В мире микробов
Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком
О существовании удивительного огромного мира микробов люди узнали сравнительно давно: около 300 лет назад. Человечеству поведал об этом амстердамский торговец сукном, ученый-любитель Антони Левенгук. Используя увеличительные стекла собственного производства, в изготовлении которых он достиг необыкновенного совершенства, Левенгук из чистой любознательности рассматривал все, что попадалось ему под руку. И вот однажды… Но предоставим слово самому Левенгуку:
«Я исследовал, — пишет он, — слизь, которая залегает между зубами человека, и увидел, к великому своему изумлению, что в слизи находились крошечные создания, отличавшиеся необычайной подвижностью». Главное же, что поразило его, — это несметное количество «созданий». «Во всем Соединенном Королевстве (то есть Голландии) не наберется столько жителей, сколько находится живых зверьков в моем собственном рту», — писал Левенгук.
Так был открыт мир микробов. Но прошло сто лет, и человечество знало об этих загадочных невидимых существах почти столько же, сколько и во времена их первооткрывателя. Микробов много, очень много, и они есть везде — это было все, что могли сказать ученые. И показательно, что великий шведский натуралист ХVIII века Карл Линней, составляя классификацию животного и растительного мира, объединил все микроорганизмы в один ряд, которому дал выразительное название: «хаос». Хаос! Беспорядок! «Таинственные… живые молекулы, разобраться в которых надлежит потомкам», — так писал Линней.
Разобраться! Но как? Ведь микробы есть везде: в воде, в воздухе, в почве. Как выделить отдельные виды микробов и проследить их жизнь? Сколько этих видов? Да и есть ли они вообще? Время шло, а поставленные вопросы оставались без ответов. И лишь в середине XIX века ученые начали разбираться в микроскопическом «хаосе». Толчком к этому послужили работы немецкого бактериолога Роберта Коха, нашедшего простой и надежный способ выделения чистых культур бактерий. В микробиологии началась новая эра — эра замечательных открытий и побед. Мир микробов предстал в совершенно новом свете. Неисчислимый, огромный, многообразный мир существ, веками обеспечивающих существование и жизнь человека и в то же время постоянно сеющих смерть.
«Зверьки», открытые Левенгуком, оказались страшнее самых лютых зверей. Так Кох доказал, что холера вызывается одним из микробов — холерным вибрионом. Он же нашел и бацилл — возбудителей сибирской язвы. Туберкулезные палочки (палочки Коха) оказались возбудителем туберкулеза, кстати, считавшегося в то время болезнью не заразной. Возбудителей многих и многих болезней удалось выявить ученым.
Знаменитому микробиологу Луи Пастеру удалось установить, что все процессы гниения и брожения в природе, без которых невозможна жизнь, круговорот веществ, осуществляются микробами.
С. Н. Виноградский показал роль микробов в жизни растений. Оказалось, что и многие другие процессы в живой и мертвой природе также происходят с помощью микроорганизмов. И если бы на какое-то время на Земле приостановилась деятельность микробов, жизнь бы кончилась. Дно океанов покрылось бы трупами рыб, погибших без пищи, так как многие рыбы питаются микроскопическими водными организмами. Эти трупы не смогли бы разлагаться под действием гнилостных бактерий, как это происходит сейчас. На земле погибли бы все растения и животные. Изменился бы состав атмосферы. Земля стала бы мертвой планетой. Страшная картина, которую даже трудно себе представить!
Итак, уничтожить все микроорганизмы нельзя, да и не нужно. Но бороться с теми из них, которые вызывают болезни, являются вредными, можно и должно. Сейчас почти для всех видов болезнетворных бактерий найдены средства их уничтожения. Но всё ли мы знаем о мире микробов и все ли средства борьбы исчерпаны, чтобы ликвидировать его опасных представителей?
Оказывается, нет. Есть еще способ борьбы с болезнетворными микробами, которым человек начал пользоваться недавно и который дают ему… сами же микробы. Микробы против микробов. Но, чтобы пользоваться этим средством, нужно знать, как относятся друг к другу различные виды микробов в естественных условиях.
Очень простой способ для экскурсий в микроскопический мир предложил академик Н. Г. Холодный. Острым ножом он делал вертикальный разрез в почве, вставлял в это отверстие четырехугольное стерилизованное стеклышко и закапывал его. Со временем стекло покрывалось почвенными растворами, мелкими частичками почвы, среди которых поселялись различные микроорганизмы, обитающие в ней. Затем извлекал стекло и после специальной обработки рассматривал его под микроскопом. Приставшие к стеклу частички почвы и микробы сохранялись в их естественном расположении, и, таким образом, можно было наблюдать за ними.
Мир микробов жил своей бурной и тайной жизнью. Ежесекундно в нем шла ожесточенная борьба, приводящая к смерти одних обитателей и усиленному размножению других. Теперь уже ученые знают, какое оружие используют различные виды микробов в своих непрекращающихся «войнах». Это не обязательно прямое уничтожение, как делают амебы и инфузории с бактериями. Есть и такие микроорганизмы, которые вырабатывают специальные вещества для нападения на одни микробы и защиты против других. Вещества эти получили название антибиотиков.
Профессор А. А. Имшенецкий установил, что некоторые бактерии вырабатывают антибиотики не только против других видов бактерий, а также и против почвенных амеб и инфузорий, охотящихся за ними. Другой ученый, Н. А. Красильников, убедительно показал, что в почвах очень широко распространены различные грибы, вырабатывающие антибиотики, губительно действующие на многие вредные бактерии.
А нельзя ли отобрать у грибов это оружие, выделить его в чистом виде и, применяя как лекарство, уничтожить болезнетворных микробов? Такой вопрос возник у ученых-микробиологов давно. Но только после долгих трудов и поисков удалось, наконец, получить лекарственные антибиотики. Сейчас они всем знакомы. Это пенициллин, стрептомицин, грамицидин и др.
Однако получение антибиотиков — дело нелегкое. Приходилось перебирать множество различных видов почвенных грибов, изучать, как они действуют на тех или иных болезнетворных бактерий. Ведь необходимо найти такие антибиотики, которые легко бы уничтожали бактерии и в то же время совершенно были бы безвредными для организма человека.
Но есть и другой путь. Его предложил Игнатий Горацевич Шиллер. Он решил борьбу одного вида микроорганизмов против другого вызвать искусственно, в условиях лаборатории, и направлять эту борьбу по воле человека.
И вот после многих экспериментов ученому, наконец, удалось заставить бороться друг с другом виды микробов, которые в обычных природных условиях существуют абсолютно мирно. Он заставил, например, безобидную картофельную палочку (микроб, живущий на поверхности картофельных клубней) уничтожить опасного для человеческого здоровья стрептококка — возбудителя гнойных заболеваний. В опытах И. Г. Шиллера дрожжи растворяли туберкулезную бациллу, в другом случае он мог ту же бациллу сделать победительницей дрожжей. Эти же мирные дрожжи могли стать злейшим врагом возбудителя тифа и т. д. Как же это произошло?
При помощи какой «волшебной палочки» удалось ученому уверенно дирижировать в мире невидимок, еще недавно считавшемся «хаосом»? Оказывается, нужно очень глубоко знать биологию, условия жизни различных видов микроорганизмов. А затем, сталкивая между собой «мирных» микробов в определенных условиях, добиваться между ними борьбы за существование.
Допустим, что нам необходимо заставить безобидных дрожжей уничтожить стафилококки. Мы знаем, что в обычных условиях дрожжи не убивают стафилококков, а, наоборот, рост дрожжей часто заглушается этими бактериями. Но в то же время мы знаем, что для нормальной жизни дрожжи в первую очередь нуждаются в сахаре, а затем уже в белке. Стафилококкам же необходимы только белки. Этим мы и воспользуемся.
Посмотрите, что произойдет, если две чистые культуры дрожжей и стафилококков поместить в пробирку с дистиллированной водой, в которую добавлен сахар. Дрожжи в таком опыте окажутся в более выгодном положении, чем стафилококки. Для дрожжей в качестве пищи есть сахар. Стафилококки же сахаром питаться не могут, им нужен белок. Но где его взять? Только за счет тела дрожжей. Однако справиться с дрожжами голодные и слабые стафилококки не в состоянии. Для усиленного размножения дрожжам нужен белок. И вот они начинают употреблять в пищу ослабших, неспособных к сопротивлению стафилококков. Проходит несколько дней, и в культуре остаются одни дрожжи, уничтожившие всех стафилококков.
Но продолжим опыт дальше. Возьмем нашу пробирку и поместим в центрифугу, отделим дрожжи от жидкости. Слив эту жидкость в другую пробирку, поместим туда свежую культуру сытых и сильных стафилококков. Оказывается, не пройдет и часа, как стафилококки исчезнут без остатка. В пробирке находится «оружие», которое дрожжи использовали в борьбе со стафилококками. И самое замечательное то, что в естественных условиях дрожжи таких веществ не вырабатывают. Необычайные условия существования заставили этих мирных грибков производить «оружие» против бактерий. Вещества, убивающие бактерии, И. Г. Шиллер назвал «лизинами» (от греческого слова «лизис» — «растворение»). Это были первые в истории науки антибиотики.
Итак, «волшебной палочкой», используемой учеными для превращения мирных видов микробов в антагонистов, врагов, является изменение условий их существования. Пользуясь этим методом, можно направить один вид микробов против другого и таким образом получить антибиотики-лизины. Но для этого нужно хорошо, до тонкостей знать условия их существования, знать, в какой пище, температуре и т. д. нуждается данный микроб.
Как видим, «ключ» к управлению миром невидимок найден. Сейчас все шире и шире проводятся работы в этом направлении. Некоторые ученые сумели направить безвредных микробов даже против клеток раковых опухолей. В одном из опытов при помощи лизинов, полученных от картофельной палочки, удалось вылечить 29 крыс из 35, зараженных раком. Правда, говорить об использовании бактериальных лизинов для лечения раковых заболеваний человека еще рано. Пока проводятся опыты на животных.
Наука идет вперед семимильными шагами, делая иногда огромные скачки. И кто знает, какой скачок готовится сейчас в тиши микробиологических лабораторий! Какую неведомую и замечательную тайну откроет мир невидимок, мир, который человек воспринял впервые в виде «хаоса», а теперь уже находит способы управлять его обитателями!
Но уже из этих опытов видно, каким мощным средством в борьбе с болезнями может стать применение «дрессированных» микробов. Со временем самые трудноизлечимые болезни отступят перед разумом человека, раскрывшего секреты жизни микробов. Человечество войдет в новую эру — эру, когда любая болезнь станет очень редким явлением. Так будет когда-то (по крайней мере, очень хотелось бы в это верить).
Автор: Н. Лысогоров.