Джон Кейжу - Открытия, которые изменили мир
Через несколько лет, в 1874 г., английский врач Уильям Робертс сделал похожее наблюдение, указав, что столкнулся с трудностями, выращивая бактерии в присутствии той же плесени. «Казалось, — писал он, — что этот грибок… сдерживает размножение бактерий». Через год врач Джон Тиндалл в более красочных выражениях описал вражду между Penicillium и болезнетворными бактериями. «Мне открылись необычайные картины сражений и побед в беспощадной войне, которую ведут бактерии с Penicillium», — писал он. Но и Тиндалл упустил свой шанс прославиться. Он не стал выяснять, как грибки Penicillium атакуют бактерии и не вырабатывают ли они при этом некое важное вещество. Он остановился на ошибочном предположении, будто плесень «душит» бактерии.
Вскоре подобные наблюдения сделали и другие ученые. К их огромному удивлению, маленький безмолвный мир микроорганизмов на поверку оказался театром ожесточенных военных действий. Причем войны шли не только между плесневыми грибками и бактериями, но и между бактериями разных видов. В 1889 г. французский ученый Жан-Поль Вюймен, на которого эти битвы произвели большое впечатление, придумал новый термин антибиоз («против жизни»), ставший предзнаменованием будущего великого прорыва.
Учитывая, что интригующих находок к тому моменту уже хватало, возникает вопрос, почему же Флеминг открыл первый антибиотик лишь в 1928 г. — тридцатью годами позже? Историки отмечают сразу несколько факторов, которые могли отвлечь ученых от поиска лекарства для борьбы с инфекциями. Во-первых, в конце XIX — начале ХХ веков медикам вскружили голову другие громкие открытия недавнего времени, в том числе антисептики (химические препараты, способные убивать бактерии на поверхности организма, но непригодные для употребления внутрь) и вакцины. Более того, знания ученых XIX века о грибках были не всегда достоверными. Фактически во время ранних исследований бактерицидных свойств плесени экспериментаторы без разбора брали для опытов любого представителя рода Penicillium — а то и вовсе любой зеленый плесневый грибок.
Но оказалось, что плесень Penicillium, которая привела к открытию антибиотиков, — не обычный грибок, который растет у вас на стене в ванной. Это был специфический редкий штамм, а антибактериальное вещество пенициллин, которое он вырабатывал, оказалось недолговечным и с трудом поддавалось изоляции. Честно говоря, то, что Флеминг вообще его открыл, было настоящим чудом.
Веха № 1
«Занятно…»: неправдоподобное стечение счастливых обстоятельств и открытие пенициллина
Многие предпочитают не задумываться о том, что, кроме полчищ бактерий, нас окружают столь же многочисленные невидимые споры плесени, которые день и ночь проникают через открытые окна и двери, ища поверхности, на которых можно закрепиться и начать расти. Примерно так думал Александр Флеминг, когда летом 1928 г. вернулся из долгого отпуска и обнаружил, что в стеклянной чашке Петри, которую он оставил в углу лабораторного стола, что-то выросло. Флеминг был врачом и работал бактериологом в прививочном отделении больницы святой Марии в Лондоне. Перед отъездом он высадил в чашку Staphylococcus aureus для своего исследовательского проекта. Возвратившись из отпуска, Флеминг рассеянно взял в руки опытную склянку, снял крышку и уже собирался мимоходом показать содержимое коллеге, когда что-то привлекло его внимание. Он заглянул внутрь и произнес: «Занятно…»
Флеминга не удивило, что поверхность чашки заросла десятками колоний стафилококка. Это входило в условия его эксперимента. Не удивило его и то, что с другой стороны разрослось неровное пятно плесени. Все-таки его не было в лаборатории целых две недели, к тому же он все равно собирался избавиться от этой чашки. Но его внимание привлекло то, чего он не увидел. Колонии бактерий покрывали большую часть стеклянной посуды, и только в одной области они еле шевелились, образуя полупрозрачное кольцо вокруг того, что им явно не нравилось, — гигантской колонии плесени. Более того, бактерии, находящиеся ближе всего к ней, очевидно уже погибли, будто плесень обладала каким-то мощным оружием, позволявшим ей уничтожать бактерии.
К счастью, Флеминг, всего несколько лет назад открывший лизоцим (естественное антибактериальное вещество, которое может вырабатывать ряд тканей организма), способен был видеть главное. Позже он писал: «Это было необыкновенное и совершенно неожиданное зрелище. Нужно было его изучить как можно внимательнее». Следующие несколько месяцев Флеминг занимался именно этим: выращивал плесневые культуры и изучал, как загадочное желтое вещество, которое они производят, влияет на разные виды бактерий. Он вскоре понял, что плесень относится к специфическому роду Penicillium и что вещество, которое она вырабатывает, способно подавить и уничтожить не только стафилококк, но и многие другие виды бактерий. Через несколько месяцев, в 1929 г., он назвал это вещество «пенициллин» и опубликовал свою первую статью о его замечательных свойствах.
Что же делало пенициллин таким необыкновенным? Прежде всего, в отличие от лизоцима, открытого Флемингом несколькими годами ранее, он останавливал и уничтожал множество видов бактерий, в том числе стафилококк, стрептококк, пневмококк, менингококк, гонококк и дифтерийную палочку. Более того, пенициллин отличался необыкновенной мощностью. Даже в неочищенном состоянии его можно было развести в 800 раз, прежде чем он терял способность подавлять рост стафилококка. В то же время он был примечательно не токсичным по отношению к клеткам человеческого организма, в том числе белым кровяным тельцам, несущим главную ответственность за сопротивление организма инфекции.
Но самым удивительным в этой истории были даже не антибиотические свойства пенициллина, а то, что Флеминг вообще его обнаружил. Ведь, несмотря на уверенность самого Флеминга, споры плесени, вырабатывающей пенициллин, не влетели однажды летним днем, пока он был в отпуске, в открытое окно его лаборатории, чтобы приземлиться в чашку. Установленные позже факты показали, что для открытия нужно было, чтобы в цепочку неправдоподобных счастливых случайностей соединилось множество факторов: появление спор плесени именно этого вида; время, которое Флеминг выбрал для того, чтобы отправиться в отпуск; и даже погода, стоявшая в те дни.
Любопытная загадка мигрирующей плесени
Эта загадка прояснилась несколько десятков лет спустя, когда ученый, работавший в одном отделении с Флемингом в конце 1920-х, вспомнил, что окна его лаборатории обыкновенно держали закрытыми — в основном для того, чтобы стоявшая на подоконнике стеклянная посуда, в которой выращивали микробные культуры, не падала на головы прохожим.
Но если споры плесени не прилетели снаружи, то откуда же они взялись?
Как оказалось, этажом ниже под лабораторией Флеминга располагалась лаборатория еще одного ученого, К. Дж. Ла Туша. Ла Туш был микологом, специалистом по грибковым культурам, и в его «беспорядочном хозяйстве» как раз имелось 8 штаммов плесени Penicillium. Один из них, как выяснилось позже, был идентичен плесени Флеминга. Но если окна были закрыты, как споры плесени из лаборатории Ла Туша поднялись по лестнице и попали в чашку на столе Флеминга? Невероятно удачное стечение обстоятельств: лаборатории Флеминга и Ла Туша располагались в одном лестничном пролете, и двери с обеих сторон почти всегда были открыты. Таким образом, споры из лаборатории Ла Туша поднялись по открытому лестничному колодцу и осели в чашке. Кроме того, они появились в лаборатории именно в тот момент, когда Флеминг снимал крышки с чашек, либо заселял в них бактерии стафилококка, либо, возможно, когда он рассматривал их под микроскопом.
Но и на этом необыкновенные совпадения в открытии Флеминга не заканчиваются. Один специалист поначалу не мог повторить эксперимент: взятые им образцы пенициллина почему-то не оказывали на стафилококк никакого воздействия. Эта загадка была разрешена позже. Ученые установили, что пенициллин способен действовать на бактерии только в период их активного роста. То же верно и для человеческого организма: пенициллин эффективен только против делящихся бактерий. Возникает вопрос: как именно споры плесени Флеминга умудрились прорасти и выработать пенициллин именно в то время, когда бактерии стафилококка делились?
В 1970 г. Рональд Хейр, профессор бактериологии из Лондонского университета, предложил необычное, но вполне убедительное объяснение. Изучив погоду и температурные условия того периода, когда Флеминг был в отпуске, Хейр обнаружил, что бактериальная культура, выращенная им, вероятнее всего, вступила в контакт с плесенью в конце июля, когда погода была достаточно прохладной. В этих условиях споры смогли прорасти и начали вырабатывать пенициллин. Судя по прогнозам погоды, в следующие несколько дней стало теплее — и колония стафилококка тоже начала расти. Однако плесень к тому времени была уже достаточно зрелой, чтобы начать выработку пенициллина и уничтожить находящиеся поблизости бактерии. Если бы в те дни стояла другая погода, плесень могла бы начать вырабатывать пенициллин слишком поздно — уже после того, как бактерии прекратят рост и станут невосприимчивы к ее антибактериальному воздействию. И тогда Флеминг, возвратившись из отпуска, не увидел бы в своей лабораторной посуде ничего «занятного».
