Книга: Следопыты в стране анималькулей

На линии химической обороны

Об этом человеке мы знаем очень мало.

Известно лишь, что Вячеслав Авксентьевич Манасеин был способным врачом и преподавал в Военно-медицинской академии в Петербурге. Известно также, что он много лет затратил на то, чтобы доказать недоказуемое: что бактерии якобы не могут вызывать болезни животных и человека.

Удивляться этому не следует, так как речь идет о времени, когда Пастер только начинал свое путешествие в стране невидимок и по поводу происхождения болезней существовало невообразимое множество самых противоречивых теорий.

Профессор Петербургской военно-медицинской академии досадно заблуждался в отношении роли бактерий в природе. А между тем его имя часто упоминается теперь на страницах журналов и в научных трудах, издаваемых в различных странах. И все это благодаря нескольким страничкам, на которых ученый скупо, но ясно описал один поставленный им опыт.

Манасеин был страстным исследователем. И, раз взявшись доказать, что бактерии — самые безобидные существа на свете, он проявил почти невероятную настойчивость. В его лаборатории был настоящий зверинец из смеси самых различных бактерий, а рядом пышно разрастались и отливали разными цветами бархатистые колонии микроскопических плесневых грибков.

И вот, производя сотни опытов с бактериями и грибками, Манасеин обнаружил чудесные свойства плесневого гриба — зеленого кистевика, который принадлежал к виду микроскопических грибков, носящих общее название пенициллиумов.

В самой зеленой плесени не было ничего удивительного. Она широко распространена в природе и быстро появляется на отсыревших пищевых продуктах, на залежалой коже, даже в чернилах. Но, делая бесчисленные посевы и пересевы зеленой плесени, Манасеин заметил, что грибок-кистевик ведет себя очень странно. Если его выращивать вместе с другими плесневыми грибками, то он задерживает развитие своих соседей и расчищает себе место. Сколько раз ни повторял Манасеин этот опыт, результат всегда был один: зеленая плесень выходила победительницей в борьбе за место и пищу.

«А что, если испытать силу зеленой плесени на других соседях — на бактериях?»

Как только мелькнула эта мысль, Манасеин тотчас посеял зеленую плесень рядом с колониями различных бактерий.

Результат опыта превзошел все ожидания. Много раз потом повторял ученый этот опыт: выращивал бактерий и в ту же среду высевал споры зеленой плесени — пенициллиум. И всегда плесень нормально развивалась, а бактерии быстро отступали.

Свои опыты с зеленой плесенью Манасеин коротко описал на тех нескольких страничках, которые навсегда вошли в историю науки. Это было в 1871 году.

А годом позже другой русский ученый, профессор Алексей Герасимович Полотебнов, практически использовал открытие Манасеина. Из зеленой плесени пенициллиума и миндального масла Полотебнов приготовил мазь для лечения плохо заживающих, гноящихся ран. Новое лекарство себя оправдало. Ни одно из лечебных средств, известных в то время, не давало такого быстрого и стойкого излечения.

Манасеин и Полотебнов сообщили о своих открытиях, но на них почти не обратили внимания. Слишком уж необычным было представление о плесени как лекарстве.

«Лечить раны какой-то плесенью? Заниматься подобной чепухой под стать лишь деревенским знахарям, а не ученым-медикам!» — пренебрежительно говорили многие знаменитые врачи того времени.

А еще через пять лет врач Н. В. Лебединский закончил большой научный труд, в котором подробно описывал чудодейственные свойства зеленой плесени.

Доклад Лебединского внимательно выслушали, похвалили и присудили автору ученую степень доктора наук. А потом и доклад и научный труд о зеленой плесени забыли. Никому и в голову не пришло, что исследования Манасеина, Полотебнова и Лебединского означают начало новой эры в истории медицины, открывают еще неизведанные пути в изучении страны невидимок.

Прошло почти шестьдесят лет. И вот в 1929 году английский ученый Александер Флеминг снова и совершенно случайно делает то самое открытие, о котором в свое время сообщали русские врачи. Флеминг был микробиологом и много лет посвятил исследованию болезнетворных микробов. Изучал он и золотистых стафилококков — такое красивое, звучное имя было присвоено учеными вреднейшей бактерии, вызывающей заражение крови.

Однажды Флеминг, просматривая чашечки Петри, где на поверхности студня разрастались пышные колонии золотистого стафилококка, заметил не без досады, что опыт испорчен. В чашечки с посевом золотистого стафилококка попала какая-то плесень.

Но Флеминг, человек наблюдательный, обратил внимание и на другое: в чашечке, где была плесень, произошло что-то необычное. Плесень разрасталась, а вокруг нее лежала зона совершенно чистого студня. Бактерии исчезли, словно их тут никогда и не бывало.

Флеминг теперь уже намеренно повторил опыт. Он посеял плесень вместе с золотистым стафилококком и получил тот же результат — плесень вытесняла бактерий. Что же это за плесень? Ответить на этот вопрос, имея под рукой микроскоп, было нетрудно. Она оказалась обычной зеленой плесенью, одной из разновидностей грибков-пенициллиумов.

Флеминг отделил кусочек плесени и посеял ее на жидком бульоне. Плесень быстро разрослась и вскоре покрыла поверхность жидкости сплошной пленкой.

И что же? Эта жидкость так же губительно действовала на других микробов, как и сама плесень. Флеминг проделал множество опытов. Он разбавлял жидкость, взятую из-под плесени, в два, в три, в пять, наконец в десять раз. Ее свойства не изменялись. Даже разведенная в восемьсот раз, жидкость сохраняла способность приостанавливать развитие некоторых бактерий.

Тогда Флеминг сделал совершенно правильный вывод: зеленая плесень обладает средством химической защиты, она выделяет особое вещество, которое губительно действует на бактерий.

Во времена Флеминга такой выход уже ни для кого не явился неожиданным. Он был подготовлен всем предшествующим развитием науки.

Предки современных микробов первыми заселили Землю. Многие миллионы лет они были полными хозяевами нашей планеты. А ведь ни одно другое живое существо не обладает такой способностью к размножению, как микроорганизмы. Вспомним: только несколько суток надо, чтобы при благоприятных условиях потомство одной бактерии покрыло всю Землю.

Значит, с того самого времени, как микробы появились на Земле, они вынуждены были вести непрестанную борьбу за место и пищу.

Много позже, когда на Земле из одноклеточных организмов возникли многоклеточные животные и растения, они уже обладали специальными органами для защиты и нападения: жалами, клешнями, зубами, когтями, шипами. Даже быстрые ноги и сильные плавники помогали нападать или уйти от врага.

У микробов ничего этого не было. И вот в результате длительного приспособления к условиям жизни они приобрели способность вырабатывать и выделять особые вещества — средства химической защиты.

Ученые назвали эти вещества антибиотиками, от слов «анти» — против и «био» — жизнь.

Конечно, каждый микроб очень мал, а количество выделяемого им антибиотика ничтожно, но микробы живут колониями. Это позволяет им объединять свои силы в борьбе с врагами. Химические вещества, которые выделяет каждый микроб, сливаются и образуют вокруг колонии защитную отравленную зону, страшную даже для таких гигантов страны невидимок, как амебы.

Всего этого, конечно, не мог не знать английский ученый Флеминг, когда он обнаружил, что зеленая плесень пенициллиум выделяет вещество, задерживающее рост гноеродного микроба — золотистого стафилококка.

И у Флеминга, естественно, возникла идея:

«А нельзя ли получить это вещество в чистом виде? Нельзя ли превратить антибиотик, выделенный зеленой плесенью, в лекарство, в порошок, который бы хорошо сохранялся, который в любой момент можно было бы вынуть из аптечного шкафа и предложить больному?»

Идея эта захватила Флеминга, и он тотчас же принялся за работу. Но его подстерегала неудача за неудачей. Сколько ни пытался ученый выделить чудесное вещество, вырабатываемое грибком пенициллиумом, ему это не удавалось. Но Флеминг уже твердо знал, что такое вещество существует, и даже дал ему имя — «пенициллин».

Он сохранил также найденный им грибок. И это очень помогло исследователям в дальнейшем. Ведь грибков пенициллиумов в природе много, но далеко не все способны выделять антибиотики такой силы, как грибок, случайно обнаруженный Флемингом.

Лишь через одиннадцать лет американским ученым удалось решить задачу, над которой бесплодно бился Флеминг. Они выделили антибиотик зеленой плесени в чистом виде. Но и их вначале ожидало горькое разочарование. Оказалось, что чистый пенициллин быстро распадается на составные части и теряет все свои лечебные свойства. Только в начале второй мировой войны, когда был наконец найден способ высушивания пенициллина, человечество получило новое лечебное средство еще невиданной силы.

Пенициллин легко справлялся с возбудителями таких опасных болезней, как воспаление легких, гнойное заражение ран, воспаление брюшины, общее заражение крови, воспаление мозговых оболочек, скарлатина и некоторые другие болезни.

И, что самое главное, пенициллин был безвреден для организма человека.

Производство пенициллина оказалось в руках американских предпринимателей. Они охотно продавали пенициллин, но не открывали секрета его производства. Не выдавали они и грибка, обнаруженного Флемингом.

А между тем в годы Великой Отечественной войны советского народа против гитлеровских захватчиков от пенициллина зависела жизнь сотен тысяч бойцов Советской Армии.

Можно ли было в таких условиях рассчитывать лишь на заграничное лекарство, которое приходилось доставлять на самолетах из другого полушария?

Нужен был свой, советский пенициллин. За решение этой задачи взялась З. В. Ермольева. Вместе со своей помощницей, Т. И. Балезиной, она работала с неослабевающим напряжением, ставя все новые и новые опыты.

Дни слагались в недели, недели — в месяцы, месяцы вырастали в годы. Но неудачи только укрепляли упорство исследователей. И вот наконец первый советский пенициллин в руках ученых.

Он был добыт из разновидности зеленой плесени, которая выделяла антибиотик еще большей лечебной силы, чем пенициллин американский.

Пенициллин — одно из величайших достижений науки. Он спасает ежегодно сотни тысяч человеческих жизней.

Но дело не только в этом. Открытие пенициллина показало, что в стране невидимок скрыты самые сильные и надежные лечебные средства.

А так как каждый микроб — возбудитель болезни должен иметь в природе микробов-врагов, то, видимо, нет на свете заразной болезни, против которой нельзя было бы найти верное средство — антибиотик. Надо только найти его.

И вот уже тысячи лабораторий мира переключаются на поиски микробов, которые подавляют или убивают микробов — возбудителей заболеваний человека, животных, растений.

Новые цели потребовали изменить и методы исследования. Еще со времен Левенгука основной задачей охотников за микробами было выделить одну микробную клетку отдельно от других. Только после того, как были получены чистые культуры микробов, без примеси посторонних, стало возможным углубленное изучение этих загадочных существ.

Благодаря чистым культурам удалось найти, изучить и обезвредить многие болезнетворные микроорганизмы.

Благодаря тем же чистым культурам были пойманы, изучены, размножены и «приручены» полезные микроорганизмы, которые работают в промышленности и сельском хозяйстве.

Чистые культуры стали основой основ микробиологии. Но они не могли помочь тем, кто выслеживал новые антибиотики.

Ведь нельзя отыскать микробов-врагов, если изучать лишь отдельные виды микроорганизмов. Для этого надо было наблюдать совместную жизнь микробов, их сообщества. Только так можно было заметить, что одни из них живут в тесном содружестве, а другие, наоборот, в непримиримой борьбе — антагонизме.

От изучения чистых культур пришлось перейти к изучению сообщества микроорганизмов.

Сделать это было в общем нетрудно. Ведь микробиологи-почвоведы уже давно изучали именно сообщества микроорганизмов, обитающих в почве. Гораздо труднее оказалось подобрать к каждому болезнетворному микробу его антагониста — врага.

Делают это обычно так. На питательную среду в чашечку Петри высевают вредный болезнетворный микроб, к которому хотят найти антагониста. В ту же чашечку наносят сверху, небольшими участками, чистую культуру другого микроба, который хотят испытать. В дальнейшем в чашечке одновременно развиваются и вредный микроб и тот, который испытывается.

Теперь микробиологу остается только наблюдать и надеяться. Проходит положенное время, и колонии обоих микробов разрастаются так, что уже соприкасаются, нарастают одна на другую. Значит, оба микроба прекрасно уживаются. А это, в свою очередь, означает, что опыт не удался. Приходится все начинать сначала.

Перед глазами исследователей проходят сотни, тысячи чашечек Петри. Испытываются сотни, а иногда и тысячи видов микроорганизмов. И каждый раз новые ожидания, новые надежды.

Но вот как будто бы найдено! В одной из чашечек вредный микроб разросся по всей поверхности студня и только вокруг колонии испытываемою микроба осталась чистая зона. Похоже, что именно этот микроб выделяет какой-то антибиотик, угнетающий развитие микроба-вредителя.

Но радоваться преждевременно. Сделан пока лишь первый шаг. Найденный микроб надо еще размножить и тщательно изучить. И тут уж, конечно, не обойтись без чистых культур.

Потом надо каким-то способом выделить антибиотик, чтобы испытать и его. Ведь различные антибиотики не только поражают разных микробов. Их действие также неодинаково. Одни антибиотики убивают бактерий, другие, как, например, пенициллин, только приостанавливают их размножение, третьи растворяют бактериальные клетки. Знать, как действует антибиотик, очень важно.

Если все идет хорошо, начинают опыты на животных. И лишь в самом конце утомительных, иногда многолетних исследований может выясниться, что антибиотик слишком быстро распадается или проявляет свою силу только в лабораторных условиях, а в теле животных не действует.

А может быть и так, что антибиотик, на который возлагалось столько надежд, окажется ядовитым не только для болезнетворного микроба, но и для организма человека. В любом из этих случаев есть только один выход из положения — опять начинать все заново.

Следовательно, чтобы найти, выделить и проверить каждый антибиотик, приходится затрачивать огромное количество времени, силы многих людей. И все же на счету охотников за антибиотиками немало ценных находок.

Особенно много микробов, выделяющих антибиотики, оказалось в почве. Да это и понятно. Ведь какой смысл выделять антибиотики тем микробам, которые постоянно живут в воде? Выделенные микроорганизмами отравляющие вещества все равно растворятся в массе воды. А в почве микробы живут отдельными скоплениями, и создание отравленной зоны служит им надежной защитой.

Советский микробиолог академик Н. Г. Холодный нашел очень простой способ, позволяющий увидеть под микроскопом многообразную жизнь почвенных микроорганизмов в естественной обстановке. Острым ножом он делал вертикальный разрез в почве и вставлял в это отверстие небольшое четырехугольное стекло, а потом его закапывал. Поверхность стекла покрывалась прилипшими к нему почвенными частичками, среди которых поселялись и размножались различные микробы, живущие обычно в почве.

Если через некоторое время такое стекло вынуть и высушить, то под микроскопом можно увидеть как бы фотографию микроскопической жизни в почве. Бактерии и их споры, нити грибков, амебы и инфузории, отдельные скопления микробов — все здесь предстанет перед исследователем в том положении и взаимодействии, как это и бывает на самом деле.

Вот полчища бактерий набросились на отмирающие нити грибков и разлагают их. А за бактериями, в свою очередь, охотятся амебы, тело которых прямо-таки набито остатками бактерий и грибков. Грибки вынуждены постоянно защищаться от нападения бактерий, а бактерии — от амеб. Но те и другие обладают только одним средством защиты — химическим.

Так, пользуясь новыми методами изучения почвы, советские ученые увидели в ней почти неисчерпаемую кладовую антибиотиков.

Это было в 1935–1937 годах. А через год агроном-микробиолог Любо нашел почвенную бактерию, выделяющую вещество, убивающее гноеродных микробов. Любо выделил это вещество в чистом виде и назвал его тиротрицином. Новый антибиотик оказался ценным лекарством, которое быстро излечивало гнойные раны и было безвредно для человека.

Советские ученые Г. Ф. Гаузе и М. Г. Бражникова также решили отыскать в почве врага гноеродного микроба — золотистого стафилококка. Для этого они придумали особый тактический прием.

В небольшом деревянном ящике ученые поместили смесь различных огородных почв. Ящик поставили в темное место и ежедневно в течение двух недель поливали водой. За это время различные микробы, массами населявшие плодородную огородную почву, размножались и постепенно использовали все запасы питательных веществ. Теперь все они должны были погибнуть от недостатка пищи.

Именно этого момента и ждали исследователи. Почву в ящике они стали поливать культурой живых гноеродных стафилококков.

Это не могло, конечно, спасти все почвенные микроорганизмы от голодной смерти. Но если в почве есть микроб, который способен разрушать живые клетки золотистого стафилококка, то такой микроб выживет. Он будет питаться за счет вещества убитых клеток стафилококка.

В этом и заключался план, заранее разработанный Гаузе и Бражниковой.

Свыше года поливали они землю культурой стафилококка. И наконец наступил день, когда, по расчетам ученых, можно было проверить, удался ли опыт, на который было затрачено столько времени.

В две пробирки они налили свежую культуру стафилококков и в одну из них добавили щепотку земли из ящика. Уже на следующий день пробирки имели разный вид. В той пробирке, куда землю не добавляли, стафилококки бурно размножались. А жидкость в другой пробирке была почти прозрачной. Лишь какая-то тонкая пленка покрывала ее. В этой пленке исследователи обнаружили под микроскопом множество палочковидных бактерий, многие из которых имели внутри споры.

После выделения этой почвенной палочки в чистую культуру удалось установить, что она выделяет вещество, убивающее не только золотистого стафилококка, но и некоторых других болезнетворных бактерий. Новый антибиотик получил название советского грамицидина. Он успешно применяется при лечении нагноений, ангин, дизентерии.

В почве живут также особые микробы — лучистые грибки, похожие одновременно и на плесневые грибки и на бактерии. Называют их акциномицетами. Советский ученый Николай Александрович Красильников обнаружил, что многие акциномицеты выделяют антибиотики. Один такой антибиотик он выделил и назвал его мицетином.

В 1944 году другой лучистый грибок дал человечеству, пожалуй, самый замечательный из антибиотиков стрептомицин. Отличительная особенность стрептомицина в том, что он действует как раз на те микробы, против которых пенициллин оказывается бессильным. Стрептомицин поражает возбудителей чумы, туляремии, бруцеллеза. Он губит даже стойкую туберкулезную палочку и поэтому излечивает туберкулезный менингит — болезнь, которая раньше была смертельной.

Есть еще антибиотики синтомицин и левомицин, которые успешно применяются при лечении желудочно-кишечных заболеваний, вызванных бактериями и амебами.

Хорошей славой пользуется биомицин, излечивающий больных брюшным и сыпным тифами, угнетающий микробов — виновников гнойных процессов и заражения крови.

Ученые выделили и проверили уже более двухсот различных антибиотиков. Правда, лишь немногие из них получили применение в лечебной практике. Большинство либо теряют свои свойства в организме человека и животных, либо слишком ядовиты, чтобы ими пользоваться как лекарством.

Но даже такие негодные для медицины антибиотики часто находят применение.

Из бактерий, живущих на сене, был извлечен антибиотик субтилин, задерживающий развитие гнилостных микробов. И вот уже ведутся опыты по использованию этого антибиотика для консервирования скоропортящихся продуктов.

Антибиотик актидион, добытый из одного лучистого гриба, оказался очень ядовитым для крыс, и его стали применять в борьбе с грызунами.

А насекомых — вредителей сельского хозяйства, уничтожает другой антибиотик — антимицин. Он также применяется на практике.

Некоторые антибиотики стали незаменимым средством для предупреждения и лечения болезней растений: картофеля, капусты, лука, огурцов, плодовых деревьев, табака, злаков, хлопчатника и других.

В последние годы обнаружено еще одно удивительное свойство антибиотиков. Если их добавлять в корм молодняку сельскохозяйственных животных, то поросята, цыплята, индюшата не болеют и быстрее растут.

Почему, каким путем антибиотики ускоряют рост животных и птиц? Окончательного ответа на этот вопрос еще нет. Но ученые уверены, что в животноводстве антибиотики со временем будут играть не меньшую роль, чем в медицине.

Микроб против микроба! Так вновь сошлись пути двух отрядов микробиологов, которые когда-то пошли разными дорогами. Исследования тех, кто изучает болезнетворных микробов, и тех, кто отыскивает микробов полезных, теперь взаимно дополняют друг друга.

Антибиотики — это сокровища страны невидимок. Их открытие — одно из величайших завоеваний микробиологии. А ведь не прошло еще и двадцати лет с тех пор, как антибиотики вошли в обиход. Все, что мы рассказали здесь, представляет лишь первую страницу их будущей истории.