mikrobiologiens historie

Mikrobiologien som videnskab begyndte med opdagelsen af mikroskopet, samtidig med at The Royal Society blev stiftet i London. Et af de vigtigste formål til dette lærde selskab var at publicere videnskab og formidle nyopdaget viden. Tegningerne og beskrivelserne af Anton van Leeuwenhoek blev trykt i skrifterne til The Royal Society, og på den måde blev det, han havde set i mikroskopet, læst af videnskabsmænd i hele Europa. På den tid var der dog ingen, som tænkte på, at det, som kunne ses i mikroskopet, var aktivt eller på nogen måde levende.

Udviklingen videre gik uhyre langsomt, men den danske naturforsker Otto Frierich Müller (1730-1784) var 100 år senere den første systematiske bakteriolog i verden, og hans påvisning og beskrivelse af seks bakteriearter i slægten Vibrio blev kernen i al bakteriesystematik (taksonomi) de næste 100 år. De blev beskrevet i årene 1773-74 i hans bog Vermium terrestrium et fluviatilium historia og i hans stærkt udvidede bog fra 1786 Animacula infusoria. Betydningen af bakterierne var dog stadig uklar, og det var først den franske kemiker Louis Pasteur (1822-1895), og senere den tyske læge Robert Koch (1843-1910) og deres elever, som opdagede bakteriernes betydning for sygdomme hos mennesker og dyr. Disse skelsættende opdagelser førte også til, at den medicinske mikrobiologi blev indført i Danmark i sidste halvdel af 1800-tallet.

Med opdagelserne fulgte en række spørgsmål: Hvor kom de små strukturer fra og hvad var de? Opstod de fra ingenting? Spørgsmålene førte til heftige diskussioner, om hvorvidt liv kunne opstå spontant eller ej. Den almindelige opfattelse på denne tid var, at levende ting opstod spontant, og at Gud stod bag.

I oplysningstiden i 1700-tallet begyndte stadig flere at sætte spørgsmålstegn ved tidens vedtagne dogmer og sandheder, og videnskab og rationalitet begyndte at fortrænge foregående tiders opfattelser. Ikke mindst fik man i denne tid viden om kemi, fx blev gasserne ilt og brint opdaget. Alligevel fortsatte diskussionen, om hvorvidt liv opstår spontant (spontan genese) i flere årtier, indtil et endeligt punktum blev sat i Frankrig af Louis Pasteur.

Pasteur lavede en serie berømte forsøg, som én gang for alle viste, at liv ikke opstår spontant. Forsøgene udførte han i tiden 1860-1866, hvor han arbejde med mælkesyreforgæring (fermentation) og med den gamle teori om 'spontan generation', hvorved man mente, at levende væsener kan opstå spontant fra ikke-levende materiale, og at det foregik hyppigt og overalt.

Forsøgene med spontan generation blev udført med en glaskolbe med S-formet hals. I kolben var der et vækstmedium for mikroorganismer (bakterier og svampe), som var blevet steriliseret ved brug af varme. Den S-formede hals tillod diffusion af luft men ikke af støv ind i flasken, men det kunne også forhindres ved at fylde den yderste lave del af glashalsen med sterilt vand. Der opstod ingen vækst af mikroorganismer og dermed var 'spontan generation'-teorien afvist. Dette blev indledningen til det, som kaldes mikrobiologiens guldalder (1873-1906), hvor årsagerne til de store bakterielle infektionssygdomme blev fundet.

Louis Pasteur var uddannet kemiker og var en vidtfavnende videnskabsmand, som beskæftigede sig med både grundforskning og anvendt forskning. Han havde blandt andet opgaver for vinindustrien og senere ølindustrien og silkeindustrien i Frankrig, og han opfandt vacciner mod hundegalskab (rabies) og miltbrand (anthrax). I vinproduktionen havde man stadig alvorlige problemer med, at vinen sommetider blev sur. Da Pasteur undersøgte prøver af vinen i mikroskop, lagde han mærke til, at der altid var bakterier til stede i den sure vin. Derfor forstod han, at den sure smag var forårsaget af bakterier, der kom til udefra og producerede mælkesyre, og han indførte skånsom opvarmning af vinen (pasteurisering), som dræbte bakterierne, men ikke gæren.

Pasteur mente også, at sygdom hos mennesker kunne være forårsaget af bakterier, ligesom han havde påvist det ved bl.a. vinproduktion og ølproduktion. Den norske læge Gerhard Armauer Hansen (1841-1912) fandt allerede i 1873, at bakterien Mycobacterium leprae var årsag til spedalskhed. Det var dog tyskeren Robert Koch (1843–1910), der blev berømt for at være den første til at bevise årsagssammenhængen mellem en bestemt bakterie og en bestemt sygdom. I 1877 viste Koch, at bakterien Bacillus anthracis var årsagen til miltbrand. Senere viste han bl.a., at Mycobacterium tuberculosis var årsagen til tuberkulose (1882), og at Vibrio cholerae forårsagede kolera (1883).

• Mikroorganismen skal være til stede hos alle, som har sygdommen, men fraværende hos raske individer
• Mikroorganismen skal kunne isoleres fra det syge individ og dyrkes i renkultur
• Når mikroorganismen inokuleres i et raskt individ (dyreforsøg), skal den forårsage sygdommen
• Den samme mikroorganisme skal kunne isoleres igen fra det inficerede, syge individ.

Efterhånden blev sammenhængen mellem en række forskellige bakterier og de tilsvarende sygdomme klarlagt, og derfor bliver perioden i slutningen af 1800-tallet set på som mikrobiologiens første guldalder. Den anden guldalder kom 100 år senere, da det blev muligt at manipulere arvestoffet (DNA) på baggrund af James Watsons (f. 1926) og Francis Cricks (1916-2004) beskrivelse af DNA’s dobbeltspiral i 1951.

Pasteur og Koch lagde grundlaget for faget mikrobiologi, men de lagde først og fremmest vægt på mikroorganismer med medicinsk betydning. Denne del af faget blev dengang betegnet som bakteriologi. I slutningen af 1800-tallet blev det imidlertid klart, at mikroorganismernes verden omfattede meget mere.

Mikrobiologien i Danmark udviklede sig allerede tidligt i tre retninger, den medicinske ved Salomonsen, Gram o.a., den veterinære ved bl.a. Bernhard Bang, der både var læge og dyrlæge og den teknisk industrielle ved bl.a. botanikeren Emil Christian Hansen (1842-1909), som startede sit arbejde på Carlsberg Laboratoriet med at undersøge gærens betydning for ølbrygning, men som senere af andre blev udvidet til mange andre områder.

Alle disse fire pionerer blev verdensberømte, og Salomonsen blev senere professor og grundlagde Statens Serum Institut i 1902 med det formål at producere antiserum mod børnesygdommen difteritis. Statens Serum Institut blev landets centrallaboratorium for mikrobiologi under Thorvald Madsens (1870-1957) ledelse. Gram opfandt den skelsættende gramfarvning i 1883-84 under et ophold i Berlin hos patologen Carl Friedländer (1847-1887), og han blev senere professor i farmakologi og siden i intern medicin på Rigshospitalet og kongehusets læge.

Pasteur og hans elever beskrev mange andre systemer, hvor tilstedeværelse af mikroorganismer forårsagede aktivitet og forandringer. Fænomenerne blev kaldt fermentering (gæring) og forrådnelse. Forrådnelse er kendetegnet af, at det, som produceres, lugter grimt og er resultatet af nedbrydning af protein og sommetider dannelse af bl.a. methan og svovlbrinte. Fermentering sker almindeligvis i forbindelse med plantemateriale og fører til, at der dannes alkoholer og organiske syrer, fordi kulhydrater bliver fermenteret. Alle gæringer skyldes mikroorganismer.

At mikroorganismer er aktive og kan påvirke omgivelserne, var ikke et helt ukendt faktum på Pasteurs tid. Allerede i 1845 havde den britiske præst og grundlægger af plantepatologi Miles Joseph Berkeley (1803–1889) vist, at kartoffelskimmel var forårsaget af den mikroskopiske svamp Phytophthora infestans. Kartoffelskimmel gør, at kartoflerne rådner under lagring, og det var kartoffelskimmel, der forårsagede den store hungersnød, kaldet kartoffelpesten, i Irland i årene 1845–1849. Befolkningen var afhængige af kartofler i kosten, og på grund af kartoffelpesten døde en million mennesker af sult, mens lige så mange emigrerede til USA i denne periode.

Beijerinck udviklede desuden en vigtig metode til at isolere bestemte bakterier fra naturen, såkaldt opformeringsdyrkning eller selektiv dyrkning, hvor kun én bestemt type bakterier kan vokse frem, mens væksten af andre bakterier hæmmes. Et eksempel er, hvordan der laves selektiv dyrkning af nitrogenfikserende bakterier. Disse bakterier lever i jord og kan udnytte luftens nitrogen som nitrogenkilde for deres vækst. For at isolere disse bakterier tilsættes lidt jord til et vækstmedium uden nitrogen, det vil sige uden hverken ammoniak, nitrat, nitrit eller aminosyrer. Da vil kun de bakterier, der kan udnytte nitrogengas fra luften, vokse frem.

Den russiske mikrobiolog Dmitry Winogradsky (1864–1920) opdagede virus uafhængigt af Beijerinck. Han arbejdede også med mikroorganismer i jord og vand og opdagede kemoautotrofe bakterier. Disse bakterier behøver ikke kemiske energikilder og organiske kulstofforbindelser, fx glukose, som yder begge dele, ligesom de medicinske og veterinære sygdomsfremkaldende kemoheterotrofe bakterier gør, men får i stedet energi fra reducerede uorganiske forbindelser, fx svovlbrinte (H₂S) og får kulstof fra CO₂. Den slags mikroorganismer spiller en vigtig rolle i geokemiske processer på Jorden. Winogradsky opdagede også, at nogle mikroorganismer indeholder klorofyl og har fotosyntese som energikilde. Derudover opdagede han, at nogle bakterier kan omdanne nitrogengas (N₂) til ammoniak (NH₃ ). Disse nitrogenbindende bakterier er centrale i nitrogencyklussen.