Юрий Чирков
Его величество микроб. Как мельчайший живой организм способен вызывать эпидемии, контролировать наше здоровье и влиять на гены
3.5. Чашка Петри и прочее
«Первый из всех исследователей, первый из всех когда-либо живших на свете людей, Кох доказал, что определенный вид микроба вызывает определенную болезнь и что маленькие жалкие бациллы могут легко стать убийцами большого грозного животного».
Поль де Крюи
Мы уже несколько раз упоминали имя Поля де Крюи и его книжку «Охотники за микробами» и намерены и дальше так поступать. Почему такая честь? Сейчас объясним. Поль де Крюи (1890–1971) американский микробиолог и писатель, один из создателей жанра научно-художественной литературы.
Окончив Мичиганский университет, он в 1916 году защитил докторскую диссертацию и получил ученую степень. До этого был участником Первой мировой войны, служил во Франции в санитарных войсках.
После окончания войны работал в Институте Рокфеллера, начал писать популярные статьи о работах американских ученых. К своему несчастью, он в 1922 году выступил с критикой работы врачей частной практики. Ему из-за этого пришлось оставить институт, и к науке он уже больше не возвращался, но стал писателем.
Так, в 1925 году он стал соавтором известного американского писателя, лауреата Нобелевской премии по литературе Синклера Льюиса (1885–1951). Они совместно написали известный роман «Эрроусмит». Его главный герой – молодой врач-исследователь, которому предстоит предотвратить эпидемию чумы в родном городе.
Это коллективное творчество, видимо, и подтолкнуло Поля де Крюи написать изумительную, очень интересную книгу о микробиологах – «Охотники за микробами». В ней как живые предстают перед читателем фигуры отцов-основателей микробиологии – Левенгука, Пастера, Коха и других. Книга вышла в 1926 году и до сих пор регулярно переиздается.
А теперь вернемся к Роберту Коху. Основные его научные заслуги мы кратко перечислили в предыдущем разделе, но стоит еще рассказать о некоторых других нюансах его деятельности.
Во-первых, необходимо показать, насколько долгими и трудными были исследования микробиологов в ХIХ веке. Объекты были практически невидимы. Тут приходилось прибегать к помощи микроскопа.
Но, допустим, вы, так сказать, «держите» микроба в руках. Как доказать, что именно он вредоносный источник той или иной болезни? Что делал Кох? Мы уже писали, что ему удалось в тканях умерших от сибирской язвы животных найти бактерию Bacillus anthracis.
Как он действовал дальше? Первым делом он ввел эту бактерию мыши – та скончалась. Он извлек бациллу из тела покойницы и ввел ее другой мыши – та тоже скончалась. Казалось бы, все! Но Кох упорно продолжал вводить эту бактерию грызунам на протяжении двадцати (!) с лишним поколений. Так в 1876 году Роберт Кох окончательно доказал, что возбудителем сибирской язвы является именно Bacillus anthracis. Микробная теория болезней оказалась верна.
Конечно, не один только Кох трудился над разработкой все новых и новых технологий, помогающих исследовать столь крошечные объекты. Микробиологи общались между собой, встречались на различных съездах, писали научные статьи и даже монографии. Но все же заводилами в этих вопросах, как это обычно и случается, были видные фигуры типа Луи Пастера или Роберта Коха.
Немецкий врач Роберт Кох ввел мыши бактерию сибирской язвы – та скончалась. Он извлек бациллу из тела покойницы и ввел ее другой мыши – та тоже скончалась. Но Кох упорно продолжал вводить эту бактерию грызунам на протяжении двадцати с лишним поколений.
Подчеркнем еще одно очень важное обстоятельство. То, как непросто исследователям было иметь дело с микробами. Левенгук разглядывал микроорганизмы в каплях грязной воды из лужи или в пробе налета изо рта случайно встреченного прохожего. Микробиологи должны были действовать по-иному. Они обязаны были наблюдать микробов в неких строго стандартных условиях, одинаковых для любого исследователя. Они должны были также создать тем микробам, которых они изучают, достаточно комфортные условия, дать им необходимый для существования корм.
И все это было в конце концов сделано. Придумали специальное устройство для культивирования микробов. Это прозрачный лабораторный сосуд в форме невысокого плоского цилиндра, закрываемого прозрачной крышкой подобной же формы, но несколько большего диаметра.
Изобрел эту конструкцию один из сотрудников Роберта Коха – немецкий микробиолог Юлиус Рихард Петри (1852–1921), поэтому оно получило название «чашка Петри». Питательные вещества для микробов растворяли в желе из морских водорослей (агар-агар), которое служило отличной средой для выращивания колоний бактерий.
Вот это и есть стандартные условия, дающие исследователю возможность для изучения микробов. Микробы можно пересчитывать, варьировать для них пищу, менять температуру среды, обрабатывать их химическими веществами и так далее.
Как возникла такая чудесная возможность для исследований микробов? Существует нечто вроде легенды, будто бы Кох однажды случайно подметил картофелину с пятнышками, выброшенную его женой Эммой в мусорное ведро.
Что это за таинственные пятна на картофеле? – подумал молодой ученый. И тут же, сделав тонкий срез с этой картофелины, положил его на стеклышко микроскопа. И что же? Кох увидел на местах, где были пятна, «маленьких зверюшек». Это была колония микробов.
А вот еще одна препона для исследований микробов – микробиолог обычно имеет дело не с отдельной расой микробов, а с их сообществами. Поди разберись, какие из огромного стада микроорганизмов тебе нужны, а какие нет. И как научиться иметь дело лишь с одним-единственным изучаемым тобой видом микробов.
Но и эта проблема была решена. Можно было отбирать с поверхности геля части колоний и выращивать их заново. Этот процесс повторялся до тех пор, пока не удавалось выделить и изолировать один чистый штамм, содержащий только определенный тип микробов.
Еще одна новация Коха. Он начал фотографировать картинки с микробами. То, что видел глаз в микроскоп, теперь можно было запечатлевать фотографически. Начали создавать для этого соответствующие приспособления.
Ганно Харизкус, Рихард Фрибе в книге «Союз на всю жизнь: почему бактерии наши друзья» так суммируют достижения Роберта Коха:
«Его статья “Этиология сибирской язвы на основе развития возбудителя сибирской язвы Bacillus anthracis” 1876 года стала решающей и обозначила переломный момент в истории микробиологии. Она представляла собой первое строго научное свидетельство существования микробного возбудителя данного заболевания, поражающего животных и людей. Плюс она освещала настоящую революцию в методологии – от специальных техник для окрашивания и препарирования бактерий и микрофотографий микробов до выделения и разведения микроорганизмов в специальных питательных средах. Ботаник Фердинанд Кон после этого начал систематизировать виды и группы бактерий. В 1875 году именно он впервые применил родовое название Bacillus. Так он стал “отцом бактериологии”».
3.6. Пауль Эрлих (1854–1915)
«Двести пятьдесят лет тому назад Антони ван Левенгук, простой и практичной человек, впервые посмотрел через свой «магический глаз», увидел микробов и положил начало всей этой истории. Но он, без сомнения, наградил бы своей презрительной голландской усмешкой каждого, кто назвал бы его микроскоп «магическим глазом».
Пауль Эрлих, который довел эту историю до счастливого конца (как и подобает всякой приличной истории), был очень веселым человеком. Он выкуривал до двадцати пяти сигар в день, не прочь был выпить (совершенно открыто) кружку пива со своим старым лабораторным служителем и десяток-другой кружек с немецкими, английскими и американскими коллегами. Будучи вполне современным человеком, он все же напоминал нечто средневековое своей знаменитой, часто повторяемой фразой: «Нужно научиться стрелять по микробам магическими пулями». Товарищи весело над ним подтрунивали, а враги придумали ему прозвище: «доктор Фантаст».
Но все же в конце концов он смог сделать свою магическую пулю. Этот гениальный алхимик сделал даже нечто более чудесное: он превратил лекарство, бывшее излюбленным ядом убийц, в великое средство спасения человеческих жизней. Из ужасного мышьяка он сделал освободителя человечества от бледного спиралеобразного микроба, вызывающего заболевание сифилисом.
Пауль Эрлих родился в Силезии в марте 1854 года, среднее образование получил в бреславльской гимназии, и, когда однажды учитель словесности задал ему сочинение на тему «Жизнь – это сон», этот молодой талантливый еврей написал следующее: «По сути, жизнь описывается нормальным протеканием процессов окисления. Сны – одна из функций нашего мозга, а функции мозга есть не что иное, как то же самое протекание процессов окисления. Сны – подобие фосфоресцирующего свечения мозга».
За подобное вольнодумство он, конечно, получил плохую отметку; впрочем, он всегда получал плохие отметки. Из гимназии он перешел в медицинскую школу или, вернее, в три или четыре медицинские школы: он был как раз типом «вечного студента».
По отзывам медицинских факультетов Бреславля, Страсбурга, Фрейбурга и Лейпцига, он никогда не был обыкновенным студентом; эти отзывы говорят также о том, что он был отвратительнейшим из студентов; а это означало, что Пауль Эрлих ни за что не хотел запоминать множество длинных научных терминов, что считались обязательным для успешного лечения больных. Он был бунтовщиком; он был сторонником того революционного течения, во главе которого стояли химик Луи Пастер и сельский врач Роберт Кох. Профессора заставляли его вскрывать трупы и изучать строение человеческого тела, а он вместо этого срезал тончайшие пластинки с различных частей трупа и окрашивал эти срезы чудесными яркими анилиновыми красками, которые или покупал, или брал взаймы, или просто воровал из-под самого носа у своих преподавателей.
Он и сам не мог сказать, почему ему так нравилось это занятие, но факт тот, что до конца своих дней он не знал высшего наслаждения (если не считать горячих научных споров за кружкою пива), чем любоваться блестящими красками и смешивать их в разных комбинациях».
Поль де Крюи. «Охотники за микробами»
Пауль Эрлих родился в городе Штрелен (ныне Польша). Был четвертым ребенком (и единственным мальчиком) в обеспеченной еврейской семье. Его отец владел постоялым двором и винокурней, доставшейся ему от деда Пауля.
Юность Пауля совпала со временем изучения красителей в крупнейших лабораториях мира. В этот же период в медицине был сделан ряд сенсационных открытий. Все толковали о новых работах Луи Пастера и Роберта Коха.
Пауль учился в бреславльской гимназии, затем продолжал обучение в медицинских учебных заведениях. Получив образование, устроился работать в одной из берлинских клиник. Учился также в ряде университетов – Бреслау, Страсбурга, Фрейбурга и Лейпцига.
Еще будучи студентом, начал изучать факторы, влияющие на распределение и фиксацию химических веществ в живом организме. Полагал, что от них и от специфики сродства каждого лекарственного вещества с клетками и тканями зависит их фармакологическое действие.
В студенческие годы Эрлиха очень заинтересовала одна из прочитанных работ. Речь в ней шла об отравлении свинцом. Но вот что было любопытно. Свинец собирался главным образом в определенных органах. Вот оно – сродство между живой тканью и посторонним веществом. Так Пауль как бы прозрел химиотерапевтически. Он решил искать вещества, которые бы прикреплялись только к микробам, возбудителям болезней, не нанося никакого вреда организму.
Немецкий врач Пауль Эрлих из опасного и ужасного мышьяка сделал освободителя человечества от бледного спиралеобразного микроба, вызывающего сифилис.
1878 год (Паулю 24). Он старший врач берлинской клиники. Занимается гистологическими исследованиями. Окрашивает колонии бактерий на стекле, затем ткани животных, погибших от заразных болезней, и, наконец, решил окрасить бактерии, попавшие в живой организм.
Он ввел однажды в кровь зараженного кролика метиленовую синь. После вскрытия трупа животного Эрлих видит: мозг и все нервы окрасились в голубой цвет, другие же ткани остались неокрашенными. Это наблюдение только утвердило Пауля в том, что надо искать такие краски, которые будут окрашивать только лишь микробов, попавших в организм, – и убивать их!
И начиная с 1891 года (Паулю 37 лет) Эрлих трудится над созданием методов лечения инфекционных болезней путем использования химических веществ, способных фиксироваться на возбудителях микробной инфекции. Очень показательно то, что в ходе этих работ был впервые установлен факт приобретения микроорганизмами устойчивости к лечебным препаратам.
Отметим как любопытный факт, что в 1888 году в ходе экспериментов Эрлих заразился туберкулезом и вынужден был отправиться лечиться в Египет. Микробы как бы мстили человеку, который пытался их уничтожать.
Второй эпизод из жизни великого ученого. Лишенный, как еврей, возможности работать в университетских клиниках, он вынужден был довольствоваться своей частной лабораторией, пока Роберт Кох не пригласил его в 1890 году стать ассистентом в свой Институт инфекционных болезней.
Особое значение имели исследования Эрлиха по иммунитету. Он разработал методы определения активности антитоксичных сывороток. Эти работы были отмечены Нобелевской премией, которую Эрлих получил в 1908 году вместе с выдающимся русским ученым Ильей Ильичом Мечниковым.
В 1907–1909 годах Эрлих совместно с японским доктором Хата разработал «препарат 606» (сильварсан), который оказался высокоэффективным средством для лечения сифилиса. Считается, что данная работа заложила основы химиотерапии.
Пауль Эрлих прожил всего 61 год. Он скончался от апоплексического удара во время отдыха в Бад-Хомбурге.
3.7. «Волшебная пуля»
«Само собой разумеется, что тайна жизни, которую можно сравнить со сложным механическим устройством, этим еще не разрешена: но возможность вынуть из нее отдельные колесики и тщательно изучить их все же означает успех в сравнении со старым методом – разрушить все устройство и желать что-нибудь извлечь из кучи обломков».
Пауль Эрлих. Из его речи при вручении ему Нобелевской премии по физиологии или медицине в 1908 году
«Я люблю всех этих охотников за микробами, начиная со старика Левенгука и заканчивая Паулем Эрлихом. Я люблю их не только за открытия и великие благодеяния для человечества. Нет. Они мне особенно дороги и близки как живые, чувствующие и страдающие человеческие существа. Я говорю «живые», потому что образ каждого из них ярко живет в моей памяти и будет жить до тех пор, пока мой мозг навсегда не потеряет способность вспоминать.
Так что я люблю Пауля Эрлиха – он был веселым человеком, который носил с собой медали в коробочке и никогда заранее не знал, какую из них наденет на следующий вечер. Он был импульсивным и мог запросто выйти из спальни в ночной рубашке, чтобы приветствовать другого охотника за микробами, пришедшего позвать его на вечернюю гулянку.
К тому же он был чудаком. “Вы говорите: “большая работа ума, удивительное научное достижение?” – повторил он слова одного почитателя, который расхваливал открытие препарата 606. – Мой дорогой друг, после семи лет неудач мне наконец-то повезло!”»
Поль де Крюи. «Охотники за микробами»
В этом разделе книги предлагается сопоставить деятельность трех гигантов науки микробиологии – Луи Пастера, Роберта Коха и Пауля Эрлиха. Чего добился Пастер? Прежде всего, он ярко продемонстрировал, что очень многие явления нашей жизни связаны с микробами.
Указал на природу брожения, отверг самопроизвольное зарождение живого из мертвого, «лечил», так сказать, болезни пива и вина, а также шелковичных червей. Он предложил вакцины, которые спасали людей от заражения.
Роберт Кох? Он четко объяснил, что причина любой заразной болезни – особый микроорганизм. Его, прежде всего, следует установить. Такой микроб, вызывающий туберкулез, не случайно получил название «палочка Коха».
Но чего явно не делали Пастер и Кох? Даже четко определив болезнетворный микроб, они не пытались принять против этого злодея конкретные меры, чтобы так или иначе постараться уничтожить его, добившись тем самым выздоровления болеющего.
В 1890 году Кох объявил, что он нашел управу на туберкулез, создав особый препарат – туберкулин. Он выделил стерильную жидкость, содержащую вещества, вырабатываемые туберкулезной палочкой. Но сенсации не произошло: туберкулин вызывал у людей токсические реакции, отравлял их. Протесты против туберкулина стихли лишь тогда, когда обнаружилось, что его можно использовать для диагностики туберкулеза у людей. Он был также полезен и в борьбе с туберкулезом у коров.
Практически любое лекарственное средство может иметь ряд неприятных противопоказаний. Живая ткань людей, животных, птиц совсем не рада введению в нее каких-то не предусмотренных природой веществ и резко протестует.
Итак, было установлено очевидное: практически любое лекарственное средство может иметь ряд неприятных противопоказаний. Живая ткань людей, животных, птиц и так далее совсем не рада введению в нее каких-то не предусмотренных природой веществ и резко протестует.
А теперь о Пауле Эрлихе. Он сразу же взял курс на прямое уничтожение болезнетворных микробов. С помощью различных красителей он искал средства, убивающие сразу двух зайцев: они должны бороться с бактериями, вызывающими болезнь, и при этом быть максимально безопасными для организма человека.
Трудная была задача. Джессика Снайдер Сакс в книге «Микробы хорошие и плохие» пишет про работы Пауля Эрлиха так:
«В 1885 году немецкий патолог Пауль Эрлих пришел к выводу, что современной медицине нужна “волшебная пуля”, которая разрушала бы бактериальные клетки, не причиняя вреда клеткам человеческого организма. Эта идея была отнюдь не праздной мечтой: она была основана на собственных наблюдениях Эрлиха, которые показывали, что бактериальные клетки принципиально отличаются от наших. За год до этого датский микробиолог Ганс Кристиан Грам продемонстрировал, что все бактерии можно разделить на две фундаментальные группы (теперь называемые грамположительными и грамотрицательными бактериями) в зависимости от того, как их клетки впитывают и сохраняют в себе метиловый фиолетовый краситель. Эрлих понял, что разница между этими двумя группами обусловлена различиями в строении полужесткой клеточной стенки, окружающей тонкую клеточную мембрану бактериальных, но не животных клеток, в том числе человеческих.
Эрлих рассудил, если ему удастся найти токсичный краситель, способный впитывать только бактериальные клетки, это вещество может оказаться той самой “волшебной пулей”, о которой он мечтал. После этого он испытал более девятисот красителей и близких к ним соединений».
Эрлих пытался в своих поисках опираться на достижения современной ему химии. Тогда мощное развитие производства анилиновых красок создало предпосылки для научных основ нового направления в науке – химиотерапии.
Эрлих проводил опыты на мышах. Проверял на них действие нового тогда, многообещающего и уже вроде бы хорошо проявившего себя препарата – атоксила (буквальный перевод этого слова – «нетоксичный»). Отметим, что в состав атоксила входит известный яд – мышьяк. Однако окись мышьяка в структуре атоксила превращалась в лекарство – убийцу микробов.
И началась кипучая работа коллектива микробиологов под руководством Эрлиха. Тысячи подопытных мышей, сотни серий опытов и надежд на то, что будет найден идеальный препарат, который будет излечивать и сохранять жизнь зараженных мышей.
Перепробовали уже порядка 600 вариантов препарата мышьяка, но неудача следовала за неудачей. Ученики и помощники Эрлиха не скрывали своего разочарования и усталости. И вот – о радость! – 606-й вариант удовлетворил искателей. Наконец-то препарат спасал всех зараженных мышей. Эрлих назвал его сальварсаном.
Что же было дальше? Джессика Снайдер Сакс продолжает:
«В 1908 году он обнаружил, что соединение “606”, впоследствии получившее название “сальварсан”, эффективно против грамотрицательного возбудителя сифилиса. Но сальварсан отнюдь не был безвреден для человека. Помимо того, что он оказывал разрушительное действие на печень, этот токсичный препарат иногда приводил к тому, что пациенту приходилось ампутировать руку, после того как в процессе инъекции некоторое количество лекарства случайно вытекало из вены. Тем не менее открытие сальварсана спасло тысячи жизней и подтолкнуло ряд европейских химических предприятий на финансирование исследований, направленных на поиск других веществ, которые обладали бы избирательной токсичностью для бактерий. Эти дальнейшие исследования позволили разработать сульфанидамидные препараты, полученные, как и сальварсан, с помощью красителей. Эти препараты оказались удивительно эффективным средством против целого ряда грамположительных бактерий, в том числе пиогенного стрептококка (Streptococcus pyogenes), вызывающего ангину и скарлатину, а также умеренно эффективным средством против золотистого стафилококка (Staphylococcus aureus) – другой грамположительной бактерии, одного из важнейших возбудителей инфекционных заболеваний кожи и заражений крови».
* * *
«Теория микробов, конечно, привела к улучшению санитарии и понимания болезней, но вот революции не произвела. То, что бактерии теперь можно было видеть и даже самостоятельно выращивать, еще не значило, что так же просто найти способы избавиться от них. Еще один первопроходец, Пауль Эрлих, работавший в бактериологической лаборатории Коха, искал «волшебные пули» – краски, яды, тяжелые металлы, – которые будут не только окрашивать конкретные микробы, но и убивать их.
Но никто и не подумал искать в природе живые организмы, способные уничтожать патогены. Зачем? Это сейчас мы начинаем понимать, насколько потрясающе разнообразен мир микробов».
Мартин Блейзер. «Плохие бактерии, хорошие бактерии: как повысить иммунитет и победить хронические болезни, восстановив микрофлору»
В третьей главе этой книги автор коснулся финишной ленточки. Ух! Остается лишь отметить одно, для проницательного читателя, возможно, и очевидное обстоятельство. Травля заразных микробов химикатами, учиненная Паулем Эрлихом, имела, как мы убедились, половинчатый результат (сальварсан).
Но ведь есть еще один способ незаметно подобраться к микробу-убийце и прикончить его. Как? Призвать на помощь другие микроорганизмы. Затеять между бактериями, так сказать, междоусобицу. В прошлом веке и этот вариант лечения был испробован. Но об этом изрядно уставший автор расскажет в другой главе.
