Er entdeckte die Immunabwehr-Mechanismen von Bakterien durch die weißen Blutkörperchen (Phagocytose); die Heilung und Bekämpfung von Cholera.

Nach einem Studium an der Universität Charkow und Studienaufenthalten in Gießen, Göttingen und München promovierte Metschnikow 1868 in Sankt Petersburg zum Doktor. Danach wirkte er als Professor an der Universität von Odessa und gründete dort 1886 zusammmen mit Nikolaj Fjodorowitsch Gamaleja das erste bakteriologische Zentrum Russlands. 1887 ging er nach Paris und wurde dort auf Einladung von Louis Pasteur Laborleiter an dessen Institut.

1908 erhielt er gemeinsam mit dem Deutschen Paul Ehrlich den Nobelpreis für Medizin.

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