Чтение онлайн

Почти в то же время в Вене врач Игнац Земмельвейс пришел к вполне практическому выводу о том, что врачам после вскрытия не следует перемещаться в родильный зал, не помыв руки и не переодевшись, поскольку в противном случае они могут передавать родильную лихорадку. Это сработало, уровень смертности в родильном отделении упал на две трети. Его идея была настолько инновационной, что он немедленно был уволен, так как подобные туалетные предписания воспринимались в качестве богохульства.

Переместимся из мирового города Вены в небольшой провинциальный городок Велльштайн. Он находится недалеко от города Познань в современной Польше. В 1870-х годах там занимался практикой известный доктор Роберт Кох. Молодой врач учился у Якоба Генле в Геттингене и был впечатлен его теорией о том, что инфекционные заболевания вызываются микроорганизмами.

Так считали многие. Однако Коху в свободное от работы в общей врачебной практике время удалось найти доказательство. Он скрупулезно исследовал сибирскую язву, изолировал и описывал палочковидные бактерии, которые находились в крови у пораженных инфекционной болезнью животных, выращивал их в питательных растворах и с помощью них снова вызывал заболевание у экспериментальных животных.

Его статья «Этиология сибирской язвы на основе развития возбудителя сибирской язвы Bacillus anthracis» 1876 года стала решающим переломным моментом в истории микробиологии. Она представляла собой не только первое строгое научное свидетельство наличия микробного возбудителя заболевания, поражающего животных и людей. Ей также сопутствовала настоящая революция в методологии – от специальных техник для окрашивания и препарирования бактерий и микрофотографий микробов вплоть 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».

Затем события в микробиологии пошли одно за другим. Роберт Кох организовал свой собственный институт в Берлине, Луи Пастер – свой в Париже.

Кох открыл бациллу туберкулеза и возбудителя холеры, Пастер разработал прививки с живыми возбудителями против таких болезней, как сибирская язва и бешенство.

Спустя пару лет два американца по имени Салмон и Смит установили, что для иммунизации достаточно даже мертвых микроорганизмов. Фанни, жена саксонского врача Вальтера Хессе, обнаружила, что гелеобразующее вещество агар отлично подходит для того, чтобы выращивать на нем бактерии. Ассистент Коха Рихард Петри изобрел названные его именем чаши, используемые по настоящее время в каждой лаборатории, изготавливаемые первоначально из стекла, сегодня из пластмассы. В 1882–1884 годах украинец Илья Мечников обнаружил сначала у морских звезд, а затем у позвоночных животных клетки, которые пожирали бактерии и другие инородные тела. Пауль Эрлих в то же время описывал влияние антител на защиту от болезней. Они стали открывателями важнейших компонентов иммунной системы и были первыми, кто выявил, что между животными и человеческими организмами существуют активные взаимодействия.

Даже смертельное действие, которое оказывают некоторые грибные культуры на бактерии, было описано уже в 1874 году английским врачом Уильямом Робертсом. Однако прошло еще почти семьдесят лет, до тех пор пока с помощью пенициллина и стрептомицина были произведены первые добываемые из таких грибов антибиотики. Вскоре такие возбудители болезней, которые не могли быть выцежены из жидкостей при помощи фильтров тонкой очистки, были определены как «вирусы», несмотря на то что выявить первый вирус под ультрафиолетовым микроскопом удалось лишь в 1925 году.

История микробиологии до Роберта Коха характеризуется сильным размахом. Было важно, какую роль микроорганизмы играют для человека. Если во времена Левенгука они считались просто любопытными организмами из-за крошечных размеров, но абсолютно несущественными для повседневной жизни, то к концу XIX века они стали чем-то совершенно иным. Врагами, злодеями, болезнетворцами, вредителями, которых необходимо уничтожать. Этой борьбе ученые уделяли много внимания. Среди них был Пауль Эрлих, который в 1912 году в Берлине открыл первый специфический медикамент сальварсан, действующий против инфекционной болезни сифилис. Кроме одноклеточных организмов, которые в то время были определены как продуценты пива, вина и квашеной капусты, вряд ли кому-нибудь придет в голову хотя бы одно исключение. Есть мнение о том, что инфицированное считается нездоровым, стерильное, напротив, если уж не хорошим, то все же по крайней мере – безопасным, собственно, до сих пор не многое изменилось. Слово «антибактериальный» по-прежнему один из самых убедительных коммерческих аргументов для продажи мыла и чистящих средств любого рода.

О том, что бактерии и другие микроорганизмы могут быть вполне полезными, ученые узнали очень скоро после того, как Сергей Виноградский примерно в 1890 году объяснил круговорот азота в природе и определил однозначную роль, которую почвенные бактерии играют для естественного азотного удобрения. В рамках своих исследований он также обнаружил бактерии, которые могли получать энергию из железистой соли, сероводорода или аммиака. А в 1907 году Мечников годом позднее получил Нобелевскую премию за свои открытия в области иммунных исследований. Ученый предположил, что бактерии, которые попадают в кишечник человека с пищей, полезны и продлевают жизнь (подробнее см. в главе 18).

Наибольшей пользой для ученых, исследующих микроорганизмы, немного погодя стала их пригодность в качестве предмета изучения и инструмента наблюдения. Это довольно маленький, недорогой, легко доступный, манипулируемый, быстро растущий экспериментальный материал. На них можно было отрабатывать проблемы биологии – например, вопросы сексуальности, обмена веществ, экологии, генетики мутации и изменчивости.

Уже в 1900 году Мартин Бейеринк предположил, что бактерии и грибы гораздо лучше подходят для того, чтобы исследовать закономерности наследования, чем растения или животные. Он основал в Делфте – родном городе Левенгука – нидерландскую школу микробиологии. Там при помощи биохимических методов начали проводить исследования жизненных процессов, ферментативных действий и закономерностей наследования микроорганизмов. В Калифорнии в 1936 году благодаря перекрестным исследованиям гриба рода Neurospora были открыты первые генетические карты. Инфицирующие бактерии вирусы, так называемые фаги, пару лет спустя позволили шагнуть вперед в вопросах молекулярной генетики. Кульминацией стала расшифровка структуры ДНК Джеймсом Уотсоном, Фрэнсисом Криком и Розалинд Франклин в 1953 году. После этого бактерии и их генетический материал стали важнейшим объектом исследований таких генетиков, как Жак Моно Франсуа Жакоб и многих других, которые по ним мало-помалу изучали, как организованы гены и каким образом они управляются.

Но в какой-то момент времени микробы в научных исследованиях все больше выходили из моды. В 1979 году оспа официально была объявлена искорененной. Почти за десять лет до этого Уильям Г. Стьюард, начальник медицинской службы США и вместе с тем главный врач страны, огласил, что тему инфекционных заболеваний теперь можно закрыть. То, что считалось действительным со времен Бейеринка на протяжении почти ста лет, а именно что микробы были одновременно значимыми возбудителями заболеваний и хорошими экспериментальными организмами, теперь больше не являлось достаточным. Вместо бактерий теперь следовало изучать эукариотов – организмы с клеточными ядрами. Вместо простейших организмов теперь стало возможным исследовать многоклеточные, лучше всего человеческие клетки. Даже самые авторитетные исследователи, которые должны быть благодарны микроорганизмам за свою популярность, например исследователь ДНК Джеймс Уотсон, обратились к ним, к примеру, с целью успешно победить рак. В 90-х годах практически каждый заведующий кафедрой микробиологии и генетики в Германии подчеркивал, что все меньше занимается бактериями и все больше – культурами «высших» клеток. На рубеже тысячелетий была опубликована расшифровка человеческого генома, сделанная ученым Крейгом Вентером.

Однако расшифровку генома человека на этом этапе нельзя было считать абсолютным успехом, поскольку полученные знания сложно было применить в конкретных методах терапии.

Более или менее в тени бума эукариотов и многоклеточных организмов несколько микробиологов все же не отстранялись от своих бактерий и разрабатывали методы, которые открыли перед наукой совершенно новые возможности. Карл Везе совместно с коллегами в 1980 году произвел переворот в изучении микроорганизмов без клеточного ядра. Ученые обнаружили, что одной части наследственного материала клеточного механизма достаточно, чтобы объяснить родственные связи между микроорганизмами. Такая часть называется 16S-рРНК. В клетках она выполняет обязанности катализатора при производстве протеинов и подходит намного лучше, чем, например, любое микроскопическое объединение, для того чтобы различать виды, роды и так далее. К исследованиям в 1980-х годах присоединился разработанный Кэри Муллисом метод полимеразной цепной реакции, с помощью которой можно было воспроизводить даже самые крошечные частички наследственного материала и тем самым делать их доступными для анализа. Итак, впервые стало возможным заполучить те бактерии, которые не поддавались разведению в чашках Петри, вернее их наследственный материал. Их было больше всего. Микробиологи до этого открытия были ограничены в том, чтобы исследовать те микроорганизмы, которые также зарождались в чашках. Все остальные, которые выдвигали другие требования, для того чтобы делиться и расти, оставались почти полностью недоступными для изучения. К последним относилась большая часть ротовых, желудочных и кишечных бактерий, и между тем обнаруживается, что многие из-за этого попросту не поддавались культивированию по отдельности, поскольку для жизни им требовались другие бактерии.

Такие «культуронезависимые» техники, к которым вскоре добавились еще и другие, которые звучат как гибридизация in situ, T-RFLP или пиросеквенирование, открыли микробиологии и изучению эукариотов абсолютно новые пути.

Везе в рамках этих методов после многолетней кропотливой работы пришел к такому выводу.

Их 16S-рРНК отличаются друг от друга даже сильнее, чем в случае с бактериями и обладающими клеточными ядрами многоклеточными организмами. Великой иронией истории развития науки стало то, что умерший в 2012 году 84-летний Везе, скрупулезный работник, перевернувший всю биологическую систематику, не получил ни одной Нобелевской премии, Муллис же – наоборот. Его метод по размножению наследственного материала, должно быть, открылся ему под воздействием наркотических веществ. Практическое осуществление его идеи он предоставил другим ученым, а в остальном он не мог похвастаться большими научными достижениями.