Продолжая освещение физиологического этапа в развитии микробиологии, остановимся на достижениях другого выдающегося ученого того времени – Роберта Коха, на чью долю выпало не меньше славы и трудностей.
Он широко известен своими работами по изучению возбудителя туберкулёза (туберкулёзную микобактерию и сейчас ещё называют «палочкой Коха») и борьбы с ним. Однако мы упомянем здесь другое его открытие: «триаду Коха».
Для учащихся: эту и другие публикации серии "Как мы изучали микробов" можно рассматривать как приложение к первой лекции курса согласно нового ФГОСа
Предыдущие части цикла:
К моменту расцвета физиологического этапа в истории микробиологии роль микробов в развитии многих болезней была уже совершенно очевидна. Однако чёткие критерии, по которым должен был вестись поиск «кандидатов» на роль того или иного возбудителя, ещё только предстояло выработать. Скажем, для всех вирусных инфекций, заразная природа которых была неопровержима, в тот момент просто не могли выделить возбудитель – вирусы будут открыты Д.Ивановским только в 20-ые годы 20-го века.
В то же время для ряда болезней, которые ранее считались соматическими (не связанными с инфекционным началом), по мере накопления новых микробиологических исследований были открыты специфические возбудители. Так, в 80-ые гг. 20-го века было установлено, что возникновение язвенной болезни желудка связано с инфицированием слизистой ЖКТ бактериями хеликобактер пилори
Туберкулёз, изучением которого занимался Кох, до него тоже считался происходящим от «скверного воздуха, дурного питания и тяжёлого труда», поскольку был распространён среди низовых слоёв городского общества, занятых на низкоквалифицированных работах и проживающих в скученных условиях ночлежек. Коху пришлось доказывать роль выделенной им микобактерии в развитии туберкулёза.
Попутно Кох и сформулировал научные положения, которым должен отвечать возбудитель болезни (поскольку он опирался на ряд предшествующих работ, в частности своего соотечественника Ф. Генле, то три эти положения называют ещё «триада Генле-Коха»):
- микроб-возбудитель должен обнаруживаться во всех случаях данной болезни, но не должен встречаться у здоровых людей или при других болезнях,
- микроб-возбудитель должен быть выделен из организма больного в чистой культуре,
- введение чистой культуры микроба в чувствительный организм должно вызывать присущую ему болезнь
А что такое "чистая культура микроорганизма?"
Чистая культура – это совокупность микроорганизмов одного вида или варианта, полученная из одного образца материала.
Иными словами, это тот искомый микроб, которого и собирался выделить для дальнейшего изучения врач или исследователь. Но ведь и в организме человека, и в окружающей среде гигантское количество микробов тысяч видов - как среди них отыскать нужный? К моменту, когда Кох задался этим вопросом, учёные уже умели выращивать микробов на специально подготовленных питательных средах. Современник Коха Луи Пастер, например, активно пользовался для этого бульонами: прообразом т.н. жидких микробиологических питательных сред.
Но в жидкой среде рост микробов определяется по изменению её вида: помутнению, выделению газа - и это ничего не говорит о том, сколько именно видов микробов привело к таким изменениям, размножаясь в жидкости. Можно, конечно, посмотреть на каплю среды под микроскопом. Но что если один из обитателей бульона размножается бурно, а второй - медленно?! Кроме того, как изолировать – "вытащить" из общей компании микробов в среде – нужную нам клетку для дальнейшего размножения?
Решая эти вопросы, Роберт Кох предложил другой вид питательных сред – плотные. Он заметил, что на тонких срезах картофеля (влажная и богатая углеводами среда) микроорганизмы растут не сплошным "ковром", а образуют похожие на капли круглые колонии. Кох доказал, что каждая из них – это размножившиеся потомки одной клетки, множество которых были внесены на среду в ходе посева исследуемого материала (сейчас бы мы сказали: "клоны", потому что у бактерий нет полового размножения и все потомки одной бактерии генетически совершенно одинаковы).
Если в посеянном материале был только один микроб, то колонии будут выглядеть совершенно одинаково. А вот если несколько, то на питательной среде вырастет "палитра" разных цветов и форм (ну, или если угодно – "зоопарк", как иногда микробиологи в шутку называют рост микст-культуры). То есть с внедрением плотных питательных сред стало возможным на глаз определять чистоту культуры и отбирать нужные колонии для дальнейшего исследования.
В дальнейшем картофельные пластинки были заменены слоем застывшего агар-агара в специальной плоской посуде – чашках Петри.
К сожалению, на питательных средах растут только микробы, имеющие клеточное строение и способные размножаться вне живой клетки: обычно это бактерии и грибы. Вирусы приходится размножать иначе: на культуре живых клеток, взвешенных в питательной жидкости или наоборот, осаждённых одним слоем в специальных флаконах.
Однако эти принципы подходят далеко не для всех микроорганизмов. Во-первых, Р. Кох не знал про условно-патогенные микроорганизмы. Классический пример – бактерия золотистый стафилококк (S. aureus, «стафилококкус ауреус»), представитель нормальной микрофлоры многих людей, которым он абсолютно не мешает. Однако стоит стафилококку проникнуть в роддом (например, на слизистых носоглотки роженицы и кого-то из персонала) и инфицировать там новорождённых детей, чей иммунитет бессилен против него, как он может вызвать тяжёлое поражение кожи – пузырчатку новорождённых.
Ничего хорошего не сулит и носительство стафилококка работникам пищевых производств и общепита – размножаясь в молочных продуктах, например, креме для пирожных, S. aureus начинает выделять мощный токсин, приводящий к массовым пищевым отравлениям.
Во-вторых, с этических позиций человека нельзя специально заражать инфекцией! Подобным грешили грешили лишь нацистские преступники из команды Йозефа Менгеля в немецких концлагерях и японский «отряд 731», члены которого изучали действие биологического оружия на китайских и советских военнопленных, а т.ж. мирных жителях оккупированных территорий Азии. Поэтому для исследований используют лабораторных животных или культуру человеческих клеток. Здесь проблема в том, что для впервые открытых патогенов просто неизвестны подходящие «биологические модели», их ещё только предстоит найти.
Отдав дань уважения великому немцу Р. Коху, упомянем ещё одну важную веху физиологического этапа развития микробиологии: получение нового класса лекарств – антибиотиков. Это природные (а затем были созданы и синтетические) соединения, эффективные против бактериальных инфекций.
Лечебное воздействие плесневых грибов на гнойные раны было известно очень давно, ещё древним индусам. В 19-м веке наука вплотную приблизилась к открытию: использовать плесень пенициллиум для лечения гнойных поражений пробовали русские врачи А.Г. Полотебнов и В.А. Манассеин, французский военврач Э. Дюшен. Однако из нативной плесени было сложно приготовить готовый лечебный препарат, и никакой общепринятой технологии лечения с её применением так и не разработали.
В 1928 г. А. Флеминг доказал антибактериальные свойства пенициллина, но в то время получить действующее вещество в чистом виде было невозможно. Только в 1941 г. Г. Флори и Э. Чейн разработали пригодную для массового производства технологию получения пенициллина. А запустить само производство удалось лишь в США (в Европе в это время бушевала Вторая мировая война).
В СССР, не смотря на военное положение, уже в 1942 г. эту работу повторила Зинаида Ермольева с соавтором Тамарой Балезиной, получив более эффективный аналог пенициллина – крустозин (они использовали другую культутру продуцента: пенициллиум крустозум, вместо американского пенициллиум нотатум).
Сама история создания антибиотиков - тема отдельного повествования, где связались и детектив, и драма, и всепобеждающее стремление излечить миллионы людей от инфекций и нагноения ран. Одну такую попытку рассказать о борьбе учёных с инфекциями сделал Вениамин Каверин в романе "Открытая книга" (прототипы главных героев - Зинаида Ермольева и брат писателя, советский вирусолог Лев Зильбер). По его же сценарию снят одноименный телесериал 1977 г.
Ну, а нам надо двигаться дальше: к последним двум этапам
© Алекс Шел, сентябрь 2023 г. При копировании и использовании материалов ссылка на источник обязательна
