Mikrobiyolojinin Tarihsel Gelişimi (N. Tunail)

Mikrobiyolojinin Tarihsel Gelişimi (N. Tunail)

Mikrobiyoloji biliminin başlangıç tarihi 1683 olarak kabul edilir. Hollandalı bilim adamı Antoine van Leeuwenhoek 1660’lı yıllarda mikroskop yapma çalışmalarına başlamış, 1683’te iki yakınsak mercek kullanarak geliştirdiği ve 280 kez büyütebilen mikroskobunda diş kazıntısı ile hazırladığı preparatta “very little animalcules” olarak tanımladığı canlıları görmüş, şekillerini çizmiş ve makalesini Royal Society’ye göndererek yayınlamıştır. Tarihte hem mikroskobu keşfeden kişi hem de bakteri veya mikroorganizma kavramının yaratıcısı olarak yerini almıştır. Mikroskobun bulunmasından önce doğaya ilişkin tüm çalışmalar daha fazla yalın göz ile görülebilen canlıların gözlemlenmesine, tanımlanmasına ve sınıflandırılmasına dayandığından botanik ve zooloji bilim dalları tarihin ilk çağlarından beri bir ilerleme ve gelişme göstermiştir ancak deneme ve araştırmaların eksikliği bu bilim dallarının da yeterince gelişmesini sağlayamamıştır. Doğa bilimlerinde denemeler devrine geçiş 16. yüzyıl sonlarında ve 17. yüzyıl başlarında yani mikroskobun bulunuşundan 50-100 yıl kadar önce başlamıştır.

Skolastik çağda denemeleri ve araştırmaları engelleyen en önemli etken dini tabular olmuştur. Denemeler eksik olduğu için madde ve canlının fiziksel ve kimyasal özü hakkında belli bir bilgi birikimine ulaşılamamıştır. Skolastik çağdan denemeler devrine geçişte; Jan Baptist van Helmont (1577-1644), Francis Bacon (1561-1626) ile pnömatik çağ olarak adlandırılan zaman diliminin (1766-1776) katkısı göz ardı edilemeyecek denli önemlidir. Brüksel doğumlu doktor, kimyager ve fizyolog olan J.B. van Helmont 5 yıl boyunca yürüttüğü bitki sürgün denemesi sonucunda bitki yaprak ve sürgünlerinin sudan oluştuğunu saptamış, ayrıca havanın bir başka türü olarak karbondioksit (CO₂) gazını tanımlamış ve odun yandığında çıkan gaz ile fermantasyonda üretilen gazın aynı olduğunu belirlemiştir.

Diğer bilim dallarındaki gelişmelere de ilgi duyan J.B. van Helmont; çağdaşlarından sayılabilecek Nikolaus Kopernikus (1473-1543)’in Dünya tanımından, Bacon’ın bilim yazılarından ve William Harvey (1578-1657)’in keşfettiği kan dolaşım sisteminden etkilenmiştir. Ne var ki mistik yanı da ağır basan fizyolog, terden ıslanmış bir gömleğin buğday taneleri ile birlikte bir kap içine sıkıca bastırılması halinde fermantasyon sonucu farelerin oluştuğuna inanarak bu görüşlerini de yayınlamıştır. Onun bu fikri çok daha eski devirlerden miras kalan inanışların sonucudur. Fare, kurbağa, balık, selentere, böcek, sinek ve kurtçuk gibi göreli küçük canlıların ebeveynsiz olarak çamurdan, ölü hayvan ve bitkilerden, dışkıdan, kirli sulardan, çiğ damlalarından oluştuğunu varsayan spontan generasyon (abiyogenesis) teorisi Aristoteles (M.Ö. 384-322)’e dayanmaktadır. Akciğerli balıkların Nil nehrinin çamurundan oluştuğunu ileri süren Aristoteles ile başlayan abiyogenesis 16. yüzyıl sonlarında bile geçerli bir teori olarak önemini korumuş, Louis Pasteur (1822-1895) devrine kadar yaklaşık 2000 yıl boyunca kesin reddedilememiş ve akılları karıştırmaya devam etmiştir. Bu düşünce sinek ve kurtçukların gözlenmesine dayanan basit, ancak bulunduğu zaman diliminde çok önem taşıyan denemelerle elemine edilmişse de Protozoa, maya, fungus ve bakteri gibi gözle görülmeyen mikroorganizmalar için abiyogenesisin yıkılması çok daha uzun zaman ve zorlu araştırmalar gerektirmiştir.

Doğa bilimlerinin ilerlemesinde ikinci önemli isim bir İngiliz lordu ve filozofu olan Francis Bacon’dır. Her kesimden ve meslekten aydın insanları etkileyen eseri “New Atlantis”tir ve kurgusal bilim edebiyatına örnek oluşturan ütopik bir kitaptır. Zamanın bilim adamlarına yeni ufuklar açan bu kitapta Salomon’un evine uğrayan İngiliz denizcilerinin ağzından görüp gezdikleri araştırma kentlerindeki araştırmalar anlatılmıştır. Araştırmalara konu olan problemler ise meteor, kar, dolu, yağmur, susuz yapay yağmur, ışık, ışın, ses, kurbağalar, sinekler ve hava içinde bulunan cisimlerin yeni generasyonları üzerinedir. Ayrıca sağlıklı yaşam için kaliteli hava içeren odalardan ve bazı önlemlerden söz edilmektedir. Kitabın genel çizgisi; doğanın gizil gücünü ortaya çıkarmayı ve insan bilincinin ve yeteneğinin sınırlarını genişletmeyi hedeflemiştir. Miyasma teorisinin hâlâ geçerli olduğu bu devirde kitap, tıp bilim adamlarına da ilginç gelmiş ve ilham kaynağı olmuştur.

Girolamo Fracastoro (1478-1553), hastalıklara gözle görülmeyen organizmaların neden olduğu görüşünü 1546 yılında belirtmesine karşın, o tarihlerde hastalıkların etkeni olarak zehirli hava görülmektedir. Miyasma adı verilen bu teori Yunan fizikçi Galen (129-199)’e dayanmaktadır. Galen hastalıkların nedenini süper doğal bir güce bağlamış ve yerküreden buharlaşan zehirli havanın (buharın) insan vücudunda bulunan kan, safra, balgam ve sevda salgısı olarak tanımladığı dört salgıda dengeyi bozduğu için hastalıkların ortaya çıktığını ileri sürmüştür. Daha sonraları da hasta insan ve hayvanların soluma yoluyla havaya zehirli maddeler saçtığına ve bu havayı soluyan veya hava yoluyla zehirli maddelerin karıştığı sütleri içen insanların hastalandığına inanılmıştır. Bacon’un denemeler devrine geçişte katkısı ve uyarıcı etkisi olmuşsa da miyasma teorisi ancak oldukça ileri bir tarihte, Agostino Bassi (1773-1856)’nin ipek böceklerinde görülen hastalığa bir fungus enfeksiyonunun neden olduğunu 1835 yılında göstermesiyle son bulmuştur. Doğa bilimlerinde araştırmaya dayalı hızlı bir gelişme sürecine girilmesinde, fizikçiler ve kimyacılar tarafından atmosfer gazlarının birbiri ardına keşfini içeren ve pnömatik çağ (1766-1776) diye adlandırılan evre de önemli rol oynamıştır. Bu sürede CH₄, O₂, H₂, N₂, NH₃, CO, CO₂, N₂O, SO₂ gazları tanımlanmış, suyun bileşenleri James Watt, Antoine L. Lavoisier ve Henry Cavendish tarafından belirlenmiştir. Bu yıllarda özellikle kimyacılar bilimin temellerini atarken, filozoflar da bilimin gelişmesinde gerekli filozofik alt yapıyı hazırlamışlardır.

Mikrobiyolojinin tarihsel gelişimine tekrar dönecek olursak; mikroskobun bulunmasından sonra mikrobiyolojinin bir bilim dalı haline gelmesi, mikroorganizmaların ayrı bir canlılar grubunda toplanması ve tıbbî mikrobiyolojinin gelişmesi için 200 yıl kadar bir sürenin geçmesi gerekmiştir. Pasteur’ün 1857-1862 yıllarında ve Robert Koch (1843-1910)’un da 1877-1881 arasında yaptığı çalışmalar ve buluşlarla, mikrobiyoloji tarihinde devrim yapan dev bilim adamları sıfatını kazanmışlardır. Onların yaşadığı devre gelene kadar geçen 200 yıllık sürede pek çok bilim adamı önemli bulgular elde etmişlerse de mikrobiyolojinin bir türlü hamle yapamamasının iki önemli nedeni vardır. Nedenlerden birisi miyasma ve spontan generasyon gibi teorilerin yapılan pek çok denemeye karşın uzun tartışmalara yol açması, diğeri de mikrobiyolojik yöntemlerin ve mikroskobik tekniklerin henüz yetersizliği olarak özetlenebilir.

Mikroskopların gelişimi 19. yüzyılda olmuştur. Renksiz merceklerden oluşan ilk akromatik mikroskoplar 1821’de Giovanni B. Amici (1786-1863) tarafından yapılmıştır. Apokromatik objektiflerin kullanıldığı mikroskopların yapımı ise 19. yüzyıl sonlarına rastlar. Mikroskopta mikroorganizmaların fotoğraflarını (mikrograflarını) ilk çeken de Koch’tur. Araştırıcı, bunu su immersiyonu kullanarak 1876-1877’de başarmıştır. 1878’de ise Ernst Abbe ve Carl Zeiss tarafından yağ immersiyon mercekleri Jena’da üretilmiştir. J. E. Barnard 1919 yılında ultraviyole mikroskobunu geliştirmiş, faz kontrast yöntemleri de Fritz Zernike tarafından Groningen Üniversitesi’nde bulunmuştur. 1946 yılından itibaren de faz kontrast mikroskobunun seri üretimine başlanmıştır. Elektron mikroskobunun tasarımı ve geliştirilmesinde 1934’ten itibaren iki önemli isim öne çıkmaktadır. Belçika’da Ladislaus Marton ve Almanya’da Ernst Ruska, bugün çok gelişmiş olan elektron mikroskoplarının öncüleridir. Görüldüğü gibi mikroskobik teknikler ve yöntemler Pasteur sonrası hatta Koch sonrası gelişimini tamamlamıştır.

Spontan generasyon (abiyogenesis) tartışmalarını da özetlemek gerekirse; mikroskobun bulunduğu 1683 yıllarından başlamak doğru olur. Abiyogenesisin hüküm sürdüğü bu yıllarda bir köy doktoru olan Francesco Redi (1626-1697) sinek kurtçukları ile yaptığı bir denemeyi sonuçlandırmış ve 1688’de yayınlamıştır. Redi, denemelerinde; et parçalarını koyduğu 3 kavanozdan birinin ağzını açık bırakarak diğer ikisinden birini kâğıt ve diğerini de ince tülbent ile sıkıca örtmüş, sonuçta kurtçukların yalnızca ağzı açık kontrol kavanozunda oluştuğunu göstermiştir. Bu sonuçla kurtçuk ve daha büyük canlılar için abiyogenesis teorisi geçerliliğini yitirmiş, ancak bu defa da mikroorganizmalar abiyogenesisin hedefi olmuştur. Mikroorganizmaların varlığının gösterilmesine karşın onların hangi yolla oluştukları bilgisi eksik olduğundan, artık sadece gözle görülemeyen canlıların spontan generasyonla oluştukları fikri ağırlık kazanmış ve tartışmalara bilim adamları yanında filozoflar, yazarlar, din adamları da karışmıştır.

van Leeuwenhoek, henüz ortada denemelere dayalı bir bulgu olmadığı halde, mikroorganizmaların havada bulunan canlı tohumlardan veya rüşeymlerden (embriyolardan) oluştuğunu tahmin ederek spontan generasyonu reddetmiştir. Başlayan müthiş tartışmalar konuyla ilgilenenleri ot, tohum, meyve ve et infüzyonları ile çalışmaya yöneltmiştir. Fransız mikroskopi uzmanı Louis Joblot (1645-1723) ısıtılmış ve ısıtılmamış infüzyonlardan oluşan ilk denemeleri tamamlayarak abiyogenesisi reddetmiş, ancak karşısında bir İngiliz katolik rahip olan John Needham (1713-1781) ile Fransız Compte de Buffon (1707-1788)’u bulmuştur. Needham da denemeler yapıyor, et suyunu kaynatıyor, şişelere dolduruyor ve ağızlarını da sıkıca kapatıyordu ancak, şişelerin birçoğunda bulanıklık meydana geliyor ve mikroorganizmaların varlığı gösteriliyor, Buffon da bu sonuçları yorumluyordu. Yorumların özünde; organik materyalin vejetasyon gücü ile dolu olduğu, bulunduğu materyale canlılık veren bu gücün zamanı geldiğinde cansız materyale de girerek ona canlılık bağışladığı, böylece yeni formlarda canlılık meydana geldiği görüşü hâkimdi. Basit olan bu öğreti kendine taraflar bulmakta zorlanmıyor, hatta bazı doğa bilimcileri tarafından da destekleniyordu.

Spontan generasyon teorisinin ispatlanmasına en çok yaklaşan bilim adamı İtalyan Lazzaro Spallanzani (1729-1799) olmuştur. Birçok kez tekrarladığı et infüzyonu ve diğer denemelerinde; kaynar suda tuttuğu cam kavanozları, mantar kullanan Needham’ın aksine hermetikli olarak kapamıştır. Sonuçta; küçük canlıların hava ile kavanozlara dâhil olduklarını, havada bulunan canlıların spontan olduğu sanılan çoğalmanın nedenini oluşturduğunu açıklamıştır. Isıtılmış ve hermetikli kapatılmış kavanozların kapakları açılır ve hava tekrar içeriye girerse veya mantar tapa ile kapatılanlarda yarık ve çatlaklardan hava girişi gerçekleşirse mikroorganizmaların tekrar çoğalabileceklerini göstermiştir.

Bu sağlam görüş de abiyogenesisin reddedilmesine yetmemiştir. Çünkü karşıtı Needham bütün canlıların havaya gereksindiklerini, infüzyon kavanozu kaynar suda tutulurken, içindeki havanın ısı ile bozulduğunu ve vejetasyon gücü için elverişsiz hâle dönüştüğünü, dolayısıyla spontan generasyonun gerçekleşemediğini ileri sürmüştür. Spallanzani yılmamış, denemelerini sürdürmüştür. Ne var ki bu sefer bazı infüzyonların ısıtıldıkları halde bozulduklarını görmüş, ancak 45 dakika kaynar suda tutulan kavanozlarda kapak açılmadığı durumlarda bozulmanın meydana gelmediğini saptamıştır. Sonuçta mikroorganizmaların yarım saatte ölenler ve yarım dakikada ölenler olmak üzere iki gruba ayrıldığına karar vermiş, ilk grubu oluşturanların çok küçük ve hep benzer formda olduğunu belirtmiştir. 1776’da yaptığı yayında, ısıl işlemin bozulmanın önlenmesi (mikroorganizmaların ürememesi) için her zaman yeterli olmadığını ileri sürmüştür. Abiyogenesisin reddedilmesine çok yaklaşılmışken, bu sonuç tekrar Needham ve ardılları arasında; bozulmanın hava ile meydana geldiği, ısıtmanın havada farklılaşma yarattığı ve bozulmanın kimyasal olduğu görüşlerine ağırlık kazandırmıştır.

Canlanan spontan generasyon teorisini kesin olarak sonlandıran Pasteur’dür. Bununla beraber, Needham ve ardıllarının görüşlerinin çürütülmesine Theodore Schwann (1810-1882), Franz Schulze (1815-1873), Heinrich Schröder (1810-1885) ve Theodor von Dusch (1824-1890) da önemli denemelerle katkıda bulunmuşlardır.

Schwann ve Schulze, ısıtılmış infüzyon kabına verdikleri havanın mikroorganizmalardan arındırılması için kimyasal ve termik sterilizasyon düzenekleri kurmuşlardır. Steril hava verilmesiyle mikroorganizma gelişmesinin ve bozulmanın engellendiğini kanıtlamışlardır. Schröder ve von Dusch ise 1853 tarihinde havayı steril pamuktan geçirerek besiyerine vermişler ve de daha önceden ısıtılmış besiyerinde üremenin engellendiğini göstermişlerdir. Bu uygulama ile havanın ısıtılmaksızın steril olarak besiyerlerine verilmesini mümkün kılmışlardır. Bu buluş, günümüzde bile önemini yitirmeyen çok önemli bir uygulama olarak sürmektedir. Tüm bu önemli gelişmelere rağmen, Fransız doğa bilimcisi Felix Pouche 1858 yılında Paris Bilimler Akademisi’nde, hava kontaminasyonu olmaksızın da mikroorganizmaların üreyebildiğini gösteren tatmin edici bir araştırmasını sunmuş ve bu çalışmasıyla canlıların, yaşamayan materyalden türediğini ispatlayan kişi olarak hak iddia etmiştir. Bu durum, L. Pasteur’ü daha yoğun ve zorlu biçimde konu ile ilgili araştırmalar yapmaya yöneltmiştir. Pasteur, Schröder ve von Dusch’ın denemelerini modifiye etmiş, ağzı giderek daralan ve aşağı doğru bükülmüş cam balonlar kullandığı gibi, havayı geçirdiği pamuğu tekrar ısıtılmış buyyona bulaştırdığında mikroorganizmaların tekrar ürediklerini göstermiştir. Ayrıca pamuk materyalini alkol-eter karışımında çözerek mikroskopta incelemiş ve mikroorganizmaların varlığını ispatlamıştır. Bu buluşu ile Pasteur spontan generasyon teorisini sonlandıran kişi olarak Paris Bilimler Akademisi’nin 1860 yılında bu konuyu aydınlatmak üzere ilan ettiği Akademi ödülünü 1862’de kazanmıştır. Pouche’nin şanssızlığı henüz basil ve endospor kavramlarının olmadığı yıllarda, maya ve bakterilerle çalışan Pasteur’ün aksine içinde basil ve sporlarını barındıran ot infüzyonu ile çalışması olmuştur.

Teorinin reddedilmesine kesin noktanın konması ise İngiliz fizikçi John Tyndall (1820-1893) ile Alman botanikçi Ferdinant Cohn (1828-1898)’un çalışmalarıyla başarılmıştır. Tyndall ışık demetindeki dağılımı inceleyerek toz içeren ve içermeyen havayı ayırt etmiştir. Yaptığı bir aparat ile tozsuz havanın optik olarak boş olduğunu saptamıştır. Araştırıcı zaman zaman tutarsız sonuçlar alsa da havada bulunan tozların jerm taşıdığını, tozsuz havanın sıvı besiyerlerinin sterilliğini bozmadığını göstermiştir. Kendi adıyla anılan tekrarlanan kısa süreli kaynatmalar ile sağlanan sterilizasyon tekniğini (tindalizasyon) bulmuştur. Isı ile inaktive edilemeyen sporlardan basillerin üreyebileceği gerçeği ise ancak Cohn’un ot basili olarak bilinen Bacillus subtilis’te endosporları 1872’de keşfetmesiyle anlaşılmıştır.

Pasteur spontan generasyon dışında 1857-1863 yılları arasında yaptığı çalışmalarla alkol fermantasyonunu, laktik asit fermantasyonunu, zorunlu anaeroblarla gerçekleşen bütirik asit fermantasyonunu ve etkenlerini göstermiştir. Bazı mikroorganizmaların aerobik ve anaerobik gelişmelerine karşın bir grup bakterinin yalnız O₂ bulunmayan ortamda iyi geliştiklerini saptamıştır. Ayrıca mikrobiyolojiye pastörizasyon kavramını ve tekniğini kazandırmıştır. Bitki fizyoloğu olan Cohn da 1853-1877 arasındaki çalışmaları ile bakterilerin mikroorganizmalar içinde ayrı bir grup olarak kavranmasını kolaylaştırmış, bakterileri bitkiler âlemine sokarak isimlendirilmelerinde Carl von Linne’nin binomiyal sistemini (1737) kullanmıştır. Bakterilerin morfolojik özelliklerini tanımladığı gibi pigmentasyon özelliklerini, hareketlerini, spor içerip içermediklerini incelemiş ve kendine göre bir sistematik geliştirmiştir.

Fermantasyon mikrobiyolojisi dalında Fransa’da devrim yapan Pasteur gibi Almanya’da da Koch tıp mikrobiyolojisi dalında çığır açmıştır. Bunun da ötesinde saf kültür elde etme tekniğini mikrobiyolojiye kazandırmıştır. Bu tarihe kadar Pasteur ve diğerleri mikroorganizmaların üretilmesinde bitki veya besin infüzyonlarını kullanmışlardır. Sıvı besiyeri ile saf kültür elde etme yolunu deneyen Joseph Lister (1827-1912) araştırma materyalinden hazırladığı bir dizi seyreltiden sonuncusunun mikroorganizma içermediğini, sonuncudan bir evvelki seyreltide üreyen mikroorganizmaların saf olduğunu göstermiş, 1878’de bu yolla Streptococcus lactis’i saf olarak elde etmiştir. Bu teknikle saf kültüre ulaşmak ne yazık ki her zaman mümkün olmamıştır. Saf maya kültürü ise ilk kez 1883 yılında Danimarkalı mikolog Emile Christian Hansen (1842-1909) tarafından Carlsberg bira fabrikasında kullanılmak üzere “asılı damla” yöntemi ile üretilmiştir. Bu yöntemde bir lam üzerine oturtulan küçük, tavan ve tabanı açık, kısa bir cam silindirin üzerine, maya süspansiyonunun sondan bir evvelki seyreltisi ile aşılanmış jelatin tabakası içeren lamel, jelatin cam silindire bakacak şekilde kapatılmıştır. Silindir kamera içinde nemli ortam yaratılmış ve jelatin üzerinde veya içinde mayanın tek hücre kolonileri elde edilmiştir. Hansen katı vasatı ilk gerçekleştiren mikologtur.

Funguslarla çalışanlar ise koloni elde etmek amacıyla katı substrat olarak at ve diğer hayvan dışkılarını, havuç ve patates dilimlerini kullanmışlardır. Küflerin üreme fizyolojisi için saydam katı ortam gerektiğinde de sıvı besiyerlerine jelatin katmışlardır. Oscar Brefeld (1839-1925) funguslar için saf kültür elde etme tekniklerini detaylı olarak bir kitapta toplamıştır. Bir bakterinin (Serratia marcescens) saf kolonisini ilk kez bir patates dilimi üzerinde elde etmeyi başaran ise Cohn’dur. Bakteriyolojide saf kültür elde etme tekniklerini bulan ve geliştiren kişi hiç tartışmasız Koch’tur. Önceleri jelatinli katı besiyerlerini, daha sonra çalışma arkadaşlarından Walter Hesse ve eşi Angelina Hesse’nin önerileri doğrultusunda agarlı katı besiyerlerini hazırlayan Koch, dökme plaka yöntemini kullanarak bakterilerin saflaştırılmalarını ve saklanmalarını olanaklı kılmıştır. Antraks (şarbon) basili Bacillus anthracis’i 1876’da bulan araştırıcı 1878’de “Yara Enfeksiyon Hastalıkları” ve 1881’de “Patojen Mikroorganizmaların Araştırılması” adlı eserleri yayınlamış ve bu kitaplarda saf kültür elde etme tekniklerini ayrıntılarıyla anlatmıştır. “Bir hastalıkta mikroorganizma, hasta insan veya hayvanda gösterilmek suretiyle mutlaka ispatlanmalıdır, gösterilen mikroorganizma daima saf olarak elde edilmelidir ve deney hayvanlarına verilerek aynı hastalık belirtileri izlenmelidir.” şeklinde özetlenen Koch Postulatları’nı ortaya koyan ve bizzat uygulayan Koch 1882’de Mycobacterium tuberculosis’i, 1883’te de Vibrio cholerae’yı bulmuştur.

Koch ve çevresi tarafından bakterilerin boyanma teknikleri geliştirildiğinden 1906 yılına kadar art arda insan ve hayvanlarda görülen önemli enfeksiyöz hastalıklar (tifo, difteri, tetanos, pnömoni, menenjit, yara enfeksiyonları, veba, brusellosis, dizanteri, botulizm, bitle geçen ateşli leke hastalığı vb.) tanımlanmıştır. Bu hastalıkların etkenleri sırasıyla; Salmonella Typhi, Corynebacterium diphtheriae, Clostridium tetani, Streptococcus pneumoniae, Neisseria meningitidis, Brucella abortus, Shigella dysenteriae, Clostridium botulinum, Rickettsia rickettsii başta olmak üzere 25 patojen bakteri keşfedilmiştir. H. Christian Gram’ın 1884’te Gram boyama yöntemini bulması, R. Julius Petri’nin de 1887’de bakteriyolojide hâlen kullanılan Petri kaplarını tasarlaması tıp vb. mikrobiyoloji dallarının gelişmesini hızlandırmıştır.

Koch, antraks hastalığına Bacillus anthracis’in neden olduğunu ispatlamasından (1876) yaklaşık 30 yıl sonra (1905) Nobel ödülüne layık görülmüştür.

Fermantasyon mikrobiyolojisi Pasteur, tıp mikrobiyolojisi de Koch öncülüğünde hızla yol alırken, saf kültür tekniğinin gelişmesine karşın uzunca bir süre de pleomorfizm ve monomorfizm tartışmaları sürmüştür. Pleomorfizmin savunucuları E. Hallier, J. Lister, R. Lankester ve W. Zoph olmuştur. Buna karşılık türlerin sabitliğine ve monomorfizme inanan grupta Anton de Bary, Pasteur, Koch ve O. Brefeld yer almıştır. Zoph, ipliksi formda bir kükürt bakterisi olan Beggiatoa ile çalışırken pleomorfiyi kuvvetle savunmuştur.

Mikroorganizmaların ekolojik rolü üzerindeki çalışmaları ile öncü sıfatını kazanan N. Sergei Winogradsky (1856-1953) ve Martinus Beijerinck (1851-1931)’den Winogradsky, pleomorfizm tartışmalarına açıklık getirmek amacıyla Zoph’un çalıştığı bakteriye yönelmiş, denemeleri tekrarlarken Beggiatoa’nun kemolitotrof özelliğini keşfetmiştir. Bu bilim adamı 1886-1891 yılları arasında yaptığı çalışmalarında; kemolitotrof özellikteki bakterilerin demiri, kükürdü, amonyağı enerji elde etmek için kullandıklarını belirlemiş, yine pek çok bakterinin de fotosentezde veya fotosentetik bakterilerde olduğu gibi hücre organik materyali için gereksindiği karbonu, havanın CO₂’inden sağladığını (ototrof) bulmuştur. Mikrobiyolojiye kemolitotrofototrof kavramını kazandırdığı gibi ayrıca sellülozu parçalayan, anaerobik yaşayan ve N₂ fikse eden bakterileri (Clostridium pasteurianum) keşfetmiştir. Delft’te yaşayan Beijerinck de mikrobiyel ekolojiye temel katkılar sağlamıştır. Diazot (N₂) fikse eden serbest yaşayan azotobakterleri (Azotobacter chroococcum) ve içleri kırmızı nodül oluşturan, sonradan Rhizobium olarak adlandırılacak olan, simbiyotik azot bakterilerini izole etmiş, sülfatları indirgeyen bakterileri keşfetmiştir. Her iki Rus bilim adamı da selektif ortamlar kullanarak bu bakterilerin zenginleştirme tekniklerini mikrobiyolojiye kazandırmışlardır.

Pleomorfizm ve monomorfizm tartışmalarında pleomorfizmin savunulmasına en fazla fungusların gelişim süreçlerindeki morfolojik değişimler etken olmuştur. 19. yüzyılın ortalarında çeşitli funguslar tanımlanmış, bunlarda aynı tür içinde görülen form değişiklikleri, bakteri formlarının sabitliğinden de şüphe edilmesine yol açmıştır. Ancak monomorfizme inananlar saf kültürle ve çok titiz çalışmalar ile türlerin sabitliğini göstermişlerdir. Daha sonraları Beijerinck ve diğerleri tarafından saf kültürde de bakteri varyantlarının olabileceği, varyantların ait olduğu türün bakteri üyelerinden farklı form veya değişik metabolik özellikleriyle ayrıldıkları gösterilmiştir.

Virolojideki gelişmelere Charles Chamberland’ın 1884’de bulduğu, bakterilerin geçemeyeceği genişlikte porları bulunan, porselen bakteri filtreleri fırsat oluşturmuştur. Bitkilerde ve hayvanlarda hastalıklara neden olan viral etkenlerin tanımlanması hemen hemen aynı tarihlere rastlamaktadır. Tütün yapraklarında oluşan lekelerden adını alan tütün mozaik hastalığı 1886 yılında tanımlandığı halde, fitopatolojik etkenin Chamberland filtre porlarından geçebilen bir ajan olduğu ancak 1892’de D. Iwanowski tarafından St. Petersburg’da gösterilmiştir. Ne var ki ajanın küçük bir bakteri veya toksin olduğu düşünülmüştür. Ajanın porselen bakteri filtresinden geçebilmesinin ötesinde, agar tabakasına difüze olabildiği, alkolle çökertilebildiği, ancak canlı bitki dokusunda çoğaltılabildiği 1898 yılında yine Beijerinck tarafından saptanmış, bu bulgularla mikroorganizma ve virüs kavramlarının yaratıcısı olarak Beijerinck kabul edilmiştir. Aynı tarihlerde (1897-1898) F. Loeffler ve P. Frosch da Berlin’de şap hastalığı etkeninin virüs olduğunu göstermiştir. Ancak virüsün kimyasal doğası daha ileri tarihte, 1935 yılında Wendell M. Stanley’in ABD’de Tabak mozaik virüsünü kristalize ederek ajanın büyük oranda veya tamamen proteinden oluştuğunu göstermesiyle anlaşılmıştır. 1930’lu yıllarda yapılan diğer araştırmalarla partiküllerin nükleik asit ve protein içeren bir kompleks olduğu açıklık kazanmıştır.

Bakteriyofaj ise İngiltere’de Frederick W. Twort (1877-1950) ve Fransa’da Félix d’Hérelle (1873-1949) tarafından birbirlerinden bağımsız olarak keşfedilmiştir. Twort 1915 yılında Micrococcus, d’Hérelle ise 1917’de dizanteri etkeni ile çalışırken gözle görülemeyen, bakterilere antogonistik etkili bu ajanları bulmuşlardır. d’Hérelle devam eden çalışmalarında bakteri lizatı içindeki partiküllerin duyarlı bakterinin yayıldığı katı besiyerlerinde plak oluşturduklarını da tespit etmiş ve bunların bakteriye spesifik virüsler olduğuna karar vermiştir. Bununla beraber buluşu derhal kabul görmemiştir

F. M. Burnet 1930’lu yıllarda faj-konakçı ilişkilerini araştırmış, fajın konakçıya adsorbsiyonunu, konakçıda replikasyonunu ve bakterinin lizizini göstermiştir. Faja dirençli bakterileri tanımlamış ve faj bağışıklığını açıklamıştır. Max Schlesinger ise 1933’te karanlık saha mikroskobu kullanarak Bacillus megaterium’a özgül faj partiküllerini göstermiş, patlama büyüklüğüne bağlı olarak lize olan bakteriden çıkan faj partiküllerini saymıştır. 1941 yılında bakteriyofajların elektron mikroskobu (EM) mikrografları Helmut Ruska tarafından yayınlanmıştır. 1906’dan başlayarak 1981’e değin çalışmalarını sürdüren Max Delbrück’ün ise modern faj çalışmalarındaki katkısı ve yeri ayrıcalıklıdır. 1885’te Theodor Escherich tarafından bulunan ve Bacterium coli commune adı ile tanımlanan Escherichia coli’nin fajları, özellikle de T-fajı üzerinde yoğunlaşan Delbrück ve çalışma arkadaşları fajların litik yaşam çemberini, popülasyon dinamiğini, faj genetiğini aydınlatacak önemli bulgular elde etmişlerdir. Bakterilerin fajlarına karşı gösterdiği lizogenik tutum ise ilk kez 1921’de saptanmıştır. Daha sonra bakterilerin lizogen karakteri değişik türlerde de tespit edilmiştir. Uzun aradan sonra 1950’li yıllarda lizogeni çalışmalarında yine ön plana geçen E. coli’de temperent faj (λ fajı) 1951’de Esther M. Lederberg tarafından keşfedilmiştir. Model mikroorganizma olarak E. coli ve fajları, diğer bakteri türlerindeki faj-konakçı ilişkilerinin anlaşılmasına yardımcı olmuştur.

20. yüzyılda özellikle de ikinci yarısında, mikrobiyolojideki gelişmeler şaşırtıcı bir biçimde mikrobiyolojinin yön değiştirmesine, genetik ve biyokimya ile iç içe girerek yeni bilim dallarının doğmasına neden olmuştur. 20. yüzyıl başlarında biyologlar daha fazla hücre yapıları ve fonksiyonlarına, hayvan ve bitki ekolojisine, üreme fizyolojisine, kalıtımın doğası ve evrim üzerine yoğunlaşmışlar, mikrobiyologlar da enfeksiyon etkenlerine, immün yanıt, terapötik ajanlar, mikrobiyel enzimler ve mikrobiyel metabolizma konularına odaklanmışlardır. Bu yıllarda sayısız buluş gerçekleştirilmiştir. Yüzyılın ortasına gelindiğinde mikrobiyolojinin moleküler biyoloji, moleküler genetik bilim dallarına hizmet ettiği görülmektedir.

19. yüzyıl sonundan başlayarak 1970’li yıllara gelene kadar mikrobiyolojinin gelişimine katkı sağlayan mikrobiyologların, biyokimyacıların ve mikrobiyel genetik ile uğraşan bilim adamlarının kilometre taşı niteliğindeki buluşlarını tarih sırasıyla özetlemek gerekirse binlerce araştırıcı arasından 30-40 bilim adamının ölümsüzleştiği görülür. Bu bilim adamlarının buluşları da çoğunlukla Nobel Ödülü ile taçlandırılmıştır.

Eduard Buchner 1897 yılında mayayı kuvars kumu ile ezip diyatome toprağından geçirmiş ve bu ekstraktı şıraya katarak fermantasyonun maya katılmış gibi gerçekleştiğini göstermiştir. Bu olgu fermantasyonun ilk defa canlı hücre dışında fermentlerle de sağlanabileceğini göstermesi bakımından çok önemli bulunmuş ve araştırıcıya 1907 yılında Nobel Ödülü’nü getirmiştir. Fermantasyon üzerinde yoğunlaşan Arthur Harden ve William J. Young da 1904-1906 yılları arasında maya ekstraktı ile gerçekleşen fermantasyonda fosfatın etkisini araştırmışlar, kullanılan şekerden hekzos-1,6-bifosfatın oluştuğunu göstererek 1929 yılında Nobel Ödülü’nü kazanmışlardır. Nobel Ödülü almasa da Carl Neuberg’in 1911 yılındaki buluşu metabolik yolda önemli bir ilerleme kaydedilmesini sağlamıştır. Neuberg, pirüvat dekarboksilasyonu ile alkol oluşumundan önceki kademe olan asetaldehit oluşumunu göstermiş ve bu metabolitin tutulması ile alkol fermantasyonunun yön değiştirdiğini, alkol yerine gliserinin ortamda biriktiğini saptamıştır. Kendi adıyla anılan Neuberg fermantasyon tiplerini açıklamıştır.

Danimarkalı bilim adamı S. Orla-Jensen 1909-1919 arasında laktik asit bakterilerinin (LAB) birçoğunu tanımlamış ve LAB için geliştirdiği sistematik günümüze kadar taşınmıştır. Johannes Buder 1919 yılında anaerob fotolitotrof-ototrof karakterli purpur (mor) kükürt bakterilerini tanımlamıştır. Fotosentetik fosforilasyon yolunu kullanarak enerji kazanan bu bakteride fotosentezi formüle eden ve bitkilerdeki fotosentezle karşılaştıran ise Cornelius B. van Niel (1931)’dir. 1920-1943 yılları arasında hücrede solunumla ilgili araştırmalar yapan Otto Warburg elektron taşıma sisteminde, daha sonradan sitokrom enzimleri olarak adlandırılan, solunum enzimlerini ve fonksiyonlarını keşfederek 1931’de Nobel Ödülü’nün sahibi olmuştur. Biyokimyanın üniterliğini gösteren bilim adamları ise Albert Jan Kluyver ve Hendrick Jean Louis Donker’dir. İki araştırıcı dokudaki biyokimyasal dönüşümler ve fermantasyon için geliştirilen oksidasyon-redüksiyon reaksiyonlarıyla ilgili teorileri birleştirmişler, biyokimyasal olayların insan, bitki, hayvan ve mikroorganizmalar için aynı olduğu görüşünü ileri sürmüşlerdir.

Lizozim enzimini de bulan Fleming 1928 yılında keşfettiği penisilin ile Nobel Ödülü’nü 1945’te alırken, streptomisini 1943’te bulan S. Waksman aynı ödülü 1952’de kazanmıştır.

Faz kontrast yöntemi ve elektron mikroskobu için de ödüller hayli geç gelmiştir. 1946’dan beri Jena’da Carl Zeiss firmasında üretimi yapılan faz kontrast mikroskoplarını ve yöntemini 1935 yılında bulan Zernike Nobel Ödülü’nü 1953 yılında almıştır. Elektron mikroskobu üzerindeki çalışmalarını 1931-1933 yılları arasında sürdüren, EM tasarlayıp inşa eden Ruska’ya ise ödül 1986’da ölümünden iki yıl önce verilmiştir.

Harland G. Wood ve C.H. Werkman ikilisi Propionibacterium pentosaceum’un substrat olarak gliserini kullandığında fermantasyon ürünleri oluştururken havanın CO₂’ini de kullandığını saptamış ve CO₂ için işaretlenmiş karbon kullanarak bunu oluşan fermantasyon ürünlerinde göstermiş ve bugün kendi adlarıyla anılan heterotrof CO₂ fiksasyonunu bulmuşlardır. Esmond E. Snell, Orla Jensen’in laktik asit bakterilerinin riboflavin gereksinimi üzerinde yayın yaptığı tarihte (1936) çalışmalarına başlamış ve 1936-1950 yılları arasındaki çalışmaları süresince LAB ve mayalar için gereken gelişme faktörlerini ve vitaminleri saptamıştır. Bu kapsamda pantotenik asit ve pantotein, nikotinik asit, riboflavin, biotin (avidin), folik asit, pridoksal, pridoksol, pridoksamini bulmuştur. Gerhard Domagk ise sülfonamidin antibakteriyel etkisini saptamış, tetrahidrofol asidi içinde yer alan ve daha önce başka araştırıcı tarafından keşfedilen 4-aminobenzoik asidin strüktür analoğu olan bu maddenin etki mekanizmasını 1936’da aydınlatmıştır. Bu buluşuyla Domagk 1939’da Nobel Ödülü kazanmıştır. Aerobik solunumun önceki evresi olan sitrik asit döngüsünü 1937 yılında keşfeden Hans Krebs de bugün kendi adıyla anılan bu döngü için 1953’te Nobel Ödülü sahibi olmuştur.

Bugün modern biyoteknolojinin ve genetik mühendisliğinin ön evresi olarak kabul edilebilecek endüstriyel mikrobiyoloji veya mikrobiyel teknoloji 20. yüzyılın ikinci yarısındaki gelişmesini mutantlara borçludur. Çünkü biyosentez yollarının açıklığa kavuşması mutantlarla olmuştur. 1941 yılında George W. Beadle ve Edward L. Tatum ekmek küfü olarak bilinen Neurospora’nın mutantlarını elde ederek bu şekilde metabolitlerin biyosentez yollarını açıklığa kavuşturmuşlar, daha da önemlisi bir gen-bir enzim hipotezini ortaya atmışlardır. Bu çalışmaları ve hipotezleri her ikisine de 1953’te Nobel Ödülü’nü getirmiştir. Aynı yıl içinde Fritz A. Lipmann metabolizmada çok önemli işlevi olan, bazı bileşikler içinde bulunan, enerjice zengin fosfat bağlarını ve koenzim-A’yı keşfetmiştir. F. A. Lipmann da Nobel Ödülünü 1953’te almıştır.

1944’lerden başlayarak genetik bilginin taşınabilirliğini gösteren denemeler bugünkü gen mühendisliğinin temellerini atmıştır. 1944 yılında O. Avery, C. MacLeod ve M. McCarty Pneumococ’larda hücreden izole edilen DNA’nın alıcı hücreye verilmesiyle genetik bilginin transformasyon yoluyla taşınabileceğini ispatlamıştır. Joshua Lederberg ise 1947 yılında konjugasyon yolu ile genetik materyal naklinin mümkün olabileceğini E. coli mutantlarını kullanarak keşfetmiş ve 1958 yılında Nobel Ödülü’ne layık görülmüştür. Bu buluşla birlikte Lederberg aynı zamanda (1948) meslektaşı B. D. Davis ile metabolik yolların açıklığa kavuşmasına da çok büyük katkıda bulunmuştur. Araştırıcılar penisilin kullanarak okzotrof mutantları selekte etmişler, mutantları ve orijinal suşları kullanıp karşılaştırarak metabolik yolların ara kademelerini keşfetmişlerdir.

DNA’nın yapısının açıklığa kavuşturulmasında da pek çok bilim adamı büyük çaba sarf etmiştir. Örneğin Erwin Chargaff (1950) değişik türde bakterilerde DNA’ların nükleotit içeriklerini kesin miktarları ile ortaya koymuş, DNA içinde adeninlerle timinlerin, guaninlerle sitozinlerin eşit olduğunu göstermiştir. Bu tarihten 3 yıl sonra 1953’te DNA’nın moleküler strüktürü James Watson ve Francis Crick tarafından tanımlanmıştır. Aynı tarihlerde R. Franklin ve M. Wilkins de röntgen kristalografi (x ışını kırınımı) tekniği ile DNA’yı çift sarmal olarak identifiye etmişlerdir. DNA’nın çift sarmal strüktürünü, birbiriyle komplementer olan iki ayrı polinükleotit ipliğinden oluştuğunu ve DNA’nın davranışlarından bu yapının sorumlu olduğunu bulan kişiler olarak Watson ve Crick 1962 yılında Nobel Ödülü’nün şanslı sahipleri olmuşlardır. Bu tarihten sonra DNA’nın replikasyon mekanizması, transkripsiyon, translasyon ve genetik kodlar üzerine sayısız çalışma yürütülmüş ve birbirlerini tamamlayan pek çok buluş gerçekleştirilmiştir. DNA yapısının açıklığa kavuştuğu aynı yıl (1953) A. D. Hershey ve M. C. Chase bakteriyofajların bakteri içinde çoğalabilmelerinde gerekli komponentin virüs DNA’sı olduğunu göstererek 1969’da Nobel Ödülü kazanmışlardır. Enzim sentezinin genetik kontrolü 1961 yılında Jacques Monod ve François Jacob’un “Operon” modeliyle açıklanmıştır. Bu buluş her iki araştırıcıya 1965 yılında Nobel Ödülü’nü getirmiştir. Allosterik enzimlerin regülasyonunu konusunda Monod’nun yanı sıra Jean-Pierre Changeux, Jeffries Wyman ve Daniel E. Koshland isimleri öne çıkmaktadır.

1960’lı yıllardaki önemli buluşlardan biri de sitoplazma membranındaki elektron transport sistemine bağlı ATPaz enzimi ile enerjinin kazanılmasındaki mekanizmanın aydınlatılmasıdır. 1961’de elektron transport sistemi ile proton translokasyonu arasındaki ilişkiyi bulan ve kimyasal-ozmotik teoriyi geliştiren Peter D. Mitchell 1978’de Nobel’li araştırıcılar arasına girmiştir. Bu buluşla aynı yıla rastlayan hücre dışı protein sentezi de büyük ilgi uyandırmıştır. Marshall W. Nirenberg ile J. H. Matthaei 1961’de doğal ve sentetik poliribonükleotitleri kalıp (matriks) olarak kullanmışlar ve hücre dışında protein sentezini gerçekleştirmişlerdir. Nirenberg 1968’de Nobel Ödülü almıştır. 1961 yılı aynı zamanda yoğunluk gradienti yöntemi kullanılarak plazmitlerin ilk görünür kılındığı yıldır. Plazmit kavramı ilk kez E. Lederberg tarafından 1952’de ortaya konmasına karşın bugünkü anlamıyla algılanması daha sonra olmuştur.

1960’lı yıllardan itibaren birçok genin (metabolizmada rol oynayan enzimler, antibiyotik, faj rezistanslık ve virulanslık) plazmitlerde kodlandığı ve konjugatif yolla taşınabildiği anlaşılmış, bunların sirküler veya lineer formda olabildikleri gösterilmiş ve ekstrakromozomal elementlerin gen teknolojisinde ve biyoteknolojide kullanımı yaygınlaşmıştır. 1963 yılında Werner Arber DNA’nın restriksiyon ve modifikasyonunu keşfederek 1978’de Nobel Ödülü’nü almıştır. DNA strüktürü, replikasyon mekanizması, Restriksiyon endonükleaz’ların yüksek spesifikliği ve plazmitlerin özellikleri anlaşıldıktan sonra yabancı DNA’nın plazmide inşası yoluna gidilmiş, hibrit DNA’lar bakterilere verilerek genetik enformasyonların bakterilerde ekspresyonları (ifadeleri) sağlanmıştır. Rekombinant DNA teknolojisindeki ilk çalışmalar (1972) H. W. Boyer ve S. N. Cohen tarafından başlatılmıştır. Günümüze değin hızlı bir ilerleme kaydeden mikrobiyel genetik çalışmaları, yeni ve ayrı bir bilim dalı olan gen mühendisliğinin kurulmasında çok önemli paya sahiptir. Bugün genetiği çalışılmayan bakteri neredeyse yok gibidir. Şayet çalışılmıyorsa bu doğrudan bakterinin ekstrem zorlu gelişme koşullarından kaynaklanmaktadır.

Yakın tarihimizdeki önemli buluşlar ise gelecek yılların değerlendirmesine bırakılmıştır.