curs nr. 1

CURS nr. 1 1.1 DEFINITIA MICROBIOLOGIEI MICROBIOLOGIA (micros-mic, bios-viaţa, logos-vorbire) este ştiinţa care studiază forma, structura (morfologia), genetica, procesele metabolice din organismele microscopice şi submicroscopice. Microbiologia este o ştiinţă relativ tânără, care prezintă interes nu numai ştiinţific, ci şi practic, pentru diferite domenii ale activităţii umane: medicină, agricultură, alimentaţia, biotehnologia, etc. Fiind ea insăşi o ştiinţă ce s-a putut dezvolta ca urmare a dezvoltarii tehnice şi tehnologice, microbiologia a luat amploare abia în ultimele decenii ale acestui secol. Acumularile teoretice şi practice din domeniile fizicii nucleare, ale biologiei celulare şi moleculare, ale tehnicilor informaţionale, au condus la îmbunătăţirea logisticii microbiologiei şi, implicit, la dezvoltarea rapidă a microbiologiei ca ştiinţă de mare amplitudine. În unele ramuri industriale, microbiologia formează cvasitotalitatea proceselor tehnologice. Se pot exemplifica astfel industriile fermentative, panificaţia, producţia antibioticelor, ş.a., domenii în care cunoaşterea fiziologiei şi a metabolismului microorganismelor permite dirijarea corectă a proceselor tehnologice în vederea obţinerii unor produse utile vieţii şi activităţii umane, de calitate superioară şi cu randamente ridicate. Principalele ramuri subordonate ale microbiologiei, cu statut aparte şi având preocupari specifice, sunt: 

bacteriologia - se ocupă cu studiul bacteriilor;



micologia - se ocupă cu studiul ciupercilor microscopice şi macroscopice;



protozoologia - se ocupă cu studiul protozoarelor;



virologia - se ocupă cu studiul virusurilor;



parazitologia - se ocupă cu studiul parazitismului şi a organismelor parazite;



algologia - se ocupă cu studiul organismelor acvatice simple, numite alge. La aceste discipline microbiologice trebuie adăugate şi domeniile aplicative ale

microbiologiei:



imunologia - studiază sistemul mecanismelor de apărare al organismelor, care le protejează faţă de o eventuală infecţie şi/sau de orice substanţă straină care pătrunde în interiorul lor.



microbiologia sănătăţii publice şi epidemiologice - are ca scop monitorizarea şi controlul răspândirii bolilor în comunităţi;



microbiologia alimentelor şi a apei - examinează rolul pozitiv sau negativ al microorganismelor în alimente şi apă;



microbiologia solului - studiază interrelaţia dintre microorganism, sol şi plantă, rolul microorganismelor în fertilitatea solului şi în circuitul elementelor biogene în natură;



microbiologia agricola - studiaza relaţia dintre microorganisme şi recolte, în scopul creşterii producţiei şi calităţii acestora;



microbiologia petrolului - studiază rolul microorganismelor în geneza zăcămintelor de petrol;



microbiologia mediului - studiază microorganismele prezente în sol, apă şi aer, ocupându-se de soluţionarea problemelor practice din domeniul sanitar;



biotehnologia - include orice proces prin care oamenii utilizează microorganisme sau procese biologice pentru obţinerea unui produs dorit;



microbiologia industrială - utilizează microorganisme pentru a produce cantităţi mari de produşi utili ca: vitamine, aminoacizi, enzime, medicamente;



ingineria genetică - implică tehnici care în mod deliberat modifică fondul genetic al organismelor pentru a induce obţinerea de noi combinaţii genice. Reprezintă cel mai dinamic domeniu al microbiologiei moderne.

1.2 SCURTA ISTORIE A MICROBIOLOGIEI Istoria microbiologiei ar putea fi stucturată în patru etape, şi anume: 1. Perioada de individualizare ipotetică a factorului determinant al bolilor, în special umane; 2. Etapa cunoaşterii nemijlocite a microorganismelor; 3. Perioada de sintetizare şi de corelare a cunoştinţelor ştiinţifice în domeniul microbiologiei;

4. Etapa contemporană, de interconectare a microbiologiei cu alte ştiinţe, în scopul ridicării valorii sale socio-umane. Fără descoperirea instumentului optic numit microscop, lumea vasta şi diversă a microorganismelor nu ar fi putut fi cunoscută. ANTONIE VAN LEEWENHOEK (1632-1723) este cel care a descoperit lumea invizibila a microorganismelor, fiind primul care le-a observat prin marire cu ajutorul microscopului simplu, cu o singura lentila, de constructie personala. Pe baza

desenelor detaliate ale "animalculelor" (animale foarte mici, mobile)

observate pe preparate provenind din diferite medii - apa de ploaie, tartrul dentar şi apele din canalele de scurgere - acestea au fost ulterior identificate ca fiind reprezentanţi ai bacteriilor,drojdiilor şi protozoarelor. Astfel, Leewenhoek a atras atenţia asupra microorganismelor, fără să le acorde statutul unor organisme aparte. ROBERT HOOKE, în urma studiilor realizate la microscop, descoperea în 1665 celula, marcând astfel începutul unei teorii celulare, consolidate ulterior de alţi savanţi. MATTHIAS SHLEIDEN şi THEODOR SCHWANN, în urma cercetărilor, stabilesc clar teoria conform careia toate organismele, deci şi microorganismele, sunt alcătuite din celule. Studiile ulterioare privind structura şi funcţiile celulelor au avut la bază această teorie celulară, constituind una din cele mai importante generalizări ale Biologiei. LAZZARO SPALLANZANI (1729-1799) cunoscând îndeaproape microscopul, se ocupă de teoria " generaţiei spontane", subiect controversat în acea vreme. Se credea cu toata convingerea că "dintr-o substanţă organică în descompunere se pot naşte spontan organisme vii". Această teorie era cunoscută de pe vremea lui Aristotel şi a fost admisă fără obiecţii, deoarece aşa susţinea marele Aristotel. În anul 1665, biologul florentin FRANCESCO REDI (1626 - 1697) lansează primele critici timide în legatură cu teoria anterior amintită, lansând aforismul "omne vivum a vivo" (tot ce e viu vine din ceva viu). Un secol mai tarziu (1765), Spallanzani aduce argumente şi combate teoria lui Aristotel, care avea să domine totuşi până în 1861, când Louis Pasteur o înlătură definitv printr-o sintagmă ramasa celebră: "şi microbii trebuie să aibă părinţi". LOUIS PASTEUR (1822 - 1895), chimist, biolog si imunolog francez, unul dintre intemeietorii stiintelor microbiologice, este cel care a infiintat primele laboratoare de cercetare, fiind considerat geniul microbiologiei. Pasteur a demonstrat că fermentaţiile, considerate anterior procese pur chimice, sunt procese biologice determinate de

acţiunea microorganismelor, în special anaerobe. El dovedeşte că fermentaţia este "un act corelativ unui proces vital", o sursă de energie necesară dezvoltării germenilor, şi că "o fermentaţie determinată are fermentul său determinant". Realizarea faptului că drojdiile joacă un rol crucial în fermentaţii a reprezentat primul concept care asocia activitatea unui microorganism cu modificările fizico-chimice ale materiei organice. Extinzând cercetările sale asupra fermentaţiilor, a pus în evidenţă natura infecţioasă a unor boli ale vinului şi ale berii. Pentru impiedicarea alterării vinului şi berii, Pasteur a imaginat procedeul încălzirii blânde - pasteurizarea - aplicat ulterior şi laptelui şi utilizat ca procedeu de sterilizare şi în domeniul medical. Au fost puse astfel bazele tehnicilor aseptice care constituie în prezent standardele de laborator. Pasteur stabileşte principiul specificităţii microbiene, punând bazele teoriei bolilor infecţioase şi demonstrând că acestea sunt rezultatul pătrunderii în organism a unor agenţi patogeni: între activitatea unui agent patogen şi particularităţile pe care le determină există o anumită specificitate. Pasteur evidenţiază principiul vaccinării şi stabileşte bazele ştiinţifice ale preparării vaccinurilor. A demonstrat pentru prima dată că agenţii patogeni, chiar cei mai periculoşi, pot fi modificaţi pentru a fi folosiţi ca vaccinuri. El a numit vaccinuri culturile avirulente utilizate pentru inocularea preventivă ce stimulează imunitatea organismului fată de tulpina microbiană virulentă. Încununarea operei sale a fost descoperirea vaccinării antirabice, aplicată pentru prima dată la om în 1885. ROBERT KOCH (1843-1916), savant german contemporan cu Pasteur, a avut de asemenea un rol deosebit în dezvoltarea microbiologiei medicale, prin descoperirea unor numeroşi agenţi patologici răspunzători de numeroase boli la om şi animale, cum ar fi tuberculoza, holera etc. El a elaborat o serie importantă de tehnici de izolare, utilizând mediile de cultură solidificate (cu gelatină) pe care creşterea microorganismelor se face sub formă de colonii izolate. Cum o colonie microbiană reprezintă descendenta unei singure celule parentale, însamantarea ei ulterioară într-un mediu steril generează o cultură de celule din aceeaşi specie sau tulpină. Descoperirea acestei posibilităţi de a obţine culturi pure a constituit un progres care a stat la baza Microbiologiei moderne, deoarece a oferit un mijloc simplu şi sigur de izolare a bacteriilor, în vedera studierii biologiei lor, a identificării şi încadrării lor sistematice. Koch a utilizat tehnici de colorare pentru preparatele microscopice (frotiuri) şi în 1882 a identificat bacilul care-i poartă numele (Bacilul Koch), agentul patogen al tuberculozei. În 1905, Koch este recompensat cu premiul Nobel pentru fiziologie şi medicină.

HANSEN (1842- 1909) deschide calea Microbiologiei industriale moderne, prin utilizarea culturilor pure de microorganisme ca starteri de fermentaţie. I. MECINIKOV (1845-1946), lucrând la Institutul Pasteur din Paris, a evidenţiat procesul de fagocitoză, demonstrând pentru prima data rolul leucocitelor din sânge în reacţiile de apărare ale organismului faţă de agenţii patogeni, prin înglobarea şi distrugerea acestora. P. EHRICH (1854-1915) este creatorul teoriei moderne a dezinfecţiei şi chimioterapiei selective, sintetizând primele substanţe chimice active în terapia bolilor produse de spirochete şi protozoare. Lucrările sale au deschis calea spre era substanţelor chimioterapice. S. WINOGRADSKI (1856-1953), întemeietorul Microbiologiei solului, a descris procesul de asimilare la organismele chimiosintetizante şi fenomenul de fixare al azotului atmosferic de catre microorganisme. A elaborat metode speciale pentru cercetarea activităţii microorganismelor din sol. A. FLEMING (1881-1955) deschide prin lucrarile sale era antibioticelor, de o mare importanţă în medicină şi biologie. În 1929 el observa că unele culturi ale mucegaiului Penicillium elaborează o substanţă antimicrobiană specifică: penicilina. Acest prim antibiotic a fost mai târziu purificat de Florey şi Chain (1940), care au oferit terapeuticii infecţioase un produs stabil, atoxic pentru om şi animal, activ in vivo asupra unor specii de micoorganisme. WAKSMAN în 1944 descoperă streptomicina, antibiotic elaborat de multe specii de actinomicete şi deschide calea pentru obţinerea de noi antibiotice. TWORT şi D'HERELLE (1915-1917) au avut un rol deosebit în evoluţia conceptelor fundamentale de bacteriologie şi virologie prin descoperirea bacterofagilor (virusuri care parazitează bacteriile) şi a fenomenului de lizogenie. A. LWOFF a adus contribuţii deosebite la definirea virusurilor, dupa 1953. El a analizat relaţia dintre fag şi bacterie, precum şi fenomenul de lizogenie sugerând intervenţia unui mecanism similar în patogenia cancerului. Este laureat al

premiului

Nobel pentru biologie. Agenţii infecţioşi subvirali au fost izolati în 1971 de DIENER, care a demonstrat ca moleculele de ARN nude, numite viroizi, pot determina efecte patogene la plante. PRUSINER, în 1981-1984, a demonstrat că moleculele de proteine, numite prioni, pot fi infecţioase pentru om şi animale.

În Romania, doi savanţi de renume mondial, VICTOR BABES şi IOAN CANTACUZINO au contribuit la fondarea Microbiologiei moderne. VICTOR BABES (1854-1926) a lucrat în laboratorul lui Pasteur, iar mai târziu în laboratorul lui Koch. De formaţie anatomo-patolog, şi-a însuşit tehnicile microbiologice şi a orientat investigaţia medicală spre studiul acţiunii reciproce microorganism-gazdă. A colaborat cu A.V. Cornil la primul Tratat de Bacteriologie din lume aparut la Paris în 1885. A descoperit noi specii microbiene, a pus în evidenţă corpusculii Babes-Negri în celulele nervoase ale indivizilor morţi de turbare şi corpusculii Babes-Ernst în bacilii difterici. În cercetările sale asupra antagonismului bacterian a anticipat descoperirea antibioticelor; a studiat numeroase boli infecţioase. Este creatorul Institutului "Victor Babes" din Bucureşti şi organizatorul primelor laboratoare de igienă şi bacteriologie. IOAN CANTACUZINO (1863-1936), format în laboratorul condus de Mecinikov la Institutul Pasteur din Paris, a continuat cercetările maestrului său privind imunitatea nevertebratelor. A studiat patogenia holerei, tuberculozei şi a altor boli, vaccinul şi vaccinarea antiholerică.

A creat Şcoala contemporană de microbiologie, iniţial în

laboratorul de medicină experimentală al Facultăţii de Medicină din Bucureşti, apoi în Institutul de Cercetari Microbiologice pe care l-a fondat în 1921. Opera acestor doi mari savanţi români a fost continuată de alţi savanţi de reputaţie internaţională: Constantin Levaditi, Dumitru Combiescu, Constantin Ionescu-Mihaiesti, Stefan Nicolau, Mihai Ciuca, Gheorghe Zarnea şi alţii. În perioada de după 1910, din totalul premiilor Nobel pentru medicină şi fiziologie, peste o treime au fost acordate microbiologilor şi specialiştilor în discipline înrudite. Microbiologia continuă să progreseze în fiecare an cu ajutorul a noi tehnici şi noi date furnizate de cercetare.