых, разрабатывает методы выщелачивания из руд металлов (в том числе золото, медь, германий, уран, олово) и других ископаемых с помощью бактерий. В конце 20 в. в изучении микроорганизмов геологических пород сформировалось новое направление – бактериальная палеонтология, основанная на изучении древних окаменелых остатков микроорганизмов. Эти исследования позволят понять, как формировались ключевые биосферные механизмы, послужившие основой для дальнейшего развития жизни на нашей планете. Медицинская микробиология изучает в основном эпидемиологию возбудителей инфекционных болезней, разрабатывает методы борьбы с ними, в частности с помощью антимикробных препаратов. Эти же вопросы в отношении сельскохозяйственных и других животных решает ветеринарная микробиология. В курсы медицинской микробиологии часто включают также тесно связанную с ней иммунологию, которая тем не менее является самостоятельной наукой с собственными объектами и задачами. Санитарная микробиология решает задачи предупреждения заболеваний с помощью контроля качества воздуха, воды, почвы; очистки бытовых и промышленных стоков микробиологическими методами; применения стерилизации и дезинфекции. Техническая, или промышленная, микробиология изучает микроорганизмы, используемые в производственных биотехнологических процессах с целью получения пищевых продуктов и разнообразных практически важных веществ. До середины 20 в. техническая микробиология в основном изучала различные типы брожения, а микроорганизмы использовались преимущественно в пищевой промышленности. В годы 2-й мировой войны возникло и позднее превратилось в мощную отрасль промышленности производство антибиотиков.

Современная микробиология относится к числу наиболее бурно развивающихся наук, что связано с успехами физики, химии и техники, благодаря которым микробиология обогатилась множеством новых методов исследования. В середине 20 в. резко повысился интерес к микроорганизмам в связи с их широким использованием в науке и на производстве: в качестве модельных объектов для изучения важнейших биологических процессов (обмен веществ, наследственность, изменчивость и др.), а также для получения нужных человеку веществ. С помощью микроорганизмов получают различные спирты, аминокислоты, ферменты, витамины, полисахариды, липиды. Резко возросло применение микроорганизмов в сельском хозяйстве, где широко используются бактериальные удобрения, микробиологические препараты для борьбы с вредителями сельскохозяйственных растений и лесных культур. Крупной отраслью является производство кормовых белково-витаминных концентратов из биомассы микроорганизмов, выращенных на дешёвом сырье (отходы сельского хозяйства, переработки нефти и пр.). Развитие технической микробиологии привело к появлению современной биотехнологии. В самостоятельную науку из микробиологии выделилась вирусология по причине своеобразия строения и размножения вирусов, необходимости специальных методов для их исследования.

Микробиология в той или иной степени связана со многими другими науками: ботаникой, зоологией, микологией, альгологией, протистологией, биохимией, биофизикой, генетикой, молекулярной биологией, агрохимией, почвоведением, биогеохимией и др. Подготовка кадров микробиологов осуществляется на многих специализированных кафедрах университетов, сельско-хозяйственных, пищевых, медицинских и ветеринарных вузов. Ведущее научные учреждение в области общей микробиологии в России – Институт микробиологии РАН. Работы по различным разделам микробиологии публикуются во многих специальных журналах, в том числе «Микробиология» (с 1932), «Journal of Bacteriology» (с 1916), «Archives of Microbiology» (с 1930), «International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology» (с 1951), «Microbial Ecology» (с 1974), «Applied Microbiology and Biotechnology» (с 1975).