Рихард Фрибе - Союз на всю жизнь

• Название: Союз на всю жизнь
• Автор: Рихард Фрибе
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2019
• ISBN: 978-5-699-99219-5

Не секрет, что нам приходится делить свое тело с бактериями. Пока мы спим или занимаемся насущными делами, едим или обнимаемся, даже пока мы совершенно ничего не делаем – в нашем организме происходит кипучая деятельность. Тот факт, что для кого-то мы целая Вселенная, может пугать и даже вызывать отвращение, однако не спешите хвататься за гигиенические салфетки: эти маленькие организмы, населяющие нас, нам вовсе не враги. Ганно Харизиус и Рихард Фрибе провели масштабное исследование и установили, что сотрудничество человека и бактерий продолжается миллионы лет. Но даже если многие наши поступки продиктованы особенностями такого сосуществования, оно приносит пользу обеим сторонам.

---

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».

Рецепт Фанни, попадание Петри

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.

Полезные микроорганизмы?

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.

Второй геном

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.