Текст книги "Невидимые друзья и враги"

Автор книги: Михаил Метальников

Соавторы: Екатерина Андреева
сообщить о нарушении

Текущая страница: 10 (всего у книги 13 страниц)

Глава 13
ВОЙНА МЕЖДУ МИКРОБАМИ

ир так устроен, что живые существа – растения, животные, микроорганизмы – в борьбе за существование часто превращаются в смертельных врагов. Каждый из них должен отвоевать для себя пространство, воздух, пищу. Иногда они сожительствуют вместе, один дополняет другого и питается его отбросами, в свою очередь доставляя ему нужные вещества, – это симбиоз. Иногда же бывает наоборот: присутствие одного организма действует губительно на другой.

Известно, что, когда заразные микробы попадают в воду или в землю, большинство из них скоро погибает. Уничтожает этих микробов, в основном, солнце, но также и воздействие других микробов – безвредных и полезных для человека. Еще в старых греческих рукописях встречаются указания на то, что некоторые эпидемические заболевания заглушают другие. А в 1877 году Пастер заметил, что если вместе с бациллой сибирской язвы ввести в организм животного некоторые безвредные бактерии, то животное не заболевает. В этом случае бацилла сибирской язвы оказывается побежденной безвредной для человека бактерией.

Пастер писал: «У низших живых существ еще в большей степени, чем у высших представителей животного и растительного царства, жизнь убивает жизнь».

И. И. Мечников еще до Пастера высказал мысль, что для уничтожения болезнетворных микробов можно использовать борьбу между микробами. Он первый предложил использовать молочнокислые бактерии для борьбы с гнилостными микробами в кишечнике человека. Он писал: «Молочнокислые бактерии с помощью вырабатываемой ими молочной кислоты изгоняют диких ядовитых бактерий из нашего кишечника».

Мечникова и Пастера с полным основанием можно считать основоположниками учения об антагонизме (борьбе) микробов и об антибиотиках. После этих крупнейших ученых многие исследователи, как у нас, так и за рубежом, отмечали явление антагонизма у микробов.

Еще в семидесятых годах прошлого столетия пробовали лечить людей и животных при заразных заболеваниях культурами бактерий. Лечили кожные болезни, сибирскую язву, дифтерит, туберкулез и т. д. Много внимания уделялось бактерии «чудесной крови», вызывавшей в средние века разные суеверия. Ее антагонистические свойства впервые наблюдал русский ученый Павловский в 1877 году. Эта палочка подавляла рост микрококков, тифозной палочки, чумной палочки, рост стафилококков, дифтерийной палочки и стрептококков.

Все бактерии, угнетающе действующие на других микробов, привлекали внимание исследователей в течение нескольких десятилетий. И теперь многие бактерии и грибы употребляются для оздоровления почвы, для борьбы с болезнями растений, для повышения урожайности.

Борьба за жизнь в почве

Среди микроорганизмов – актиномицетов, бактерий, грибов – открыто много соперников, проявивших свои агрессивные наклонности даже в лабораторных опытах. Испытывая микробов, их наносили отдельными пятнами на засеянную другими микробами поверхность питательного вещества. Вскоре все зарастало микробами. Только вокруг испытуемых пятен оставались то узкие, то более широкие зоны «смерти», в которых ничего не росло.

Но есть опыты, еще более убеждающие в том, что среди микробов идет жестокая борьба.

Ученый Советской Армении Э. К. Африкян проводил свои опыты не в лаборатории, а непосредственно в почве, в которую вносил микробов вида «азотобактер». Они в почве продолжали расти и размножаться. Число микробов в грамме земли достигало миллиона и более. Но как только в ту же почву он подсадил других микробов, вида «мезентерикус», – жизнь азотобактеров начинала угасать. Количество их в грамме почвы быстро падало, и скоро они совсем исчезли, уступив поле битвы своим соперникам.

Интересное явление в природе подтверждает то же самое. На обгорелых полянах, там, где разводили костры, на серовато-черном фоне обуглившейся почвы иногда хорошо заметен растущий гриб, так называемый «пиронема», с многочисленными оранжево-красными или розоватыми мелкими пятнами. Он растет на таком незавидном месте только потому, что здесь огонь уничтожил всех его возможных соперников.

Борьба за жизнь среди микробов в почве не ограничивается применением одних только «боевых химических веществ».

Летом, в жаркие, знойные дни, когда на небе нет ни облачка, когда на полях и лугах все высохло, в потрескавшейся почве много лучистых грибков. Они очень нетребовательны, им еще хватает пищи. Бактерий же почти нет. Но после того, как пройдут дожди, картина меняется. Оживают поля и луга, в почве размножаются бактерии. Они расходуют, запасы пищи, ничего не оставляя грибкам, и те погибают.

Однако после дождей жизнь становится опасной и для бактерий. У них в почве много врагов, и самые жестокие – это простейшие: амебы, жгутиконосцы, инфузории. В засуху они окружают себя плотной оболочкой, спасающей от губительного жара и потери влаги. А как только пройдут дожди, они сбрасывают оболочки и оживают. Медленно ползут амебы, окутывая своими телами все, что им попадается по пути. Захваченные бактерии гибнут, служа им пищей. Крутясь в почвенном растворе, стремительно двигая ресничками и жгутиками, инфузории и жгутиконосцы вызывают ток жидкости и втягивают в себя бактерий.

В микроскоп иногда видны настоящие поединки между обитателями почвы.

Вот виден грибок. Он как бы нафарширован напавшими на него бактериями. Они проникли в него. Как паразиты, они набросились на живую пищу, размножились, и пораженный ими грибок погибает, постепенно исчезая.

А вот грибок проник в другой вид грибка. Второй из них растет и побеждает, а первый гибнет.

Микробы – это маленькие хищники. Как любой хищник, они нападают, убивают свою жертву. Но как же у этих маленьких существ развилась эта поражающая способность вырабатывать для своей защиты особые, как бы «боевые» химические вещества?

Развилась она не сразу. Как у животных могут рождаться сильные и слабые детеныши, так и в колониях микробов иногда оказываются более «сильные» экземпляры – выделяемые ими вещества начинают угнетать жизнь других микробов. Вот это угнетающее свойство, передаваемое по наследству из поколения в поколение, нарастало и в конце концов превратилось в оружие, с которым мы познакомились. Образование таких «сильных» видов микробов шло очень медленно. Все несовершенное, не способное к борьбе за существование, погибало в неравной борьбе. Выживали только микробы-победители, которых природа наградила наиболее мощным оружием для борьбы.

Глава 14
МИКРООРГАНИЗМЫ ДЕЛАЮТ ЛЕКАРСТВА

стория науки знает немало примеров, когда, казалось бы, чистая случайность наводила мысль ученых на правильный путь. Роберт Кох, например, долго думал, как выращивать чистые культуры микробов, когда его взгляд случайно остановился на лежавшей перед ним половинке вареного картофеля с пятнами. Как будто случайность явилась причиной важнейшего изобретения – выращивания культур на твердой питательной среде.

Открытие Пастером ослабленных вакцин, открытие, которое спасло человечество от многих болезней, тоже похоже на случайность. Ведь если бы Пастер не забыл микробов куриной холеры в термостате, то, может быть, у нас и не было бы ослабленных вакцин.

Но навряд ли ученые делали открытия только потому, что им везло в жизни. Ведь Пастер напряженно думал о том, как добиться прививок по способу Дженнера, как ослабить микробов. Если б не эти мысли, он, возможно, и не обратил бы внимания на то, что состарившиеся микробы не в силах больше убивать цыплят.

А Роберт Кох, усиленно размышлявший над тем, что нужно для его дальнейшей работы, упорно искал способ, как вырастить микробов отдельно друг от друга, и природа как бы подсказала ему, что микробы размножаются и на твердой питательной среде.

Подобная «случайность» произошла и с английским ученым Александром Флемингом в 1928 году.

Таинственная плесень

В своих исследованиях Флеминг всегда стремился к одному: найти способ борьбы против инфекций, которые еще в начале нашего века были одним из страшных бедствий человечества. Он искал такое вещество, которое уничтожало бы болезнетворных микробов, не вредя организму человека, и это магическое вещество вдруг неожиданно залетело на его рабочий стол. Ученый не обратил бы внимания на этого незнакомого посетителя, если бы не ждал его пятнадцать лет.

В маленькой лаборатории Флеминга в Лондоне было темно и тесно. Повсюду стояли чашки Петри (плоские стеклянные блюдца с загнутыми краями и стеклянными крышками) и пробирки с культурами микробов. Но Флеминг, несмотря на внешний беспорядок, безошибочно находил ту, которая была ему нужна. Дверь в лабораторию была всегда открыта, и, если кому-нибудь из молодых сотрудников необходима была какая-нибудь культура или микроб, ученый, не вставая, протягивал руку, брал требуемую культуру, отдавал ее и тут же, обычно не говоря ни слова, вновь принимался за работу. Когда в комнатушке становилось душно, он открывал окно на улицу.

В 1928 году Флеминг занимался исследованием культур стафилококков. Часто встречаясь в почве, воде, воздухе и почти всегда на поверхности человеческого тела, эти микробы вызывают различные заболевания кожи и нагноение ран. Для наблюдений под микроскопом колоний стафилококков, которые культивировались на агаре в чашках Петри, приходилось снимать крышки и довольно долго держать чашки открытыми. Однажды Флеминг снял крышки с нескольких чашек со старыми культурами. Многие из них оказались испорченными плесенью. Это было вполне обычным явлением.

– Как только вы откроете чашку с культурой, вас ждут неприятности, – недовольно заметил Флеминг стоявшему рядом сотруднику, – обязательно что-нибудь попадет из воздуха!

Вдруг он замолк и, рассматривая что-то, сказал безразличным тоном:

– Это очень странно…

На агаре в одной из чашек Петри, как и во многих других, выросла плесень; но здесь колонии стафилококков вокруг плесени растворились и вместо желтой мутной массы виднелись капли, напоминавшие росу.

Решив выяснить причину этого странного явления, Флеминг опустил немного плесени в пробирку с питательным бульоном. Из разросшейся в бульоне культуры он взял кусочек площадью примерно в квадратный миллиметр, пересадил на чашку с агаром и оставил прорастать на 4–5 дней при комнатной температуре. Вскоре появилась плесень, подобная первоначальной. Ученый засеял агар разными бактериями, расположив их отдельными полосками в виде расходящихся лучей от плесени. Продержав культуру в термостате, он обнаружил, что некоторые микробы выдержали соседство вещества, выделенного плесенью. В то же время рост других начинался только на значительном расстоянии от плесени. Она оказалась губительной для стрептококков, стафилококков, дифтерийных палочек и бацилл сибирской язвы, а на тифозную палочку не действовала.

Флеминг понял, что сделал открытие. Видимо, плесень выделяла вещество, которое останавливало рост возбудителей некоторых самых опасных заболеваний. Значит, она могла стать могучим оружием в борьбе за человеческую жизнь. «Мы обнаружили плесень, которая, может быть, принесет какую-нибудь пользу!» – говорил осторожно Флеминг.

Его познания в науке о грибах были весьма слабыми. В книгах он нашел, что этот род плесени называется «пенициллиум хризогенум», хотя впоследствии специалисты определили, что плесень Флеминга принадлежит к другому виду – «пенициллиум нотатум».

^{Так выглядит плесень, если ее увидеть в сильном увеличении.}

Пенициллин

Почти за шестьдесят лет до открытия Флеминга, в 1870–1871 году, известный русский ученый В. А. Манассеин первым в мире открыл лечебные свойства зеленой плесени. Манассеин назвал эту плесень «зеленый кистевик». Он делал посевы ее на питательных средах и отметил, что там, где растет плесень, «никогда не развиваются бактерии». Крупный русский специалист по болезням кожи А. Г. Полотебнов в 1872 году приготовил препарат плесени в миндальном масле и этой мазью успешно лечил язвы и гнойные раны, которые быстро очищались от гноеродных микробов и зарастали. А в 1904 году русский ветеринарный врач Тартаковский нашел, что зеленая плесень выделяет особое вещество, убивающее возбудителей куриной чумы.

Так русские ученые впервые установили лечебные свойства зеленой плесени. Но они не публиковали своих открытий, и о них мало кто знал. Флеминг первый назвал эту зеленую плесень «пенициллиум», а лечебное вещество, выделяемое ею, – пенициллином.

Он убедился в том, что если взболтать бульон, в котором находится желтое полезное вещество с эфиром и кислотой, то желтое вещество переходит в эфир и сохраняет свои свойства. Но если эфир испарить, пенициллин разрушается.

Выделить пенициллин в чистом, свободном от эфира виде Флеминг не сумел. Он не смог очистить его от разных примесей, да к тому же пенициллин оказался очень нестойким и быстро разлагался. Ничего не добившись, Флеминг оставил свои опыты, надеясь, что химики смогут со временем добиться того, чего он сам не смог.

Около 1939 года при Оксфордском университете образовалась группа ученых, которая заинтересовалась пенициллином. Ученые решили заставить пенициллин лечить людей.

Рассказать о всех трудностях, которые им встретились, о разочарованиях и надеждах, об их дьявольской изобретательности, настойчивости и энергии невозможно. Во всяком случае, после всех трудов им удалось, наконец, получить желтый порошок – соль бария, содержащую пять единиц пенициллина на один миллиграмм. Оксфордской единицей пенициллина называют минимальное количество этого вещества, которое, будучи растворено в кубическом сантиметре воды, может задержать развитие золотистого стафилококка.

Но это было еще не все. Надо было выпарить воду для получения сухого порошка. А как это сделать, если пенициллин при нагревании воды разрушался? Решили уменьшить атмосферное давление, потому что при меньшем давлении вода закипает при более низкой температуре. Наконец и это было достигнуто. Драгоценный желтый порошок остался на дне сосуда.

Он был похож на пшеничную муку, но его еще надо было очистить. Добились и этого. Казалось, теперь, наконец, наступило время проверить его действие на человеке. Но как? Во-первых, пенициллин слишком быстро выводился из организма деятельностью почек. Во-вторых, через рот пенициллин нельзя было ввести, потому что желудочный сок сразу его разрушал. Оставались только многократные инъекции или капельное вливание его в кровь. Но пенициллина было получено еще слишком мало. Для лечения одного больного требовались тысячи литров культуры плесени. Надо было увеличить производительность пенициллина, нужны были средства для работы. Но в 1941 году, во время второй мировой войны, английские заводы были не в силах пойти на такие расходы, и ученым пришлось обратиться за помощью в Америку. Таким образом производство пенициллина оказалось в руках американских предпринимателей. Они охотно его продавали, но не открывали секрета производства и не выдавали грибка, обнаруженного Флемингом.

А между тем в годы Великой Отечественной войны 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. И вскоре он был получен советским ученым, лауреатом государственной премии профессором З. В. Ермольевой.

Было изготовлено лекарство, которому уже сейчас многие тысячи спасенных обязаны жизнью. Пенициллин оказался той «магической пулей», которая без осечки поражает различных «кокков» – гноеродных стафилококков, стрептококков, пневмококков и гонококков. Результаты его применения были потрясающими. Измученные страданиями раненые с незаживающими ранами в течение нескольких дней воскресали. Раны очищались от гноя, быстро затягивались, падала температура, исчезали боли. Больные с заражением крови, которые еще накануне метались в жару, которых истрепала скачущая лихорадка, утром спокойно спали с нормальной температурой. У тяжелых больных с крупозным воспалением легких врачи раньше с трепетом ждали 9-11 дня болезни, когда обычно наступал кризис. Сейчас пенициллин быстро справлялся с пневмококками.

Это была громадная победа. И окрыленные ученые начали искать новые лечебные вещества среди невидимого мира микробов.

Лекарство из лучистого грибка

Тяжело было раньше детскому врачу ставить ребенку диагноз: туберкулезный менингит. Это было равносильно смертному приговору. Менингит, или воспаление мозговых: оболочек, вызванное туберкулезной палочкой, был неизлечим. И вот появился новый антибиотик – стрептомицин. Введенный под кожу больному ребенку, стрептомицин подавлял действие туберкулезной палочки, и 80 % детей стало выздоравливать.

Стрептомицин нашли в почве в особых микроскопических лучистых грибках – актиномицетах. Больные, мучившиеся туберкулезом гортани, от введенного стрептомицина оживали, боли затихали, сиплый голос приобретал звучность. Больные туберкулезом кишечника и общим (миллиарным) туберкулезом, дни которых были сочтены, оживали на глазах, прибавляли в весе и быстро набирались сил. Больные туберкулезом легких переставали кашлять и лихорадить, самочувствие их быстро улучшалось от лечения стрептомицином.

Слава о нем молниеносно облетела весь мир.

Однако у стрептомицина есть два недостатка. Во-первых, при лечении туберкулеза стрептомицин приходится употреблять несколько месяцев. А при таком длительном лечении бактерии делаются устойчивыми, они привыкают к стрептомицину и теряют к нему чувствительность. Во-вторых, стрептомицин может вызвать у больного головокружения, мигрени, крапивницу. Поэтому в последнее время стрептомицин применяется в комбинации с препаратом ПАСК. При употреблении ПАСКа туберкулезные палочки не приобретают устойчивости и в организме больного не возникает побочных явлений.

Стрептомицин, кроме туберкулеза, излечивает чуму, даже легочную, холеру, бруцеллез, заражение крови (сепсис), гнойное воспаление легких, гнойный плеврит.

…и бактерии делают лекарства

В 1932 году американский ученый Дюбо, агроном по специальности, изучая почвенные бактерии, был поражен тем, что древесные стружки, попадая в землю, быстро разлагаются и усваиваются бактериями почвы. «Если в почве есть бактерии, способные разлагать древесные стружки, – решил Дюбо, – то, наверное, должны существовать и такие, которые разрушают живые клетки болезнетворных микробов».

Для подтверждения своей мысли он придумал хитроумный эксперимент с почвенными микробами и с упорством и настойчивостью проводил его больше года.

В небольшой деревянный ящик он поместил смесь различных проб огородной земли и аккуратно поливал их водой в течение двух недель. За это время произошла полная минерализация почвы, то есть почвенные бактерии израсходовали всю пригодную для них пищу, употребив все органические вещества и превратив их в минеральные соли. «Они, – решил Дюбо, – должны теперь начать голодать». Этого он только и ждал. Тогда он стал поливать не водой, а культурой стафилококков. Расчет его был такой: если почвенные бактерии способны разлагать любое органическое вещество, то, может быть, в огородной земле окажутся такие микробы, которые смогут разложить стафилококков, питаясь ими. Тогда они должны успешно размножаться в его ящике.

Открытие в науке дается не легко. Но Дюбо был терпелив. Больше года он поливал землю культурами стафилококков, надеясь постепенно приучить бактерий к новой пище. Дюбо рассчитывал, что бактерии, которые не смогут питаться стафилококками, погибнут; но если хоть одна из них приспособится к этой пище, то она даст поколение бактерий, которые будут питаться стафилококками, то есть их уничтожать.

Однажды он вынул из термостата две пробирки с культурой стафилококков и в одну из них бросил небольшой кусочек земли из своего ящика. Он это делал и раньше, но в этот раз, вынув пробирки, Дюбо увидел то, чего с таким упорством добивался. В одной из пробирок, в той, куда он не клал земли, культура стафилококков оставалась мутной, как накануне. Во второй же, в которую он положил кусочек земли, культура посветлела. Поместив каплю этой культуры под микроскоп, Дюбо увидал, что стафилококки почти исчезли, но появились какие-то новые палочки, которых раньше не было.

Сердце Дюбо забилось сильнее. Его предположения как будто начали оправдываться! Это, наверное, бактерии уничтожили стафилококков! Оставалось только проверить. Дюбо вырастил на питательной среде чистую культуру палочки и попробовал прибавить стрептококков. Стрептококки не выросли; он добавил пневмококков – тоже ничего не выросло. Теперь не было сомнений: Дюбо обнаружил микроба, обладающего способностью разрушать кокков.

Но пытливый ум ученого на этом не успокоился. Дюбо заинтересовался, каким образом микробы уничтожают друг друга. Ведь у них нет рта, чтобы проглотить своего врага. Единственно, что они могут, – это выделять какое-то безвредное для себя вещество, которое убивает противника. Дюбо выделил это вещество в чистом виде и назвал его тиратрицином. Тиратрицин убивает стрептококков при ангинах и нагноительных процессах.

В настоящее время известно более двух десятков лечебных препаратов (антибиотиков), которые в природе являются защитным химическим оружием микробов. Изъяв микробов из естественных условий, их заставили размножаться на искусственных питательных средах, на заводах антибиотиков. Живя и размножаясь в новых, необычных для них условиях, они тем не менее продолжают выделять свое «боевое» химическое вещество, но уже не против своих врагов в природе, а против врагов человека.

Пенициллин, стрептомицин и другие антибиотики изготовляются в СССР медицинской промышленностью тоннами.

Для этого извлекают из почвы только первоначальную, незначительную порцию микробов. В заводских лабораториях выращивают из них чистые культуры, проверяют их качество, отбирают лучшие и передают в пробирках отобранных микробов в производственные цеха.

Здесь в довольно сложных аппаратах, наполненных специально приготовленной жидкой питательной средой, производится массовое выращивание микробов и накопление антибиотиков.

В общем, можно сказать, что только после второй мировой войны начался новый этап борьбы с болезнетворными микробами, когда против них люди мобилизовали самих же микробов. Чтобы погубить соперников и выжить, микробы – наши помощники – вырабатывают биологически активные вещества, антибиотики.

Почти против всех микробов, вызывающих заболевания растений, можно подобрать их антагонистов, соперников в борьбе за существование. Нужно только наиболее сильные экземпляры столкнуть с более слабыми.

Так и поступают работники сельского хозяйства. Для защиты, например, корней льна или пшеницы от грибков, вызывающих заболевание (фузариоз), семена растений обрабатывают бактериями, которые побеждают грибков.

Иногда бактерии-помощники вносятся в почву, перемешанную с растительными остатками или с торфом. Там они быстро размножаются, и корни растений уже с самого начала растут и развиваются под их охраной.

Иногда просверливают отверстие в стволе и вставляют в него смоченный антибиотиком тампон; иногда прикладывают антибиотики в виде компресса к стеблям, веткам и листьям; часто просто опрыскивают растения из пульверизатора.

Некоторые бактерии вызывают болезнь «увядания» у абрикосовых и персиковых деревьев. При этом сначала высыхают листья, затем ветки и, наконец, все дерево. Раньше это было бедствием. Теперь же смачивают листья определенным антибиотиком или вводят его в ствол, и деревья выздоравливают.

Иногда хлопчатник болеет заразной болезнью, которая вызывается бактериями, живущими в семенах. Если семена обработать специальным антибиотиком, он убьет бактерий, а семена не испортит.

Среди бобовых растений тоже бывают заразные болезни. Одна из них называется «мучнистой росой». Листья покрываются плотным белым налетом, и растение чахнет. Но, если опрыскать больные растения антибиотиком, уже через два дня налет исчезнет, потому что грибок, вызвавший болезнь, погибает.

Найдены также антибиотики, которые предохраняют от грибка салат и помидоры.

Конечно, не все полезные нам микроорганизмы приручены, но те, что уже открыты, оказывают человечеству огромную помощь в борьбе с невидимыми врагами.