Mikrobiteoria
Mikrobiteoria on teoria, jonka mukaan jotkut sairaudet ovat mikrobien aiheuttamia. Nämä pienet eliöt, joita ei näy paljain silmin, tunkeutuvat ihmisiin, eläimiin ja muihin eläviin isäntäeliöihin. Niiden kasvu ja lisääntyminen isäntäeliöissä voi aiheuttaa sairauden. Mikrobeilla voidaan viitata viruksiin, bakteereihin, alkueliöihin, sieniin tai prioneihin. Tauteja aiheuttavia mikroeliöitä kutsutaan patogeeneiksi ja niiden aiheuttamia tauteja infektiosairauksiksi. Silloinkin kun patogeeni on taudin ensisijainen aiheuttaja, ympäristötekijöillä ja perinnöllisillä tekijöillä on usein vaikutus taudin vakavuuteen sekä siihen saako mahdollinen isäntäeliö tartuntaa patogeenille altistettuna.
Mikrobiteoriaa ehdotettiin 16. vuosisadan puolivälissä ja sen uskottavuus kasvoi tieteellisten löytöjen kautta 17. vuosisadan ja 19. vuosisadan loppupuolen välillä. Se syrjäytti aikaisempia selityksiä sairauksille, kuten Galenoksen miasmateorian.
Tautien leviämistä käsittelevän miasmateorian mukaan, koleran, klamydian ja mustan surman kaltaisten sairauksien leviäminen johtui "miasmaksi" () kutsutusta haitallisesta huurusta. Teorian mukaan, näiden epidemioiksi kasvaneiden sairauksien alkuperä oli miasma, joka oli lähtöisin mätänevästä orgaanisesta aineesta. Miasmaa pidettiin myrkyllisenä höyrynä tai sumuna, joka oli täynnä hajoavan aineen sairauksia aiheuttavia hiukkasia. Miasmateorian asema oli, että sairaudet olivat saastuneen veden, saastuneen ilman ja huonojen hygieenisten olosuhteiden kaltaisten ympäristötekijöiden tuotoksia. Sellaiset infektiot eivät levinneet henkilöstä toiseen mutta vaikuttivat henkilöihin, jotka olivat sellaisia huuruja tuottavien lähteiden ympäristössä. Miasma oli tunnistettavissa sen huonosta hajusta.
Tämä oli vallitseva käsitys tautien leviämisestä ennen kuin mikrobiteoria sai jalansijan 19. vuosisadalla.
Girolamo Fracastoro ehdotti vuonna 1546, että epideemiset sairaudet johtuivat leviävistä siemenkaltaisista esineistä, jotka levittävät tauteja suoran tai epäsuoran kontaktin kautta, tai pitkän matkan päästä ilman kontaktia.
Italialainen lääkäri Francesco Redi tuotti varhaista todistusaineistoa spontaania sikiämistä vastaan. Hän kehitti vuonna 1668 kokeen, jossa hän käytti kolmea purkkia. Hän asetti murekkeen ja kananmunan kaikkiin kolmeen purkkiin. Hänellä oli yksi purkeista avoinna, toinen tiukasti suljettuna ja kolmas harsolla peitettynä. Muutaman päivän päästä hän havaitsi, että avoimessa purkissa ollut mureke oli täynnä toukkia ja että harsolla peitetyn purkin harson ulkopinnalla oli toukkia. Tiukasti suljetun purkin sisäpuolella tai ulkopuolella ei kuitenkaan ollut toukkia. Hän huomasi myös, että toukkia löytyi vain pinnoilta, jotka olivat kärpästen ulottuvilla. Tästä hän päätteli, että spontaani sikiäminen ei ollut uskottava teoria.
1670-luvulla Antoni van Leeuwenhoek oli ensimmäinen, joka havaitsi mikrobit suoraan. Hän oli mikrobiologian varhainen edelläkävijä. Rakentaen Leeuwenhoekin työn perustalle, Nicolas Andry -niminen lääkäri väitti vuonna 1700, että mikrobit (joita hän kutsui "madoiksi") olivat isorokon ja muiden sairauksien takana.
Richard Bradley teorisoi vuonna 1720, että rutto ja 'kaikki viheliäät taudit' johtuivat 'myrkyllisistä hyönteisistä', jotka olivat eläviä ja nähtävissä vain mikroskoopin avulla.
Italialainen Agostino Bassi oli ensimmäinen, joka todisti, että sairaudet johtuvat mikrobeista. Hän suoritti sarjan kokeita vuosien 1808 ja 1813 välillä ja osoitti, että "vihannesparasiitti" aiheutti "calcinacciona" tunnetun sairauden mulperiperhosten toukissa. Tämä sairaus oli tuhoamassa ranskalaista silkkiteollisuutta niihin aikoihin. Nykyään tiedetään, että "vihannesparasiitti" on (Bassin mukaan nimetty) "Beauveria bassiana" -niminen sieni, joka on patogeeninen hyönteisille.
Ignaz Semmelweis oli Wienin kätilösairaalassa vuonna 1847 työskentelevä unkarilainen synnytyslääkäri, joka huomasi merkittävän kasvun lapsivuodekuumeen esiintyvyydessä kun naiset synnyttivät sairaalassa lääkärien ja ylioppilaiden avustamina. Kätilöiden avustamat synnytykset olivat sen sijaan suhteellisen turvallisia. Tutkittuaan asiaa pidemmälle, Semmelweis yhdisti lapsivuodekuumeen lääkäreiden suorittamiin tarkastuksiin ja huomasi, että nämä lääkärit tulivat yleensä suoraan ruumiinavauksista. Väittäen, että lapsivuodekuume johtui tarttuvasta taudista ja että ruumiinavauksista tulevat aineet olivat osallisia sen kehittymiseen, Semmelweis pakotti lääkärit pesemään kätensä klooriliuoksella ennen raskaana olevien naisten tutkimista. Tämän seurauksena, kyseisen sairaalan lapsivuodekuolleisuus väheni 18 prosentista 2.2 prosenttiin. Tästä huolimatta suurin osa sen ajan lääketieteellisestä yhteisöstä hylkäsi hänen teoriat.
John Snow oli niihin aikoihin hallitsevan miasmateorian skeptikko. Girolamo Fracastoron edistämä mikrobiteoria ei ollut vielä saanut täyttä tai laajalle levinnyttä hyväksyntää, joten Snow ei ymmärtänyt millä mekanismilla sairaus levisi. Hän julkaisi teoriansa ensimmäisen kerran vuonna 1849 "On the Mode of Communication of Cholera" -nimisessä esseessä. Snow julkaisi toisen painoksen artikkelistaan vuonna 1855, jossa hän dokumentoi kattavamman tutkimuksen vesihuollon vaikutuksesta Lontoon Sohossa vuonna 1854 tapahtuneeseen epidemiaan.
Puhumalla paikallisten asukkaiden kanssa, hän osasi tunnistaa Broad Streetilla (nyk. Broadwick Streetilla) olevan julkisen vesipumpun tartunnan lähteeksi. Snow otti näytteitä pumpun vedestä ja tutki näitä kemikaaleja ja mikroskooppia käyttäen. Vaikka nämä kokeet eivät lopullisesti todistaneet veden vaarallisuutta, Snow'n tekemät tutkimukset taudin leviämisestä riittivät vakuuttamaan paikallisen raadin poistamaan vesipumppu käytöstä irrottamalla sen kahva. Tätä on yleisesti pidetty epidemian loppumisen syynä, vaikka Snow huomasi, että epidemia saattoi jo olla nopeassa laskussa.
Snow käytti myöhemmin pistekarttaa havainnollistamaan pumpun ympärillä olevien koleratapauksien rykelmää. Hän käytti myös tilastotiedettä havainnollistaakseen vesilähteen laadun ja koleratapausten välisen yhteyden. Hän osoitti, että "Southwark and Vauxhall Waterworks Company" otti vettä Thames-joen jätevesien saastuttamista osista ja johti sitä koteihin, mikä johti koleran leviämiseen. Snown tutkimus oli merkittävä tapahtuma kansanterveyden ja maantieteen historiassa. Sitä pidetään yhtenä epidemiologian tieteenhaaran perustavina tapahtumina.
Tutkijat havaitsivat myöhemmin, että tämä julkinen kaivo oli kaivettu vain metrin päähän vanhasta likakaivosta, josta oli alkanut vuotaa ulosteessa olleita bakteereita.
Tähän likakaivoon oli huuhtoutunut toisesta lähteestä koleran saaneen vauvan vaippa. Likakaivon suu oli alun perin ollut lähellä olleen talon alla, mutta talo rakennettiin uudelleen hieman kauemmas tulipalon jälkeen. Kaupunki oli laajentanut katua ja likakaivo oli kadonnut. Siihen aikaan oli yleistä, että talojen alla oli likakaivoja. Suurin osa perheistä yrittivät päästä eroon omista jätevesistä kaatamalla ne suoraan Thamesiin, jottei likakaivo täyttyisi nopeammin kuin likavesi ehtisi hajota maahan.
Valtion virkailijat palauttivat Broad Streetin pumpun kahvan koleraepidemian laannuttua. He olivat reagoineet vain populaation akuuttiin vaaraan ja hylkäsivät jälkeenpäin Snown teorian. Tämän ehdotuksen hyväksyminen olisi tarkoittanut uloste-suu tartuntareitin epäsuoraa hyväksyntää, minkä viranomaiset hylkäsivät koska se oli heidän mielestä "liian masentavaa".
Muodollisemmat kokeet mikrobien ja sairauksien välisestä suhteesta suoritti Louis Pasteur vuosien 1860 ja 1864 välillä. Hän löysi lapsivuodekuumeen ja märkimistä aiheuttavan bakteerin verestä ja ehdotti boorihapon käyttöä tappamaan nämä mikrobit ennen synnytystä ja sen jälkeen.
Pasteur osoitti vuosien 1860 ja 1864 välillä myös, että käyminen ja mikrobien kasvu ravinneliuoksissa eivät johtuneet spontaanista sikiämisestä. Hän altisti vasta keitettyä lientä ilmalle astioissa, jotka sisälsivät suodattimet, jotka estivät hiukkasten kulkeutumisen kasvualustalle. Hän käytti myös astioita, joissa ei ollut lainkaan suodattimia ja joissa ilma kulki pitkien, pölyhiukkaset ulkona pitävien mutkikkaiden putkien kautta. Mitään ei kasvanut liemissä: Elävät organismit, jotka kasvoivat tällaisissa liemissä tulivat siis sen ulkopuolelta, pölyn kuljettamina itiöinä, sen sijaan että ne sikisivät liemestä.
Pasteur havaitsi vuonna 1870, että toinen mulperiperhosten toukkien vakava sairaus, "pébrine", johtui pienestä mikroskooppisesta organismista, joka tunnetaan nykyisin nimellä "Nosema bombycis". Pasteur pelasti Ranskan silkkituotannon kehittämällä menetelmän, jolla voitiin seuloa mulperiperhosten toukkien munia tartunnan saamattomien löytämiseksi. Menetelmä on edelleen käytössä tämän ja muiden mulperiperhosten toukkia haittaavien tautien torjunnassa.
Robert Koch tunnetaan siitä, että hän kehitti neljä peruskriteeriä (Kochin postulaatit) joilla voidaan tieteellisesti luotettavalla tavalla osoittaa, että tietty sairaus on tietyn organismin aiheuttama. Nämä postulaatit kasvoivat hänen uraauurtavasta työstä pernaruton parissa, jossa hän käytti puhdistettuja viljelmiä sairaista eläimistä eristetystä taudinaiheuttajasta.
Kochin postulaatit kehitettiin 19. vuosisadalla yleiseksi ohjeeksi silloisilla menetelmillä isoloitavissa olevien patogeenien tunnistamiselle. Jo Kochin aikana tunnistettiin, että tietyt tartunnanaiheuttajat olivat syyllisiä sairauksiin vaikka ne eivät täyttäneet kaikkia postulaatteja. Yritykset soveltaa Kochin postulaatteja jäykästi virustautien diagnosoimiseen 19. vuosisadan loppupuolella, aikana jolloin viruksia ei voitu nähdä eikä niitä osattu eristää näytteistä, on voinut hidastaa virologian tieteenhaaran varhaista kehitystä. Nykypäivänä, useita tartunnanaiheuttajia hyväksytään sairauksien aiheuttajiksi vaikka ne eivät täytä kaikkia Kochin postulaateista. Näin ollen, vaikka Kochin postulaatit ovat edelleen historiallisesti merkittäviä ja jatkavat mibrobiologisen diagnosoinnin valaistamista, kaikkien neljän postulaatin täyttyminen ei ole vaatimus syy-yhteyden osoitukseen.
Kochin postulaateilla on myös ollut vaikutus tieteilijöihin, jotka ovat tutkineet mikrobisia patogeeneja molekyyläärisestä näkökulmasta. 1980-luvulla kehitettiin molekyläärinen versio Kochin postulaateista ohjaamaan mikrobeista löytyvien virulenssitekijöitä koodaavien geenien tunnistamisessa.
Kochin postulaatit:
Koch kuitenkin hylkäsi ensimmäisen postulaatin universalistisen vaatimuksen kokonaan sen jälkeen kun hän löysi koleran (ja myöhemmin lavantaudin) oireettomia taudinkantajia. Nykyisin tiedetään, että oireeton taudinkantajuus on yleinen piirre monissa tartuntataudeissa, etenkin polion, herpes simplexin, HIV:n ja hepatiitti C:n kaltaisissa virustaudeissa. Erityisenä esimerkkinä: kaikki lääkärit ja virologit ovat yhtä mieltä siitä, että "poliovirus" aiheuttaa halvaantumisen vain muutamissa infektiotapauksissa ja että poliorokotteen menestys sairauden ehkäisemisessä tukee vakaumusta siitä, että "poliovirus" on taudinaiheuttaja.
Kolmannessa postulaatiossa lukee "pitäisi" eikä "täytyy", koska kuten Koch itse todisti sekä tuberkuloosin että koleran tapauksissa, kaikki taudinaiheuttajalle altistetut eliöt eivät sairastu. Sairastumattomuus voi johtua sellaisista tekijöistä kuin yleinen terveys ja toimiva immuunijärjestelmä; aiemman altistumisen tai rokotuksen kautta hankittu immuniteetti; tai geneettinen immuniteetti (kuten malarian vastustuskyky, joka voi tulla siitä että on vähintään yksi sirppisoluanemiaa aiheuttavista alleeleista).
Toinen postulaatti voidaan myös lykätä tietyillä mikro-organismeilla tai asioilla, joita ei voida (ainakaan vielä) kasvattaa elatusaineessa puhdasviljelmänä. Esimerkkinä on Creutzfeldt–Jakobin taudin aiheuttavat prionit. Yhteenvetona, todistusaineisto joka täyttää Kochin postulaatit on riittävä mutta ei välttämätön syy-yhteyden osoittamiseksi.
Joseph Lister oli merkittävässä roolissa mikrobiteoriaan pohjautuvien käytännön sovelluksien kehityksessä 1870-luvulla. Hän edisti lääketieteellisten ympäristöjen hygienian ja aseptisten kirurgisten tekniikoiden kehitystä – osittain karbolihapon (fenolin) käytön kautta antiseptina.