MICROBIOLOGIE GENERALA

ISTORIA MICROBIOLOGIEI

Cu mii de ani înainte ca microorganismele să fie observate și studiate, proprietățile lor au fost cunoscute și utilizate în mod empiric. Astfel, în Egiptul antic erau realizate numeroase tipuri de fermentații, inclusiv obținerea berii. De asemenea, există numeroase exemple de boli infecțioase care au produs moartea a mii de oameni: ciumă, holeră, tifos, sifilis, lepră, poliomielită etc.

De exemplu, în secolul 13, datorită temerilor legate de îmbolnăvirea de lepră (boală infecțioasă produsă de bacteria Mycobacterium leprae) a determinat izolarea bolnavilor în leproserii.

In 1348 o epidemie de ciumă (provocată de bacteria Yersinia pestis) a dus la decimarea a aproape o treime din populația de atunci a Europei

Cucerirea Lumii Noi de către europeni

• Stilul de viață european și asiatic ce presupunea un contact strâns cu o serie de animale domenstice așa cum sunt: bovinele, porcii, oile, caprele, caii precum și numerose specii de păsări domestice a condus la apariția a numeroase epidemii care nu erau cunoscute de către nativii americani. Astfel, contactul prelungit cu europenii după 1492 a condus la introducerea unor noi germeni în populațiile de indigeni americani. Epidemiile de variolă (1518, 1521, 1525, 1558, 1589), tifos (1546), gripă (1558), difterie (1614) and pojar (1618) a determinat moartea a 10-20 milioane de oameni, ceea ce a însemnat aprox. 95% din populația indigenă.

• Asemenea boli au contribuit la dispariția marilor imperii americane: aztece și mayașe.

• Si europenii au preluat de la indigeni unele boli cum ar fi tuberculoza sau o formă foarte virulentă de sifilis.

• Se presupune că depopularea masivă a Americii s-ar fi datorat și unei infectări deliberate cu variolă de către europeni. In plus, animalele aduse de spanioli au poluat rezervele de apă care, în plus au putut fi contaminate și cu diferiți agenți patogeni.

• Exemplu: 1763 – asediul Fort Pitt controlat de englezi de către indieni (regiunea Marilor Lacuri). Englezii au trimis indienilor pături contaminate cu variolă ceea ce a condus la o epidemie nimicitoare.

Război biologic

Primul exemplu clar: 1763 – asediul Fort Pitt controlat de englezi de către indieni (regiunea Marilor Lacuri). Englezii au trimis indienilor pături contaminate cu variolă ceea ce a condus la o epidemie nimicitoare.

• Primul război mondial: germanii au încercat introducerea în Rusia (prin România) a unor animale infectate (oi) cu antrax

• Al 2-lea război mondial: – japonezii au omorât peste 10.000 de prizonieri în Manciuria prin

infectare „experimentală” cu Shigella (dizenterie), Vibrio cholerae și Yersinia pestis

– Germanii au experimentat alți agenți patogeni: bacterii, protozoare, virusuri (hepatita A)

Cele mai importante pandemii• 165–180 Antonine Plague - smallpox • 251–270 Plague of Cyprian - smallpox• 541-542 Plague of Justinian - bubonic plague? • 1300-1400 Black Death - bubonic plague • 1501–1587 - typhus• 1732–1733 - influenza • 1775–1776 - influenza • 1816–1826 - cholera• 1829–1851 - cholera• 1847–1848 - influenza• 1852–1860 - cholera• 1855–1950 - Third Pandemic bubonic plague• 1857–1859 - influenza• 1863–1875 - cholera• 1889–1892 - influenza• 1899–1923 - cholera• 1918–1920 - Spanish flu Influenzavirus A• 1957–1958 - Asian flu Influenzavirus A • 1968–1969 - Hong Kong flu Influenzavirus A • 1950-1960 - El Tor cholera • 1980–present HIV • 2009–2010 2009 swine flu pandemic Influenzavirus A

Epidemii in Europa

• 1668: plague – France • 1676–1685: plague – Spain • 1679: Great Plague of Vienna – Vienna, Austria • 1710–1711: plague – Stockholm, Sweden • 1720–1722: Great Plague of Marseille – France • 1730: yellow fever - Cadiz, Spain • 1738: Great Plague of 1738 - Balkans • 1743: plague – Messina, Italy • 1770–1772: Russian plague of 1770-1772 - Russia • 1778: dengue fever - Cadiz, Spain • 1800–1803: yellow fever - Spain• 1812: plague – Istanbul, Ottoman Empire • 1813: plague – Malta • 1813: plague – Bucharest, Romania • 1816–1819: typhus – Ireland • 1821: yellow fever - Barcelona, Spain] • 1829: malaria - Groningen epidemic in Netherlands • 1832: cholera – London, Paris • 1840: plague – Dalmatia • 1857: yellow fever - Lisbon, Portugal • 1866–1867: cholera – Russia, Germany • 1870–1871: smallpox – Germany • 1881–1896: cholera – Hamburg, Germany • 1918–1922: typhus – Russia • 1972: Smallpox outbreak in Yugoslavia • 2009: mumps - Ireland (Mumps outbreaks in the 2000s) • 2009–2010: swine influenza Britain

• 1400 BC: European plague killed 90% of the population • 430-427 BC: Plague of Athens • 1347–1351: Black Death • 1361-1362: Black Death in England - England, second major

outbreak[50] • 1466: plague – Paris, France• 1489: typhus – Granada, Spain • 1485: sweating sickness – England • 1494–1495: plague – Iceland • 1498: plague – England• 1509–1510: plague – England • 1527: plague – Germany • 1528: English sweate - England • 1557: plague – Valencia, Spain • 1560: plague – Istanbul, the Ottoman capital • 1563–1564: plague – England • 1570: plague – Moscow, Russia • 1574: plague – Edinburgh, Scotland • 1596–1602: plague – Spain• 1603: plague – London, England • 1629-1631: Italian Plague of 1629-1631 – Italy • 1636: plague – Newcastle, England • 1647–1652: Great Plague of Seville – Spain • 1656: plague – Naples, Italy • 1663–1664: plague – Amsterdam, Netherlands • 1665-1666: Great Plague of London – London, England

Epidemii în America Centrală și de Sud

• 1493: influenza – Hispaniola • 1507: smallpox – Hispaniola • 1515: smallpox – Puerto Rico • 1518: smallpox – Hispaniola • 1527–1530: smallpox – Peru • 1530–1531: measles – Mexico, Peru • 1546: typhus – Mexico, Peru • 1555: smallpox – Brazil • 1558–1559: influenza – Mexico, Peru • 1561: smallpox – Chile • early 17th century: malaria • 1648: yellow fever • 1980s – present: HIV/AIDS in Haiti • 1990s: cholera • 2000: dengue fever – Central America • 2007: dengue fever – Puerto Rico, Dominican Republic, Mexico • 2008: dengue fever – Brazil • 2009: Bolivian dengue fever epidemic

Epidemii majore în Africa• 14th century BC: bubonic plague,[ polio and influenza - Egypt• 1347–1349: Black Death – North Africa• 1609: plague – Egypt• 1812: plague – Egypt• 1840: smallpox – Cape Town• 1896–1906: sleeping sickness – Congo basin • 1900 - yellow fever - West Africa• 1900–1920: sleeping sickness – Uganda• 1980s – present: HIV/AIDS in Africa• 1996: menigitis - West Africa• 2001: cholera – Nigeria• 2001: cholera – South Africa • 2003: plague – Algeria• 2004: ebola – Sudan• 2004: cholera – Senegal• 2005 yellow fever – Mali• 2006: plague – Ituri, Democratic Republic of the Congo• 2006: cholera – Luanda, Angola• 2007: ebola – Mweka, Democratic Republic of the Congo• 2007: cholera – Ethiopia• 2007: ebola – Uganda• 2007: infantile paralysis – Nigeria• 2007: cholera – Somalia• 2008: plague – Madagascar• 2008: cholera – Chad• 2008–2009: Zimbabwean cholera outbreak• 2009: West African meningitis outbreak

Descoperirea și perfecționarea microscopului

• Aristotel (384-322) considera că organismele se dezvoltă din materie nevie (teoria generației spontane)

• 1590: Hans și Zacharias Janssen au montat două lentile într-un tub și au realizat primul microscop

• 1660: Robert Hooke (1635-1703) a publicat lucrarea "Micrographia", ce conținea desene și observații detaliate asupra unor materiale biologice, toate realizate cu ajutorul unui sistem de tip microscop

• 1676: Anton van Leeuwenhoek (1632-1723) a fost prima persoană care a observat microorganismele.

• 1883: Carl Zeiss și Ernst Abbe au perfecționat microscopul prin utilizarea unor lentile speciale care permiteau examinarea mai de detaliu a microorganismelor (măriri de 100x)

• 1931: Ernst Ruska a construit primul microscop electronic

Anton van Leeuwenhoek

Oponenți ai teoriei generației spontane

• 1688: Francesco Redi (1626-1678) refuză ideea generației spontane arătând că dacă o bucată de carne este ferită de muște ea nu va face viermi

• 1836: Theodor Schwann (1810-1882) a contribuit semnificativ la elaborarea teoriei celulare care preciza că toate organismele vii sunt alcătuite din una sau mai multe celule, iar celula este unitatea funcțională de bază a oricărui organism viu

• 1861: Louis Pasteur (1822-1895) a realizat o serie de experimente de vasele de tip gât de lebădă care i-au permis să dovedească faptul că teoria generației spontane nu este adevărată. El a pus bazele procesului de sterilizare.

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.

• a demonstrat ca fermentatiile, considerate anterior procese pur chimice, sunt procese biologice determinate de actiunea microorganismelor, in special anaerobe. El dovedeste ca fermentatia este "un act corelativ unui proces vital", o sursa de energie necesara dezvoltarii germenilor, si ca "o fermentatie determinata are fermentul sau determinant". Realizarea faptului ca drojdiile joaca un rol crucial in fermentatii a reprezentat primul concept care asocia activitatea unui microorganism cu modificarile fizico-chimice ale materiei organice.

• Extinzand cercetarile sale asupra fermentatiilor, a pus in evidenta natura infectioasa a unor boli ale vinului si ale berii. Pentru impiedicarea alterarii vinului si berii, Pasteur a imaginat procedeul incalzirii blânde - pasteurizarea - aplicat ulterior si laptelui si utilizat ca procedeu de sterilizare si in domeniul medical. Au fost puse astfel bazele tehnicilor aseptice care constituie in prezent standardele de laborator.

• stabileste principiul specificitatii microbiene, punand bazele teoriei bolilor infectioase si demonstrand ca acestea sunt rezultatul patrunderii in organism a unor agenti patogeni: intre activitatea unui agent patogen si particularitatile pe care le determina exista o anumita specificitate.

• evidentiaza principiul vaccinarii si stabileste bazele stiintifice ale prepararii vaccinurilor.

• A demonstrat pentru prima data ca agentii patogeni, chiar cei mai periculosi, pot fi modificati pentru a fi folositi ca vaccinuri. El a numit vaccinuri culturile avirulente utilizate pentru inocularea preventiva ce stimuleaza imunitatea organismului fata de tulpina microbiana virulenta. Incununarea operei sale a fost descoperirea vaccinarii antirabice, aplicata pentru prima data la om in 1885.

Experimentul lui Pasteur care a infirmat teoria generației spontane

Robert Koch (1843-1910)

• savant german contemporan cu Pasteur, a avut de asemenea un rol deosebit in dezvoltarea microbiologiei medicale, prin descoperirea unor numerosi agenti patologici raspunzatori de numeroase boli la om si animale, cum ar fi tuberculoza, holera etc.

• a elaborat o serie de tehnici de izolare, utilizand mediile de cultura solidificate (cu gelatina) pe care cresterea microorganismelor se face sub forma de colonii izolate. Cum o colonie microbiana reprezinta descendenta unei singure celule parentale, insamantarea ei ulterioara intr-un mediu steril genereaza o cultura de celule din aceeasi specie sau tulpina. Descoperirea acestei posibilitati de a obtine culturi pure a constituit un progres care a stat la baza microbiologiei moderne, deoarece a oferit un mijloc simplu si sigur de izolare a bacteriilor, in vedera studierii biologiei lor, a identificarii si incadrarii lor sistematice.

• a utilizat tehnici de colorare pentru preparatele microscopice (frotiuri) si in 1882 a identificat bacilul care-i poarta numele (B.K.), agentul patogen al tuberculozei, iar apoi descoperă vibrionul holerei.

• In 1905, Koch este recompensat cu premiul Nobel pentru fiziologie si medicina.

• Postulatele lui Koch microorganismul să se găsească constant în organismul bolnavilor ce

prezintă aceleasi semne de boală să poată fi cultivat si să dea culturi cu aceleasi caractere cu aceste culturi să se poată reproduce boala experimental la animal, de

la care să se izoleze acelaşi microb

Ilustrarea postulatelor lui Koch: (a) Microorganismele sunt observate la animalul bolnav și apoi cultivate în laborator (b). (c) Organismele sunt injectate la un animal sănătos la care

boala se manifestă (d). (e) Organismul este observat la noul animal bolnav și poate fi reizolat în laborator (f).

Apariţia imunologiei

Edward Jenner, 1792 – vaccinarea antivariolică Louis Pasteur – vaccinuri vii atenuate Haffkine – vaccinuri din bacterii omorâte împotriva

holerei Behring – prepară anatoxina difterică-vaccinare Ilia Mecinikov – fagocitoza Buchner şi Ehrlich - alexina sau complementul Grabar şi Durham – aglutinarea Bordet şi Gengou – reacţia de fixare a complementului Landsteiner – grupele sanguine

Dezvoltarea chimioterapiei antiinfecţioase

Paul Ehrlich(1854-1915) –creatorul teoriei moderne a dezinfectiei si chimioterapiei selective, sintetizând primele substanțe chimice active in terapia bolilor produse de spirochete si protozoare. Lucrările sale au deschis calea spre era substanțelor chimioterapice

Domagk, 1932 – sulfamidele Fleming, 1928 – deschide prin lucrările sale era antibioticelor, de o

mare importanta in medicina si biologie. In 1929 el observa ca unele culturi ale mucegaiului Penicillium elaboreaza o substanta antimicrobiana specifica: penicilina. Acest prim antibiotic a fost mai tarziu purificat de Florey si Chain (1940), care au oferit terapeuticii infectioase un produs stabil, atoxic pentru om si animal, activ in vivo asupra unor specii de micoorganisme

Waksman, 1944 descopera streptomicina, antibiotic elaborat de multe specii de actinomicete si deschide calea pentru obtinerea de noi antibiotice

Alexander Fleming (1888-1955) Selman Waksman (1888-1973)

Dezvoltarea microbiologiei în România

IOAN CANTACUZINO (1863-1936), format in laboratorul condus de Ilija Mecinikov la Institutul Pasteur din Paris, a continuat cercetarile maestrului sau privind imunitatea nevertebratelor. A studiat patogenia holerei, tuberculozei si a altor boli, vaccinul si vaccinarea antiholerica .

• Vocaţia sa de fondator şi organizator a fost demonstrată prin înfiinţarea unor instituţii ca Institul de Seruri si Vaccinuri (1921), care astăzi îi poartă numele, a Laboratorului de medicină experimentală (1901) din cadrul Facultăţii de Medicină, precum şi a unor reviste de specialitate, "Revista Ştiinţelor Medicale" (1905), "Annales de Biologie" (1911) şi "Archives roumaines de pathologie expérimentale et de microbiologie". Ioan Cantacuzino a desfăşurat o bogată activitate de cercetare privind vibrionul holeric şi vaccinarea antiholerică, imunizarea activă împotriva dizenteriei şi febrei tifoide, etiologia şi patologia scarlatinei. Începînd cu anul 1896 publică lucrări despre sistemele şi funcţiile fagocitare în regnul animal şi despre rolul fenomenelor electrofiziologice în mecanismele imunitare. Pe baza cercetărilor sale privind vibrionul holeric, Cantacuzino a pus la punct o metodă de vaccinare antiholerică, numită "Metoda Cantacuzino", metodă folosită şi astăzi în ţările unde se mai semnalează cazuri de holeră. Datorită lui Ioan Cantacuzino, Romania a fost a doua ţară din lume, după Franța, care a introdus în 1926 vaccinul BCG ("Bacilul Calmette-Guérin"), având germeni cu virulență atenuată, pentru vaccinarea profilactică a nou-născuţilor împotriva tuberculozei. Ioan Cantacuzino a fost un remarcabil organizator al campaniilor antiepidemice, calitate pe care a demonstrat-o în combaterea epidemiei de tifos exantematic şi holerei în timpul primului război mondial şi în campania antimalarică.

Constantin LevaditiConstantin Levaditi (1874 - 1953) elev a lui Victor Babeş– profesor la Institutul Pasteur din Paris– a realizat studii valoroase în imunologie,

virusologie, bacteriologie, parazitologie şi chimioterapie.

– împreună cu elevul său Şt.S. Nicolau pune bazele învățământului virusologic în ţara noastră. Activitatea Institutului de Virusologie “St.S. Nicolau” a fost continuatã de Prof.Dr. Nicolae Cajal.

Alte personalitãţi marcante ale microbiologiei româneşti: C. Ionescu Mihăieşti, M. Ciucã, D. Combiescu, G. Zotta, M.Nasta, A. Ciucã, P. Condrea, Cornelia Combiescu, G. şi Alice Magheru, M. Marbe, Aristia Dîmboviceanu, Lidia şi I.Mesrobeanu, Eugenia Soru, Olga Bonciu, N. Nestorescu, Gh.Istrati, M. Georgescu, Eugenia şi M.Duca, G.Zarnea

Domenii aplicative ale microbiologiei