Глава 11 От Левенгука до электронного микроскопа

Глава 11

От Левенгука до электронного микроскопа

Коль много микроскоп

Нам тайностей открыл…

М. В. Ломоносов

К концу XVII в. в биологии сложилась довольно гармоничная картина природы, согласно которой весь живой мир делился на два царства: растений и животных. Основные их представители были давно открыты и описаны, и казалось, что ничего существенно нового уже не может быть открыто.

Но в 70-х гг. XVII в. в Лондонское королевское общество стали поступать письма от некоего Антони ван Левенгука, суконщика из голландского города Делфт, в которых были описаны удивительные существа, обнаруженные им с помощью самодельного микроскопа.

Он отнюдь не был похож на современный и состоял всего лишь из одной линзы, дающей увеличение до 300 раз. В ее фокусе закреплялся один объект, который казался Левенгуку интересным. Таким образом, объект наблюдения и микроскоп составляли уникальное единство, и для каждого нового объекта Левенгук создавал новый прибор. Подтверждением этому служит название его книги «Тайны природы, открытые Антонием Левенгуком при помощи микроскопов». (Обратите внимание на множественное число в конце названия книги.) Несмотря на то что Левенгук изготовил огромное количество микроскопов (451!), ни с одним из них он ни за что не хотел расставаться и на все попытки купить у него микроскоп отвечал решительным отказом. Исключение было сделано только для Петра I, которому Левенгук подарил микроскоп, когда царь посещал его лабораторию. По-видимому, российский монарх был первым из русских и первым из всех монархов, которому открылся мир микробов.

Рассматривая через линзу микроскопа различные объекты, Левенгук увидел множество мельчайших живых существ, как он их назвал, «зверюшек», доселе никому не известных и ни разу не описанных. Он находил их везде, даже в капле воды из канавы. Эти «зверюшки» теперь известны как простейшие. В 1683 г. Левенгук обнаружил живые организмы еще меньше них. По-видимому, ему удалось впервые в истории человечества наблюдать бактерии.

Свои наблюдения Левенгук описал в 112 письмах, адресованных Лондонскому королевскому обществу. Оригинальность и тщательность описаний привлекли к ним внимание, и они были изданы отдельной книжкой под названием «Тайны природы».

Эти письма и по сей день хранятся в архивах Лондонского королевского общества, и один дотошный английский журналист обнаружил, что к трем из них до сих пор прикреплены пакетики с препаратами, собственноручно изготовленными Левенгуком. Они были исследованы современными методами, и оказалось, что препараты выполнены с большим искусством, хотя приборов для изготовления срезов (микротомов) у Левенгука не было, и пользовался он обыкновенной опасной бритвой.

Можно с уверенностью утверждать, что фундаментальные наблюдения Левенгука заложили основы микробиологии и послужили началом ее описательного, или морфологического периода. Итак, если Пастера называют отцом микробиологии, то Левенгука по праву можно считать ее дедушкой.

По сути, он открыл третье царство — царство микробов. Но едва ли он сам или его современники были в состоянии оценить значение этого открытия. Со времен Левенгука прошло три столетия. Но даже сейчас, после десятилетий бурного развития микробиологии, нельзя сказать, что все виды микроорганизмов уже открыты и остается лишь тщательно изучить уже известные формы. Совсем наоборот. По мере появления новых методов наблюдения и новых специализированных сред для выращивания микроорганизмов удается выделить формы, поражающие воображение даже видавших виды микробиологов.

Тут и клетки треугольной и звездчатой формы, и ползающие многоклеточные бактерии… А сообщения об открытии все новых и новых форм и видов продолжают поступать.

Теперь настало время остановиться на существе современных методов обнаружения микробов.

Устройство человеческого глаза не позволяет различать предметы, величина которых меньше одной десятой миллиметра. Микроорганизмы значительно мельче, и как бы мы ни напрягали свое зрение, нам никогда не увидеть их невооруженным глазом. Тем не менее все же существуют визуальные методы наблюдения микроорганизмов, правда, не отдельно взятых, а их скоплений. Интенсивно размножаясь и достигая больших концентраций в единице объема, микроорганизмы становятся видимыми и невооруженным глазом. Так, прозрачный бульон становится мутным, когда количество развившихся в нем клеток достигает одного-двух миллиардов в одном кубическом сантиметре. На измерении мутности основан один из методов количественной оценки микроорганизмов — нефелометрический.

Известен другой метод, применяющийся для количественного определения микроорганизмов и тоже основанный на визуальном определении не единичных клеток, а их скоплений, так называемых колоний, — метод предельных разведений. Небольшой объем исследуемой жидкости или суспензии равномерно распределяется по поверхности плотной агаризованной питательной среды. В тех местах поверхности, куда попали клетки микроорганизмов, через некоторое время образуются крупные или мелкие колонии. Обычно используют несколько различных концентраций (разведений) исследуемой жидкости, что позволяет получить достоверные данные о содержании микроорганизмов в исследуемом образце.

Возможно, конечно, и прямое микроскопирование. Однако смотровое поле микроскопа настолько мало, что для получения достоверных данных необходимо просмотреть большое число полей, что требует больших затрат квалифицированного труда. Этот процесс можно автоматизировать, используя электронно-лучевую трубку. Если электронный луч направить на смотровое поле, то, двигаясь по нему, он будет отражаться от клеток. Можно учесть число отражений и даже создать прибор, состоящий из электронно-лучевой трубки и счетчика. Однако у этой системы есть существенный недостаток: электронный луч, отражаясь одинаково от мертвой и от живой клетки, дает явно завышенную численность живых микроорганизмов. Более того, при наличии показаний в исследуемом образце в действительности может вообще не быть жизнеспособных клеток.

Наилучшие результаты, конечно, можно получить, используя совокупность методов, а также тщательно анализируя и сравнивая результаты, полученные различными способами.

Вот почему необходима разработка инструментальных методов микробиологического анализа, не только приспособленных к микроскопическим размерам исследуемых объектов, но и позволяющих отличать живые микроорганизмы от мертвых. В создании таких методов имеются значительные успехи.

Для обнаружения микроорганизмов, помимо обычных микробиологических способов, используются физические и химические. Г. Соли запатентовал в США оригинальный способ, основанный на способности живых микроорганизмов синтезировать фермент каталазу. Исследуемую жидкость вводят в раствор, содержащий перекись водорода и вещество, хемолюминесценция которого активируется перекисью водорода. Уменьшение интенсивности хемолюминесценции в растворе по сравнению с контролем показывает на присутствие в пробе живых клеток, каталаза которых разлагает перекись водорода и тем самым уменьшает интенсивность хемолюминесценции.

Другой физический метод обнаружения живых бактерий и дифференциации их от погибших микроорганизмов и инертных тел микроскопического размера разработан Дж. Воудом и М. Бенсоном. Проводящую электрическую жидкость пропускают через маленькое отверстие в диэлектрике. При этом живые бактерии вызывают мгновенные резкие изменения (скачки) сопротивления. Подсчет возникающих скачков с помощью электронно-счетного устройства и корреляция полученных данных со скоростью тока жидкости позволяют с большой точностью определить концентрацию живых бактерий в известном объеме жидкости. Современные приборы для обнаружения микроорганизмов способны найти одну клетку в 1 мл исследуемой жидкости. И это, наверное, не предел. Если с помощью микроскопа Левенгука, состоящего из одной линзы и дающего увеличение всего в 300 раз, удалось открыть целый мир бактерий, то какие же огромные возможности предоставляет пытливому исследователю микробиология XXI в., оснащенная целым арсеналом современных средств наблюдения!