Песнь клетки. Медицинские исследования и новый человек - Сиддхартха Мукерджи
В 1859 году в Париже Луи Пастер продолжил эксперименты Реди4. Он налил мясной бульон в бутылку с горлышком в форме лебединой шеи – круглую емкость с длинным горлышком, свернутым в виде буквы S. Пастер оставлял колбу открытой, но бульон оставался стерильным: микробам из воздуха трудно попадать в бульон через такое горлышко[27]. Но если он наклонял колбу так, чтобы бульон соприкасался с воздухом, или отламывал “лебединую шею”, то бульон зарастал микробами и мутнел. Пастер заключил, что бактериальные клетки переносятся с воздухом и пылью. Разложение или гниение связаны не с разложением живого существа изнутри (и не с какой-то висцеральной формой греха). Гниение происходит только тогда, когда в бульон попадают бактериальные клетки.
На первый взгляд может показаться, что разложение и болезнь – независимые процессы, но Пастер нашел между ними важную связь. Он изучал инфекционные болезни шелковичного червя, порчу вина и заражение животных сибирской язвой. И обнаружил, что причиной инфекции во всех этих случаях были не плавучие частицы миазмов или грехи, а заражение микробами – одноклеточными организмами, которые внедряются в другие организмы и вызывают в них патологические изменения и разрушение тканей.
Важнейший вклад в развитие теории Пастера внес молодой офицер низкого ранга Роберт Кох, который имел медицинское образование и работал в кустарной лаборатории в Вольштейне в Германии5. В начале 1876 года он выделил возбудителя сибирской язвы из зараженных коров и овец и исследовал его под микроскопом6. Это были вибрирующие прозрачные микробы в форме палочки – хрупкие на вид, но потенциально смертельные. Они умеют образовывать округлые спящие споры, чрезвычайно устойчивые к высыханию или нагреванию. Но если добавить воду или поместить споры в подходящий организм, они очнутся ото сна и вернутся к своей смертоносной деятельности, превращаясь в палочковидные бациллы сибирской язвы, которые быстро размножаются и вызывают болезнь. Кох брал каплю крови коровы, зараженной сибирской язвой, вводил ее в хвост мыши через крохотный прокол, сделанный стерильной деревянной палочкой, и ждал. Кажется невероятным и даже необъяснимым, что в истории биологии до 1876 года ни один ученый не проделывал систематических научных опытов по перенесению болезни из одного организма в другой.
Изображение клеток Bacillus anthracis, обнаруженных Робертом Кохом. Обратите внимание на длинные бациллы нитевидной формы и на крохотные округлые споры.
Бактерии сибирской язвы выделяют ядовитый токсин, убивающий клетки. У мыши появились язвы. Селезенка потемнела, распухла и была наполнена мертвыми клетками, и в легких тоже появились многочисленные черные язвы. Исследуя селезенку под микроскопом, Кох обнаружил в ней такие же вибрирующие бактерии в форме палочек, окруженные миллионами мертвых мышиных клеток. Кох повторил опыт: заразил мышь, выделил селезенку и перенес капельку в другую мышь – и так двадцать раз. И каждый раз у мыши-реципиента развивалась сибирская язва. Заключительный эксперимент Коха был самым изобретательным: он соорудил стерильную стеклянную камеру и поместил в нее капельку жидкости из глаза мертвого быка. А потом ввел в эту капельку кусочек селезенки мыши, зараженной сибирской язвой. В жидкости выросло множество таких же палочковидных бактерий, превративших прозрачную каплю в мутное месиво микробных клеток.
Кох проводил эксперименты методично и систематически – с прицельной точностью. Луи Пастер установил причинность по ассоциативной связи: порча вина была связана с избыточным ростом бактерий, порча бульона – с контактом с микроорганизмами. Кох хотел подтвердить причинную связь более строгим путем. Сначала он выделил микроорганизм из больного животного. Затем он показал, что введение патогена в здоровое животное вызывает ту же болезнь. А потом он вновь выделил микробов из зараженного животного, вырастил в чистом виде в культуре и показал, что они способны вновь вызывать болезнь. Как можно опровергнуть такую логику? “Ввиду этих данных, – писал он в своих заметках, – исчезают все сомнения в том, что Bacillus anthracis является настоящей причиной и возбудителем сибирской язвы”7.
В 1884 году, через восемь лет после проведения опытов с сибирской язвой, Кох использовал свои экспериментальные наблюдения для формулировки четырех принципов теории микробных заболеваний. По его мнению, при выполнении следующих условий можно утверждать, что конкретный микроб вызывает конкретное заболевание (скажем, Streptococcus вызывает воспаление легких, a Bacillus anthracis — сибирскую язву): 1) организм / микробная клетка обнаруживается в больном организме, но не в здоровом; 2) микробная клетка выделена из больного организма и выращена в лабораторных условиях; 3) при заражении здорового организма культивированным микробом в организме возникают характерные признаки болезни; 4) микроб выделен из зараженного организма и идентичен исходному микроорганизму[28].
Эксперименты Коха и его постулаты отразились в биологии и медицине гулким эхом и в том числе сильно повлияли на идеи Пастера. Однако, несмотря на интеллектуальную близость этих двух людей (или, возможно, именно из-за этой близости), Кох и Пастер на протяжении нескольких десятилетий были откровенными соперниками. (Ясно также, что Франко-прусская война 1870-х годов не способствовала сотрудничеству французских и немецких ученых.) В статьях Пастера, опубликованных фактически одновременно со статьями Коха, с почти неприкрытой мстительностью использовался французский термин bacteridiae'[29] с упоминанием терминологии Коха в виде сноски “Bacillus an thru cis у немцев”8. Кох ответил на научное оскорбление насмешкой, написав во французском журнале в 1882 году: “До сих пор работа Пастера с сибирской язвой ни к чему не привела”9.
По сути, предмет их научных стычек был совершенно незначительным. Пастер настаивал, что в результате многократных пересевов бактериальных клеток в лаборатории можно ослабить их болезнетворную способность или, говоря научным языком, аттенуировать. Пастер хотел использовать аттенуированные клетки сибирской язвы в качестве вакцины: ослабленные клетки усиливают иммунный ответ, но не вызывают болезнь. Однако, по мнению Коха, аттенуация была бессмыслицей, поскольку патогенность микробов постоянна. Со временем выяснилось, что они оба были правы: какие-то микробы поддаются аттенуации, а каких-то ослабить трудно. Но в целом работы Пастера и Коха обозначили новое направление в изучении патологии. Было
