Микробиология – это раздел биологии, занимающийся изучением микроорганизмов, главным образом вирусов, бактерий, грибов (в особенности дрожжей), одноклеточных водорослей и простейших. Эта разнородная, искусственно объединенная группа микроскопически малых организмов составляет предмет одной науки в силу того, что для их изучения используются методы, первоначально разработанные для исследования бактерий. В основе микробиологических методов лежит получение чистых культур, выращенных из одной клетки. (Способы культивирования клеток многоклеточных организмов тоже заимствованы из бактериологии.) Создателем микробиологии считается Луи Пастер (1822–1825). Различают общую, медицинскую и техническую микробиологии. Медицинская микробиология – раздел микробиологии, изучающий болезнетворные организмы. В курсы медицинской микробиологии обычно включают также иммунологию и изучение более крупных паразитов, таких как черви и насекомые.

Многие микробы патогенны для человека, животных и растений и являются причиной разнообразных заболеваний. Медицинская микробиология изучает пути распространения инфекции, чувствительность возбудителей инфекционных болезней к антибиотикам и механизмы их патогенного действия. В клинических лабораториях при обследовании больных обычно проводят высевание и культивирование патогенных микробов, чтобы их затем идентифицировать и подобрать эффективное лечение. Другое прикладное направление – промышленная микробиология (получение антибиотиков, использование микроорганизмов при обработке пищевых продуктов, предохранение материалов от порчи и разложения, облагораживание почвы, извлечение металлов из руд и промышленных отходов, разработка способов получения белка из нефти). Наконец, сельскохозяйственная микробиология специализируется на повышении плодородия почвы и предупреждении болезней сельскохозяйственных животных.

Метаболическая активность микроорганизмов очень высока: они осуществляют фиксацию азота воздуха и тем самым повышают плодородие почвы; вносят основной вклад в фотосинтетическую продуктивность Мирового океана; разрушают органические отходы и продукты жизнедеятельности человека, обеспечивая их рециклизацию.

Бактериологическая лаборатория – подразделение, выполняющее микробиологические исследования. Существуют клинические, санитарно-бактериологические, контрольные, ветеринарные, сельскохозяйственные, пищевые и другие бактериологические лаборатории.

Бактериологическое исследование – совокупность методов, применяемых для обнаружения и установления природы бактерий, выделенных от больных, бактерионосителей или из объектов окружающей среды. Бактериологическое исследование проводят с диагностической целью при инфекционных болезнях, а также при обследовании на бактерионосительство и определении санитарно-гигиенического состояния объектов окружающей среды.

Выбор материала для бактериологического исследования определяется целью исследования, биологическими свойствами микробов, условиями обитания их в исследуемом объекте, патогенезом заболевания (с учетом места наибольшей концентрации возбудителя и путей его выведения из организма). Так, при сепсисе или болезни, сопровождающейся бактериемией (например, при брюшном тифе), для обнаружения возбудителя берут кровь, при дизентерии – испражнения, при пневмонии – мокроту, при подозрении на анаэробную инфекцию – материал из глубоких слоев тканей и т. д. Успех бактериологического исследования в значительной степени зависит от правильности взятия материала и соблюдения определенной осторожности при его транспортировке. У больного материал для исследования рекомендуется брать до начала лечения химиотерапевтическими препаратами. Исследуемый материал собирают в стерильную посуду, соблюдая правила асептики, и в возможно короткие сроки доставляют в бактериологическую лабораторию. Транспортировку инфицированного материала производят в закрытой посуде, помещенной в специальные биксы, пеналы, чемоданы и т. д. К материалу, посылаемому для бактериологического исследования, прилагают сопроводительный документ, включающий следующие сведения: характер направляемого материала и дату его взятия, фамилию, имя, отчество, возраст и адрес больного, дату начала заболевания, предполагаемый клин, диагноз. Доставленный в лабораторию материал необходимо как можно быстрее исследовать.

Бактериологическое исследование материала начинается с его бактериоскопии. Исследование под микроскопом окрашенных мазков (бактериоскопический метод) позволяет в некоторых случаях идентифицировать возбудителя заболевания (например, микобактерии туберкулеза, гонококки). Однако возможности этого метода ограничены, и его обычно используют как ориентировочный.

Основным методом бактериологического исследования является бактериологический метод, который заключается в выделении чистой культуры возбудителя (популяции, содержащей бактерии одного вида) и ее идентификации. Под идентификацией микроорганизмов подразумевают изучение их свойств с целью установления принадлежности к той или иной систематической группе (роду, виду). Бактериологический метод представляет собой многоэтапное исследование. В связи с тем, что исследуемый материал чаще всего содержит смесь микроорганизмов, основой бактериологического метода является выделение чистой культуры возбудителя, которое производят на первом этапе исследования. С этой целью делают посев исследуемого материала, как правило, на плотные питательные среды, выбор которых обусловливается свойствами предполагаемого возбудителя. Применяют по возможности элективные среды, на которых растет только данный вид бактерий, или дифференциально-диагностические среды, позволяющие отличить предполагаемого возбудителя от других микроорганизмов. Например, для выделения дифтерийной палочки используют теллуритовые среды, при бактериологической диагностике кишечных инфекций – среду Эндо, висмут-сульфитный агар и т. д. При выделении условно-патогенных микроорганизмов посев материала производят на универсальные питательные среды, например кровяной агар. Все манипуляции, связанные с посевом и выделением бактериальных культур, осуществляют над пламенем горелки. Посев материала на питательные среды производят либо бактериальной петлей, либо стеклянным или металлическим шпателем таким образом, чтобы рассеять находящиеся в исследуемом материале бактерии по поверхности питательной среды, в результате чего каждая бактериальная клетка попадает на свой участок среды. При выделении чистой культуры возбудителя из патологического материала, в значительной мере загрязненного посторонней микрофлорой, иногда пользуются биологическим методом выделения чистой культуры: исследуемым материалом заражают чувствительных к возбудителю лабораторных животных. Так, при исследовании мокроты больного на содержание в ней пневмококков мокроту внутрибрюшинно вводят белым мышам и через 4–6 часов из их крови получают чистую культуру пневмококка. В том случае, если в исследуемом материале предполагается содержание малого количества возбудителя, для его накопления посев производят на жидкую питательную среду – среду обогащения (оптимальную для данного микроорганизма). Затем из жидкой питательной среды осуществляют пересев на плотные среды, разлитые в чашках Петри. Засеянную среду помещают в термостат обычно при t° 37° на 18–24 ч. Посевы анаэробов помещают в анаэростат, откуда удаляют воздух и заменяют его газовой смесью без кислорода.

На втором этапе проводят исследование колоний бактерий, происходящих от одной бактериальной клетки и выросших на плотной питательной среде (колония и является чистой культурой возбудителя). Производят макроскопическое и микроскопическое исследование колоний в проходящем и отраженном свете, невооруженным глазом, с помощью лупы, под малым увеличением микроскопа. Отмечают культуральные свойства колоний: их величину, форму, цвет, характер краев и поверхности, консистенцию, структуру. Далее часть каждой из намеченных колоний используют для приготовления мазков, окрашивают мазки по Граму, микроскопируют, определяя морфологические и тинкториальные (отношение к окраске) свойства выделенной культуры и одновременно проверяя ее чистоту. Оставшуюся часть колонии пересевают в пробирки со скошенным агаром (или другой оптимальной для данного вида средой) с целью накопления чистой культуры для более полного ее изучения. Пробирки помещают на 18–24 ч в термостат. Кроме перечисленных исследований на втором этапе нередко подсчитывают количество выросших колоний. Особенно большое значение это имеет при заболеваниях, вызванных условно-патогенными микроорганизмами, так как в этих случаях судить о ведущей роли того или иного возбудителя можно лишь по содержанию его в патологическом материале в большом количестве и преобладанию над другой флорой. Для проведения такого исследования готовят последовательные разведения исследуемого материала, из которых производят высев на чашки с питательной средой, подсчитывают число выросших колоний, умножают на разведение и таким образом определяют содержание микробов в материале.

Третий этап заключается в идентификации выделенной чистой культуры возбудителя и определении его чувствительности к антибиотикам и другим химиотерапевтическим препаратам. Идентификацию выделенной бактериальной культуры осуществляют по морфологическим, тинкториальным, культуральным, биохимическим, антигенным, токсигенным свойствам. Прежде всего делают мазок из культуры, выросшей на скошенном агаре, изучают морфологию бактерий и проверяют чистоту культуры бактерий. Затем производят посев выделенной чистой культуры бактерий на среды Гисса, желатин и другие среды для определения биохимических свойств. Биохимические, или ферментативные, свойства бактерий обусловлены ферментами, участвующими в расщеплении углеводов, белков, вызывающими окисление и восстановление различных субстратов. Причем каждый вид бактерий продуцирует постоянный для него набор ферментов. При изучении антигенных свойств чаще всего используют реакцию агглютинации на стекле. Токсинообразование микробов определяют с помощью реакции нейтрализации токсина антитоксином in vitro или in vivo. В некоторых случаях изучают и другие факторы вирулентности. Перечисленные исследования позволяют определить вид или род возбудителя.

С целью выявления эпидемической цепочки заболевания, в том числе для обнаружения источника инфекции, осуществляют внутривидовую идентификацию бактерий, которая заключается в определении фаготипа (фаговара), изучении антигенных и других свойств выделенных бактерий. Определение фаготипа – фаготипирование производят при стафилококковой инфекции, брюшном тифе, паратифе В. На чашку с питательной средой, засеянную с помощью шпателя (газоном) выделенной чистой культурой, наносят по капле различные диагностические фаги. Если культура чувствительна к данному фагу, наблюдается образование округлой формы участков разрушенных бактерий – так называемые бактериологического исследования негативные колонии (бляшки). Культура возбудителя может быть чувствительна к одному или нескольким фагам.

Для назначения рациональной химиотерапии в связи с широким распространением лекарственно-устойчивых форм бактерий необходимо определение антибиотикограммы – чувствительности или устойчивости выделенной чистой культуры возбудителя к химиотерапевтическим препаратам. С этой целью используют либо метод бумажных дисков, либо более точный, но громоздкий метод серийных разведений. Метод бумажных дисков основан на выявлении зоны подавления роста бактерий вокруг дисков, пропитанных антибиотиками. При применении метода серийных разведений антибиотик разводят в пробирках с жидкой питательной средой и засевают в них одинаковое количество бактерий. Учет результатов проводят по отсутствию или наличию роста бактерий. Полученная антибиотикограмма может служить и эпидемиологическим целям для определения идентичности штаммов.

При выявлении бактерионосительства проводят повторные исследования, т. к. в одной порции материала можно не обнаружить возбудителя.

В настоящее время существуют ускоренные методы идентификации бактерий. Так, в нашей стране применяют СИБ (систему индикаторных бумажек), позволяющую быстро (через 6–12 ч.) и без использования большого числа питательных сред идентифицировать чистую бактериальную культуру. Для экспресс-диагностики инфекционных болезней широко используют иммунофлюоресцентный метод (см. Серологические исследования).