В глубинах микромира

В глубинах микромира

За гранью светового микроскопа

Благодаря работам гениальных «охотников за микробами», главным образом Пастера и Коха, к концу XIX века в медицине сложилось стройное учение об инфекциях. Суть его проста: любая инфекционная болезнь должна иметь своего возбудителя. И действительно, один за другим открывались возбудители различных заразных заболеваний.

Микробиологи уже знали возбудителей сибирской язвы, туберкулеза, столбняка, чумы человека, сапа, рожи свиней и многих других болезней. Выделение все новых и новых микроорганизмов шло столь стремительными темпами, что к началу нашего столетия были выявлены возбудители большинства распространенных болезней человека и животных.

Исследователи научились не только выделять болезнетворных микробов, но и культивировать их в искусственных лабораторных условиях на питательных средах.

Казалось бы, путь борьбы человека с опасными представителями мира микробов предопределен. И хотя в то же время как бы в подтверждение положения, что нет правил без исключения, накапливались факты, не соответствующие классической теории инфекций, на них особого внимания не обращали. Не удается выделить и охарактеризовать возбудителей бешенства или ящура — неважно! Ведь это все равно должны быть микробы, и рано или поздно их удастся получить в чистой культуре, нужно лишь создать подходящую среду. Поиски продолжались. Никто не мог даже допустить мысли, что природа и здесь приготовила человеку «сюрприз» и существует огромнейший мир организмов, в тысячи и сотни тысяч раз более мелких, чем микробы. На этот раз из состояния неведения вывел человечество не любознательный дилетант, как это случилось с миром микробов, открытым Левенгуком, а ученый-экспериментатор.

Все началось с событий, не имеющих, казалось бы, никакого отношения к медицине и волновавших людей, довольно далеких от нее. Это были промышленники-табаководы, начавшие терпеть убытки от болезней табака, которые снижают урожай и ухудшают качество продукции. Многочисленные курильщики выражали недовольство.

Но табаководы ничего не могли поделать. Болезнь распространялась, охватывая все новые плантации. Называлась она табачной мозаикой. Название древнее и довольно удачное. Чередование здоровых и больных участков на листьях табака, пораженных болезнью, действительно похоже на мозаику. Этим сравнением исчерпывались почти все сведения о заболевании.

Впрочем, не совсем так. Относительно причин болезни у табаководов некоторые соображения были. Однако мнения разделились. Одни винили солнце; другие, наоборот, видели все зло в холодных ночах и туманах; третьим казались подозрительными парники, в которых выращивалась рассада. Были и такие, кто полагал, что болезнь просто необъяснима и возникает из-за колдовства.

Но как лечить растения? Классическая теория инфекций требовала прежде всего найти возбудителя-микроба. И промышленники позвали на помощь ученых.

В Голландии мозаичной болезнью табака занялся в 1886 году немецкий микробиолог Майер. Довольно быстро ему удалось установить инфекционный характер заболевания. Нашел он и что сок больных растений, профильтрованный через двойной бумажный фильтр, теряет свое заразное начало.

Майер делает вывод: возбудителем болезни является бактерия. Начинаются безуспешные поиски бактерии и попытки выделить ее в чистую культуру. Так, подойдя к порогу великого открытия, ученый свернул в сторону. Почтение перед классической теорией инфекций, уверенность, что все болезни вызываются микробами, которых можно увидеть в микроскоп, не позволили Майеру сделать последнего шага и испробовать иные способы фильтрации сока больных растений.

Изучение табачной мозаики было организовано также и в России, где болезнь особенно распространилась на табачных плантациях Крыма и Молдавии. Вот туда-то Департамент сельского хозяйства и промышленности и послал начинающего способного ученого Дмитрия Иосифовича Ивановского. Вначале он пошел по пути Майера.

Много дней провел Дмитрий Иосифович за микроскопом, отыскивая в соке больных растений микроба-возбудителя. Но микроб был неуловим. Безуспешными оказались попытки вырастить культуру возбудителя на питательных средах. Среды готовились самые разнообразные, но посевы сока больных растений ничего не давали, предполагаемый возбудитель не появлялся.

«Все эти опыты, потребовавшие массу времени и труда, — писал впоследствии ученый, — дали отрицательный результат; микроорганизм, очевидно, не способен расти на искусственных субстратах».

Тогда Ивановский перешел к опытам с фильтрацией. Он растер листья с небольшим количеством кипяченой воды и профильтровал через бактериальный фильтр, так называемую свечу Шамберлена.

Фарфоровые цилиндры этого прибора имеют отверстия меньше размеров любого микроба. Если в листьях есть бактерии, они останутся внутри фильтра и их можно будет выделить. Фильтрат же, прозрачная жидкость, полученная после прохождения сока через фильтр, должен стать стерильным и не вызывать заражения — так гласила классическая теория инфекции.

Исходя из этого, Ивановскому не было никакого смысла пробовать заразить здоровые растения, нанося фильтрат на листья. Это было просто нелогично. Ведь ясно, что никаких бактерий там нет. Да и Майер уже однажды убедился в стерильности профильтрованного сока, о чем Ивановский знал. И все-таки вопреки правилам Ивановский решил испробовать полученный фильтрат. Он сделал царапины на здоровых листьях и нанес на них несколько капель профильтрованного сока. Через некоторое время листья оказались пораженными табачной мозаикой. Несколько раз подряд повторил ученый свои эксперименты, но результат был один и тот же: картина табачной мозаики неизменно воспроизводилась.

Чем же руководствовался молодой исследователь?

Толчком послужили работы французского бактериолога Эмиля Ру, недавно прочитанные Ивановским. Ру впервые доказал, что болезнетворное действие дифтерийных бактерий может определяться не самим микробом, а выделяемым им ядом — токсином.

Казалось бы, что при заболевании табака картина такая же: виновник — какой-то токсин. Но интуиция ученого подсказывает Ивановскому, что это все-таки не так. Он верит, что находящееся в профильтрованном соке заразное начало — какие-то существа, пусть во много раз более мелкие, чем бактерии, и способные проходить даже через фарфоровые поры свечи Шамберлена, но именно живые существа.

И Ивановский решает доказать, что он прав. Однако возбудителя не удается ни вырастить в культуре, ни увидеть под микроскопом.

Но почему обязательно видеть? Ведь есть и другие пути доказательства. И вот в течение нескольких повторяющихся опытов (такой метод носит название пассирования) исследователь переносит сок от больных растений к здоровым.

Расчет здесь прост: если в каком-то из пассажей, в ходе которых первоначальный сок от больных растений все более разбавляется, не появится картина заболевания, тогда можно считать, что причиной болезни является яд, количество которого при многократном разведении стало слишком малым. Если же окажется, что бесконечное количество пассажей вновь и вновь приводит к заражению здоровых растений, нужно будет говорить о живом агенте, организме, развивающемся в растении от пассажа к пассажу.

Так был открыт первый вирус, существо невидимое, лежащее за гранью светового микроскопа, но именно существо. Тайна табачной мозаики получила разгадку. Ни солнце, ни холодные ночи, ни тем более колдуны оказались ни при чем.

Кстати, как теперь установлено, переносчиком этого вируса служит сам человек. Достаточно прикоснуться сначала к больному, а потом к здоровому растению, чтобы перенести инфекцию.

Очень велика и устойчивость вируса табачной мозаики. Он сохраняет свою инфекционность даже через много лет после высушивания табачных листьев. А потому распространению болезни невольно способствуют и сами курильщики. К тому же вирус табачной мозаики весьма заразителен и для многих других растений. Известен случай, когда листья зараженного табачной мозаикой помидора сохранили активный вирус после того, как 25 лет (!) пролежали засушенными и упакованными в ящик.

Вирусы в истории человечества

За 70 лет, отделяющих нас от работ Ивановского, учение о вирусах разрослось в самостоятельную науку — вирусологию. Днем ее рождения принято считать 12 февраля 1892 года, когда Ивановский доложил результаты своих исследований на одном из заседаний Академии наук.

Нужно сказать, что ученые того времени да и сам Дмитрий Иосифович не поняли всей грандиозности открытия. Не получило оно признания и в ближайшие годы, хотя уже через шесть лет крупный авторитет голландский микробиолог Бейеринк повторил работу Ивановского и подтвердил ее результаты, а в том же году немцам Леффлеру и Форшу удалось установить, что возбудитель ящура у крупного рогатого скота — тоже фильтрующийся вирус.

Даже через 20 лет после открытия Ивановского в обзорах по микробиологии можно было прочесть буквально следующее:

«По настоящее время известно не менее восемнадцати болезней (ящур, желтая лихорадка, детский паралич, повальное воспаление легких рогатого скота, чума птиц и т. д.), обусловливаемых, как не без основания полагают, ультрамикроскопическими организмами, величина которых колеблется в пределах между 0,0014 и 0,000014 миллиметра.

За исключением микроорганизма, вызывающего желтую лихорадку, который, как известно, одну из стадий своей жизни проводит в теле комара и представляет собой, по всей вероятности, простейшее животное, прочие ультрамикроскопические паразиты относятся, вероятно, к бактериям. Кроме болезней человека и животных, так называемая мозаическая болезнь табака также обусловливается действием фильтрующихся микробов».

Итак, пусть мельчайшие, пусть невидимые, а все-таки бактерии!

Микробиологам, воспитанным на постулатах классической теории инфекций, даже на миг трудно было предположить, что за этими первыми открытиями стоит огромный и совершенно новый мир существ, скрытый в глубинах микрокосма. Мир не менее своеобразный, чем тот, который открыло науке применение светового микроскопа.

Что же несли людям представители этого неведомого мира?

Сейчас можно твердо сказать, что потери человечества от вирусных инфекций намного превышают урон от заразных заболеваний, вызываемых бактериями, патогенными грибами и простейшими. Вот несколько примеров.

Оспа. Это вирусное заболевание описано еще за 1000 лет до нашей эры. Потери человечества от вируса оспы огромны. По неполным подсчетам, в одном лишь XVIII веке от этого заболевания умерло около 60 миллионов человек.

Грипп. Хотя вирусная природа гриппа была окончательно установлена в 1933 году, само заболевание известно уже несколько столетий. Распространяется вирус гриппа с необыкновенной быстротой, иногда вызывая пандемии — эпидемии в глобальных масштабах.

Особенно страшной по своим последствиям была пандемия 1918–1919 годов, охватившая тогда почти половину населения земного шара. В эти годы от гриппа и его осложнений погибло около 20 миллионов человек, больше, чем на полях сражений за всю первую мировую войну. По счастью, более легко протекала вспыхнувшая в 1957 году пандемия так называемого азиатского гриппа, хотя число заболевших на этот раз превысило миллиард.

Только в Соединенных Штатах азиатским гриппом переболело 80 миллионов человек, то есть половина жителей страны.

Желтая лихорадка. Моряки прошлого века дали этому тяжелому заболеванию свое имя — «Желтый Джек».

На протяжении нескольких столетий «Желтый Джек» был буквально бичом мореходов, торговавших с Африкой. Есть предположение, что именно этой болезни обязаны своим возникновением легенды о неприкаянных «мертвых» кораблях «Летучем Голландце» и «Старом моряке».

Во время французской революции, когда был отменен карантин в европейских портах, вирус желтой лихорадки проник в Европу и одновременно распространился также в Северной и Южной Америке. Здесь «Желтый Джек» сыграл свою зловещую роль при строительстве Панамского канала. Из-за вспыхнувшей эпидемии строительство пришлось прекратить.

Вот некоторые подробности этой трагедии, приведенные в одном из журналов того времени: «Желтая лихорадка на Панамском перешейке не так давно еще свирепствовала с необычайной силой; достаточно сказать, что в 1851 году из 2000 рабочих (африканских негров и китайцев), привезенных на перешеек для постройки железной дороги, уже через 6 месяцев после начала работы ни одного не осталось в живых. В 1881 году явились французы для прорытия Панамского канала; вскоре же у инженера Дигнера скончались от желтой лихорадки жена и трое детей. Другой инженер, прибывший с 70 молодыми, полными сил помощниками, тоже стал жертвой желтой лихорадки; в первый же месяц по приезде и он и все его помощники погибли. Из 25 сестер милосердия 24 вскоре же не стало. Французская компания ставила на работы ежегодно 10 200 рабочих: в 9 лет от желтой лихорадки погибло 22 169 рабочих, что составляет в среднем 240 человек на каждую тысячу ежегодно!»

Известны случаи, когда вирусные инфекции даже влияли на развитие исторических событий.

Возникновение Республики Гаити также связано с желтой лихорадкой.

Эпидемия распространилась в рядах французской армии, посланной Наполеоном на усмирение местных повстанцев. Закрепить одержанные военные победы французы не смогли: против «Желтого Джека» их ружья были бессильны, и французы покинули остров. Из 25 тысяч человек только 3 тысячам удалось выжить и вернуться на родину.

Сказанного достаточно, чтобы представить, какие страшные бедствия несут человечеству вирусные инфекции. Можно только добавить, что энцефалит, корь, полиомиелит, трахома и десятки других заболеваний своим происхождением обязаны вирусам. Есть серьезные основания полагать, что в основе образования раковых опухолей также лежит деятельность вирусов.

И великая заслуга русского ботаника Дмитрия Иосифовича Ивановского перед человечеством заключается в том, что он первый нашел путь в дотоле неведомый, а потом еще долго и невидимый мир ультрамалых существ, среди которых природа скрыла некоторых злейших врагов жизни и здоровья человека.

Неисчислимый урон наносят вирусы и хозяйственной деятельности человека — ведь вирусные инфекции поражают и животных, и птиц, и насекомых, и растения.

В одной только Англии ежегодные потери от вирусных болезней в картофелеводстве составляют сотни тысяч тонн. На территории Республики Гана в 1945–1947 годах каждый год гибло около 15 миллионов деревьев какао, пораженных вирусной болезнью.

Разразившаяся в 1959 году в Англии вспышка так называемой птичьей чумы привела к тому, что было уничтожено 1,5 миллиона голов домашней птицы. Общий убыток составил 1250 тысяч фунтов стерлингов. И здесь ничего нельзя было поделать. Уничтожение больных птиц — это пока единственное известное средство, дающее возможность ограничить распространение заболевания. Такие же меры применяются в Англии и при заболеваниях крупного рогатого скота ящуром — болезнью, способной передаваться человеку.

Большую угрозу для шелководства представляют вирусные заболевания шелковичных червей.

Здесь мы привели всего лишь несколько примеров вирусных инфекций, поражающих человека, животных, растения и насекомых.

Не вдаваясь в подробности, сейчас можно смело сказать, что вся, буквально вся, живая природа пронизана и пропитана вирусами. Количество их видов исчисляется многими сотнями, и каждый год приносит все новые и новые открытия. Лишь за последние пять лет найдено около 70 новых вирусов, обитающих в организме человека, и многие из них способны вызывать тяжелые заболевания. Не минула эта общая участь и представителей мира микробов.

Микробы микробов

Второй год первой мировой войны. Парижские клиники и инфекционные госпитали забиты больными сыпным тифом, малярией, кишечными заболеваниями.

Переполнена и больница Пастеровского института. Потери в войсках от заразных болезней, вызываемых грязью, скученной окопной жизнью, не меньше, чем от огнестрельного оружия. В одном из полков, расположенных в окрестностях Парижа, вспыхнула эпидемия дизентерии. Установить ее источник поручили сотруднику Пастеровского института молодому врачу канадцу д’Эреллю.

Прежде всего, конечно, необходимо выделить возбудителя заболевания. Это несложно: испражнения больных кишмя кишат дизентерийными палочками. Но уже на первых этапах работы исследователя подстерегала неожиданность. Дизентерийные культуры, засеянные на плотную питательную среду, давали иногда довольно странную картину роста. Культуры оказывались испещренными какими-то прозрачными пятнами. Создавалось впечатление, что бактерии в этих местах культуры явно чем-то уничтожены.

Но чем? Почему дизентерийный микроб, заполняя собой всю площадь посева, отказывается расти на некоторых участках? Что это — случайность? Причина появления «пустых» пятен заинтересовала д’Эрелля, как и семью годами позже Александра Флеминга, когда он обнаружил пенициллин. Дальше работа шла по определенному плану.

Обследуя больных дизентерией, находящихся в клинике Пастеровского института, д’Эрелль ежедневно брал от одного и того же больного несколько капель испражнений и помещал их в пробирку с питательным бульоном.

Пробирка с посевом ставилась на ночь в термостат при температуре 37 градусов. Бактерии размножались, а утром культура фильтровалась через фарфоровую свечу Шамберлена. В результате все бактерии оставались внутри фильтра. А что содержал фильтрат? Д’Эрелль не знал. Но именно это он и хотел выяснить. Опыт продолжался. 10 капель фильтрата вносились в пробирку с чистым питательным бульоном, а затем туда же засевалась свежая культура дизентерийных палочек. Расчет прост. Если в фильтрате присутствует какой-то агент, убивающий бактерий, то дизентерийный микроб погибнет и бульон станет прозрачным.

День шел за днем, а результаты неизменно были неутешительными. Несмотря на то, что в бульон добавлялся фильтрат, бактерии благополучно размножались. Начиненный бульон становился еще более мутным.

И все-таки однажды утром, подойдя к термостату, д’Эрелль обнаружил, что пробирка с культурой, куда накануне добавили фильтрат, стала прозрачной.

Что это — победа или случайная ошибка, «грязный» опыт?

Долго, до поздней ночи ждал взволнованный исследователь, когда же все-таки дизентерийный микроб начнет развиваться и среда помутнеет. Но бульон оставался прозрачным, будто в него никогда и не поселяли микробов. Еще не веря в успех, д’Эрелль решил добавить в эту пробирку новую, свежую порцию дизентерийных палочек.

Прошло 12 часов, и содержимое пробирки снова полностью просветлело!

Сомнений не могло быть: фильтрат, добытый из испражнений больного, содержит что-то убивающее дизентерийную палочку. И удивительное совпадение: именно в этот день больной почувствовал себя лучше, а в скором времени и полностью выздоровел.

Теперь уже опыт следовал за опытом. Д’Эрелль брал растворенную неизвестным агентом культуру дизентерийных палочек, фильтровал ее и каплю фильтрата переносил в свежую культуру. Через 15 часов дизентерийные микробы растворялись. Из этой культуры также готовился фильтрат. Опыты повторялись многократно, но с каждым последующим переносом капли фильтрата из предыдущего посева в свежую культуру активность неизвестного агента не только не ослабевала, но, наоборот, возрастала.

Было ясно (вспомните пассажи Ивановского), что в фильтрате присутствует нечто живое, способное к размножению за счет гибели дизентерийной палочки. Бактериофаг — пожиратель бактерий, так назвал д’Эрелль открытое им существо. «Я потому называю его живым существом, — писал в 1921 году д’Эрелль, — что ассимиляция пищи, способность размножаться принадлежат к числу важнейших признаков жизни».

Сообщение об открытом д’Эреллем живом агенте, «пожирающем» бактерий, появилось в докладах французской Академии наук в 1917 году и сразу же привлекло внимание ученых. К этому моменту микробиология как наука уже, если можно так выразиться, достаточно созрела, чтобы принять столь удивительное открытие. Со времени первых работ Ивановского прошло четверть века, и фактов, показывающих, что многие болезни человека, животных и растений вызываются вирусами, накопилось немало.

И все-таки не каждый микробиолог мог сразу поверить, что микроскопические живые существа — бактерии, являющиеся виновниками болезней высших организмов, сами подвержены болезням, вызываемым вирусами.

Но факты — вещь упрямая, тем более что открытие д’Эрелля быстро получило подтверждение в работах других исследователей.

Вспомнили и не замеченную в сумятице войны статью английского бактериолога Туорта, описавшего еще в 1915 году растворение стафилококков. Растворяющий агент в этих опытах так же действовал и при переносе фильтрата исходной культуры в свежую. Выяснилось, что еще в конце прошлого века в журнале «Русский архив патологической и клинической медицины» подобные же наблюдения над культурой возбудителя сибирской язвы в дистиллированной воде были опубликованы русским микробиологом Николаем Федоровичем Гамалеей. Просветлявшаяся при этом жидкость, так же как и в опытах д’Эрелля, приобретала способность растворять свежую культуру бацилл сибирской язвы. Непонятное исчезновение холерных вибрионов наблюдал при исследовании вод реки Куры талантливый грузинский микробиолог Элиава.

Казалось бы, д’Эрелль не открыл ничего нового. Думать так было бы большой ошибкой и несправедливостью. Огромная заслуга д’Эрелля перед наукой в том, что он был первым, кто сумел понять общебиологическое значение открытого им вируса бактерий, сумел правильно описать природу наблюдавшегося явления и объяснить ее действием именно живого начала.

Работы д’Эрелля послужили резким толчком к развитию общей вирусологии. К настоящему времени бактериальные вирусы подверглись, пожалуй, более интенсивному исследованию, чем какие-либо другие, так как бактерии представляют идеальный объект для работ такого рода. Условия существования, механизмы размножения и даже морфология (строение) фагов теперь уже изучены весьма подробно.

С открытием бактериофагов раздвинулись и границы познания человеком органической природы, границы жизни. Стало ясно, что, кроме мира микробов, видимых в микроскоп, существует столь же огромный и принципиально иной мир вирусов, поражающих как все высшие организмы, так и самих микробов. А если вспомнить, что в те времена медицина еще не имела «магических пуль» — сульфамидов, что антибиотики еще предстояло открыть, станет понятно, какие большие надежды связывались с открытыми д’Эреллем бактериофагами — пожирателями болезнетворных бактерий.

Казалось, что ключ к победе над бактериальными инфекциями найден.

Вирусы против микробов

12 июля 1925 года в египетский порт Александрия вошел греческий пароход. Обычный карантинный осмотр команды, и дежурный врач с ужасом констатирует: на судне чума, больны двое матросов. О случившемся сразу же сообщают директору располагающегося в Александрии Международного санитарного комитета. Этот пост занимает теперь уже знаменитый д’Эрелль.

Немедленно он приступает к изготовлению противочумного бактериофага, а на корабле в ту же ночь к двум больным чумой прибавляется третий — судовой офицер. Опасность эпидемии назревает.

Прежде всего д’Эреллю необходимо вырастить культуру чумного микроба. Возбудитель взят у одного из больных, посеян в питательный бульон и помещен на сутки в термостат. Когда культура хорошо развилась, д’Эрелль добавил к ней каплю взвеси противочумного бактериофага, выделенного им из испражнений крысы еще в 1920 году.

Проходит несколько часов, и культура чумной палочки светлеет. Бактериофаг свое дело сделал. Теперь остается культуру отфильтровать, ввести фильтрат больным и ждать результатов, надеясь на успех.

А есть ли надежда? Д’Эрелль считает, что да, и у него есть к тому основания. Ведь это уже не первый случай применения бактериофага в качестве лечебного средства. Попытку лечения при помощи «живого лекарства» — фага — д’Эрелль предпринял еще в 1918 году на больных дизентерией в клинике Пастеровского института. Попытка была удачной. После приема бактериофага в состоянии больных наступало значительное улучшение, за которым следовало быстрое выздоровление.

А 1919 год? Тогда во Франции распространился так называемый тиф пернатых. Д’Эрелль приготовил бактериофаг против возбудителя заболевания и испытал его на 100 птицефермах. Эффект был поразительным. Смертность кур, достигавшая прежде 95 процентов, снизилась до 5!

Успех сопутствовал д’Эреллю и на этот раз, в Александрии. Больные греческие моряки уже на следующий день почувствовали себя лучше. Еще через два-три дня у них снизилась температура, а вскоре они выздоровели окончательно. Страшная чума, как правило приводившая к смерти, отступила перед «живым лекарством» д’Эрелля. Попав в организм больного, армия бактериофагов уничтожила чумные бациллы.

1927 год. Эпидемия азиатской холеры свирепствует в провинции Пенджаб. И неутомимый д’Эрелль направляется в Индию, чтобы испытать свое открытие на холерных вибрионах. Вмешательство д’Эрелля дает много: применение противохолерного бактериофага приводит к снижению смертности с 62,9 процента до 8,1!

После того как в печати появились работы д’Эрелля о терапевтическом действии фагов, применение бактериальных вирусов в качестве лекарственного средства получило широкое распространение во многих странах мира. Бактериофаг стали использовать для предупреждения и лечения самых различных болезней: холеры, чумы, бациллярной дизентерии, брюшного тифа и других инфекций.

Особенно широко терапевтическое и профилактическое действие фагов изучалось в нашей стране. В Тбилиси под руководством профессора Элиавы и при участии самого д’Эрелля был создан первый в мире Научно-исследовательский институт бактериофагии.

Испытание препаратов фага, выяснение лечебной ценности велось в самых разных районах страны. Теоретические проблемы бактериофагии разрабатывали такие крупные советские микробиологи, как Николай Федорович Гамалея, Зинаида Виссарионовна Ермольева и многие другие.

Результаты применения фагов порой были просто блестящими. В 1938 году в нескольких районах Афганистана, граничащих с нашей страной, вспыхнула эпидемия холеры. Чтобы предупредить распространение заболевания на советскую территорию, было решено использовать бактериофаг. Работы проводили Ермольева и Якобсон. Холерный бактериофаг давали пить населению, выливали в колодцы и водоемы. В итоге ни одного случая заболевания холерой в пограничных районах не наблюдалось. Возникновение возможной эпидемии было предотвращено.

И все-таки в качестве лечебного препарата бактериофаг не оправдал всех возлагавшихся на него надежд.

Случалось, что бактериофаг не только не облегчал течения заболевания, но даже и ухудшал состояние больного. Происходило это потому, что в организме больного иногда взамен разрушенных бактериофагом бактерий развивались новые, устойчивые к фагу формы, обладавшие еще большей болезнетворностью, чем формы исходные. К тому же со временем у бактериофага как средства лечения болезней появились серьезные «конкуренты» — сначала сульфамидные препараты, а затем и антибиотики.

Но следует ли из сказанного, что терапевтическое использование фага невозможно в принципе? Может быть, бактериофаг способен активно уничтожать бактерии только в условиях эксперимента, в пробирке, а при попадании в организм его активность снижается или исчезает совсем? Отнюдь нет!

Эксперименты показывают, что фаги способны разрушать бактерии и размножаться за их счет в живом организме с не меньшим успехом, чем в пробирке.

Причины случавшихся неудач применения бактериофагов в качестве лекарственных препаратов совсем иные. И, пожалуй, главная из них — необычайно высокая специфичность фагов, их исключительно жесткая приспособленность к строго определенным видам и разновидностям бактерий. Стоит микробу лишь незначительно измениться, выделить из своей среды новые генетические формы, и они становятся недоступными для данного фага, причем различия между исходной и изменившейся формами совершенно не касаются их внешнего вида, морфологии. Даже самый опытный микробиолог скажет: «Это одни и те же бактерии». Но фаг сразу «чувствует», что это уже не «его», а иная форма.

Почему так происходит? Чем объяснить высокую специфичность действия фагов? Чтобы ответить на эти вопросы, нужно хотя бы в общих чертах познакомиться с образом жизни, способами существования бактериофагов и вирусов, понять, что отличает эти ультрамалые существа от всей остальной органической природы. А различия эти весьма существенны.

Прежде всего давайте попробуем представить себе размеры вирусов.

Как известно, в сантиметре 10 миллиметров. Одна тысячная доля миллиметра представляет собою микрон. А тысячная доля микрона называется миллимикроном. Другими словами, миллимикрон равен миллионной доли миллиметра. Вот это и есть единица, в которой измеряются вирусы.

Не следует, однако, думать, что раз вирусы столь малы, то все они имеют одинаковые или близкие размеры. Нет. Даже в этом мире ультрамалых существ есть свои «великаны» и «карлики». Так, к «великанам» следует отнести вирусы оспы, имеющие диаметр 260 миллимикрон, и пситтакоза (опасное заболевание, которым человек может заразиться от попугаев), достигающие размеров в 500 миллимикрон. По сравнению с ними абсолютными малютками выглядят вирусы некроза табака и японского энцефалита — 16–18 миллимикрон. Это, пожалуй, самые мелкие из известных науке вирусов.

Промежуточное положение среди вирусов занимают фаги. Их величина в зависимости, от расы колеблется от 30 до 100 миллимикрон. У каждой расы все фаговые частицы имеют одинаковые и строго определенные размеры.

В общем размеры вирусов так малы, что наиболее мелкие из них приближаются к крупным молекулам органических веществ. Удалось установить, что одна клетка листа табака, пораженного мозаичной болезнью, содержит около 600 миллионов вирусных частиц. И, естественно, возникает вопрос: а как же они существуют? Вот об этом следует сказать особо.

Все представители мира вирусов: вирусы человека, животных, растений и насекомых; бактериофаги (вирусы бактерий); актинофаги (вирусы грибов актиномицетов) — все они по образу жизни являются паразитами. Но это не паразитизм, который можно часто встретить в мире существ более высокоорганизованных, когда какой-то животный, растительный или микробный организм существует за счет другого. Червь печеночный сосальщик обитает в печени свиньи, а гриб, называемый ржавчиной пшеницы, поражает листья и стебли этого растения.

Печеночный сосальщик и ржавчинный гриб — паразиты, сами они добывать пищу не могут, а потому существуют, «высасывая соки» из своих хозяев. Но ведь эти организмы получают от своего хозяина лишь средства питания. В то же время у них есть собственный обмен веществ, свои ферменты, биохимические реакции — словом, все то, что позволяет им извлечь из пищи энергию и за счет ее жить.

Иное дело вирусы. Паразитируют они внутри клеток, используя для своего размножения и энергию клетки и находящиеся в ней химические вещества. Здесь взаимодействие происходит на уровне молекулярного строения клеток. Вирусы вступают в связь не с целостным организмом и даже не с его клетками, а с отдельными химическими соединениями, молекулами, из которых клетка построена. Здесь идет, если можно так выразиться, разбой на уровне молекул. И вот в этом-то главная особенность существования вирусов, отличающая их от остальных существ живой природы.

Каков же механизм взаимодействия вирусов с клеткой, какие вещества участвуют в нем и к сколь серьезным по своей общебиологической значимости обобщениям и открытиям привело познание строения и способов размножения вирусов, мы расскажем в одной из следующих глав. А пока вернемся к бактериофагу.

Итак, необыкновенно высокая специфичность действия фагов объясняется их образом жизни, тем, что, будучи внутриклеточными паразитами, они взаимодействуют с клеткой-хозяином на уровне ее молекулярного строения.

И достаточно бактерии изменить свой обмен веществ, достаточно в поверхностной оболочке бактерии произойти каким-то химическим перестройкам, как она становится неуязвимой для данного фага.

Такова одна из причин неудач, случавшихся при применении бактериофагов в качестве лекарственных препаратов. И путь здесь один: дальнейшее тщательное и глубокое изучение условий взаимодействия бактериофагов с бактериями. Многое здесь уже познано, но многое еще предстоит понять и познать, чтобы представить себе всю сложность и своеобразие этого процесса, протекающего на молекулярном уровне.

Однако нет сомнения, что со временем, когда все стороны поведения фагов как в пробирке, так и в живом организме будут достаточно изучены, медицина вновь вернется к использованию «живого лекарства» д’Эрелля. В борьбе с бактериями бактериофаг еще не сказал своего последнего слова. А удивительное свойство фагов, их исключительная верность строго определенному типу бактерий уже сейчас находят применение в борьбе с болезнями.

Фаг в роли ищейки

Есть такая отрасль медицины — эпидемиология. Однако не надо думать, что врачи-эпидемиологи занимаются только изучением эпидемий, как это может показаться из названия их специальности. Основная задача эпидемиологов в наше время — предотвращение эпидемий. Мы уже рассказывали о роли, которую сыграл бактериофаг в 1938 году, когда вспыхнувшая в Афганистане эпидемия холеры грозила перекинуться в нашу страну. Тогда применение бактериофага остановило распространение заболевания на государственной границе.

Казалось бы, это история. 30 лет в наш век — срок большой. Да и о холере мы знаем в основном по книгам. В нашей стране ее нет. Но холерный вибрион не сгинул начисто. В природе он существует. И время от времени то в одной, то в другой азиатской стране происходят вспышки этого страшного заболевания. Вот и сегодня, когда я пишу эти строки, радио сообщило об эпидемии холеры в одной из провинций Индии.

Для советского человека стало привычным, что эпидемий инфекционных заболеваний в нашей стране не возникает, и мы редко задумываемся над вопросом: а почему? Мы забываем, что, как пограничники, охраняют наш мирный труд, целая армия врачей эпидемиологов и бактериологов стоит на страже здоровья.

Вот случай из работы английских эпидемиологов.

Трое детей, проживавших в районе города Винчестер, в июне 1948 года почти одновременно заболели брюшным тифом. Детишки признались, что пили речную воду. Так в руки врачей попала первая нить для поисков источника инфекции. Вскоре удалось установить, что бактерии брюшного тифа, выделенные из организма заболевших, сходны с возбудителями тифа, полученными из воды, которую взяли в местах, где гуляли дети. Поиск пошел дальше. Нужно было выяснить, каким путем бациллы брюшного тифа попадают в реку. Вначале следы привели к одному из речных притоков, потом к стоку нечистот и оттуда через длинную канализационную систему к одинокому домику, где проживал человек, оказавшийся носителем бактерий брюшного тифа.

Работу проделали огромную, обследование продолжалось более года. А источник инфекции был расположен всего в трех километрах вверх по течению от места, где заразились дети.

Каким же образом бактериологам удалось проследить весь путь распространения возбудителя, исключая многие и многие побочные варианты? Что им давало возможность из десятков присутствовавших в нечистотах, кишечнике больных, речной воде других бактерий брюшного тифа опознать именно виновников этих случаев заболевания?

Здесь на помощь врачу приходит бактериофаг. И если выше мы сравнили бактериологов и эпидемиологов с пограничниками, то фага можно уподобить их верному помощнику, собаке-ищейке, способной среди сотен посторонних следов найти след нарушителя и вести по нему своего хозяина.

Так же безошибочно бактериофаг среди многих штаммов возбудителей отыскивает представителей одной, строго определенной группы и позволяет установить их присутствие в кишечнике человека, нечистотах, речной воде, молоке и т. д.

Исключительно высокая специфичность действия, о которой говорилось выше, необыкновенная привязанность к определенным типам микробов делает фага незаменимым помощником бактериолога в трудной работе выяснения путей распространения инфекций. Сейчас известно 58 различных типов брюшнотифозных бактерий и столько же соответствующих им типовых фагов.

Имея в распоряжении такую коллекцию, можно всегда точно определить фаготип той или иной культуры возбудителя брюшного тифа; прием этот так и называется — фаготипирование и в своем исполнении довольно прост.

Чашку Петри заполняют питательной средой, а дно расчерчивается на отдельные участки. Затем над каждым участком по поверхности среды размазываются капельки испытываемых культур, а через некоторое время в центр подсохших пятен наносятся капельки фага. Теперь остается поместить чашку в термостат при температуре 37 градусов и через несколько часов проверить результаты анализа.

За это время бактерии успеют разрастись и образовать колонии (газоны), видимые простым глазом. Если испытуемые штаммы к фагу нечувствительны, то бактериальные газоны останутся целыми и неповрежденными. В случае же, когда бактериофаг встретился со своим типом, бактериальный газон будет либо растворен бактериофагом, либо окажется поврежденным.

Именно таким методом и был прослежен путь возбудителя в случае заболевания английских детей. Таким способом легко отличить возбудителей паратифа B¹ от бактерий брюшного тифа, в то время как симптомы этих болезней очень схожи.

Удалось недавно подобрать фаг, помогающий определять бациллы сибирской язвы. Советский микробиолог Дрожжевкина приготовила смесь фагов (поливалентный фаг), использование которой позволяет отличать возбудителей бруцеллеза — бруцелл от так называемых нетипичных форм. В этом случае фаг выполняет работу, с которой раньше справлялся не каждый бактериолог. Применяется метод фаготипирования для опознавания возбудителей и некоторых других опасных заболеваний.

Но научная мысль работает дальше.

Ведь чтобы определить, к какому типу относится, допустим, брюшнотифозный микроб, его нужно сначала выделить из среды обитания в чистую культуру, разобраться во всем пестром и многообразном микробном населении, скажем, той же речной воды. А представляете, сколь сложна и кропотлива такая работа? И хотя с тех пор, как стало известно, что сотни болезней передаются от человека к человеку бактериями, предложено много методов, с помощью которых можно обнаружить болезнетворных микробов в воде, продуктах питания и других средах, наиболее достоверным до самого последнего времени оставался именно бактериологический анализ.

Но он же и самый трудоемкий.

Вот вроде бы простая задача: установить, есть ли в данной пробе воды дизентерийный микроб. Начинается работа. Прежде всего готовится питательная среда и разливается в чашки Петри. Все делается, разумеется, стерильно, чтобы никакой посторонний микроб не помешал последующему анализу. Наконец питательная среда остыла и затвердела, для микробов готовы и кров и пища. Теперь в чашки помещают капельки воды, которую предстоит исследовать, и ставят их в термостат, где поддерживается температура человеческого тела. Через сутки на питательной среде появляются окрашенные и неокрашенные налеты — колонии размножившихся бактерий. Тогда берут заранее приготовленные пробирки с питательной средой, пересевают в них подозрительные по виду и форме колонии и опять ставят в термостат.

Наконец через сутки наступает последний этап анализа — надо определить: какие же бактерии размножились в пробирке? Однако внешне микробы, как правило, очень сходны, и, чтобы окончательно установить, с кем в данном случае имеешь дело, нередко приходится прибегать к новой серии трудоемких анализов. Каждый из них в отдельности обычно тоже не дает четкого ответа. О том, какая же найдена бактерия, приходится судить по совокупности признаков. Одним из них является взаимодействие с фагом.

Если дизентерийный фаг уничтожает выделенную бактерию и сам размножается — значит, это была дизентерийная палочка. Все, казалось бы, хорошо.

Однако медлительность и сложность бактериологического анализа почти всегда приходит в столкновение с запросами практики. Врачу важно поскорее узнать, возбудитель какой болезни находится в крови больного, в воде колодца или реки, в пищевых продуктах.

А нельзя ли изменить весь подход и отказаться от предварительного выращивания подозрительных бактерий на питательных средах?

Нельзя ли узнать о присутствии искомой бактерии в воде или продуктах питания по каким-то косвенным признакам? Мысль исследователей обратилась к бактериофагу.

Метод фагодиагностики болезнетворных микробов кишечной группы был предложен в 1955 году советскими микробиологами Владимиром Дмитриевичем Тимаковым и Давидом Моисеевичем Гольдфарбом и назван авторами реакцией нарастания титра фага. Чувствительность этого метода очень высока и превышает чувствительность обычного бактериологического анализа иногда в 10 тысяч раз. Даже в случаях, когда количество возбудителя брюшного тифа составляет всего несколько бактерий на 0,5 литра воды, их удается обнаружить уже через 16–20 часов. Минимальные количества дизентерийных бактерий в воде определяются через 14–20 часов, а в испражнениях — спустя 9–10 часов. И это когда обычным методом бактерий не удается обнаружить вообще: так мала их концентрация. С успехом применяется реакция нарастания титра фага и для выявления в воде возбудителя холеры.

Так изучение бактериофагов привело к разработке дешевых, быстрых, а главное — точных методов опознавания типов и видов болезнетворных бактерий и в окружающей среде и в организме человека. У врачей-эпидемиологов появился верный союзник, помогающий быстро и безошибочно отыскивать источники инфекции, а значит, и предотвращать развитие эпидемий.

Расшифровав и познав характер взаимоотношений между бактериями и бактериальными вирусами, наука привлекла бактериофагов на службу охраны здоровья человека.

Впрочем, изучение отношений между самими вирусами, по-видимому, может дать медицине также немало. Перспективы здесь многообещающие.

Интерферон

Пожалуй, в наше время вряд ли можно найти вирусолога, который не знал бы, что означает это слово. А каких-нибудь десять лет назад его не существовало вовсе. Так же, как не было слова «пенициллин», пока Александр Флеминг не дал это название антибиотику, вырабатываемому плесневым грибом.

Интерферон тоже «родился» в Лондоне, но совсем недавно — в 1957 году.

Четверть века назад двое английских ученых — Финдлей и Мак-Каллум, работая с вирусными инфекциями, описали необъяснимое, но весьма интересное явление. По их наблюдениям, обезьяны, зараженные лихорадкой долины Рифт (есть и такое вирусное заболевание), становятся невосприимчивыми к вирусам желтой лихорадки. Почему? Может быть, здесь какую-нибудь роль играет иммунитет? Но нет, антитела, вызванные вирусами одной лихорадки, иммунитета к другой не создают: их действие специфично.

Так в чем же дело? Проанализировав свои наблюдения, исследователи выдвинули гипотезу: по-видимому, решили они, завладевший «жизненным пространством» вирус лихорадки долины Рифт просто не впускает своего соперника.

Это явление получило название «интерференции вирусов». А вскоре было установлено, что распространено оно довольно широко.

Лабораторные опыты четко показывали, что вирус, завладевший клеткой, «не впускает» в нее другого. Как? Может, здесь происходит борьба вирусов и тот, кто первым попал в клетку, имеет более выгодную позицию? Ведь побеждает всегда он.

Вопрос совсем запутался, когда американские исследователи установили, что даже убитые вирусы успешно сопротивляются «сосуществованию» и мешают проникновению в клетку вирусов других рас. Значит, никакой вражды между вирусами нет. Они не борются друг с другом. От вторжения новых «жильцов» обороняется сама клетка. Но как?

Разгадка была найдена в 1957 году в лаборатории лондонского исследователя Алека Айзекса. Вначале родилась рабочая идея. Ученый рассуждал так: «Если клетка, уже зараженная одним вирусом, не допускает вторжения другого, то должен же быть какой-то материальный субстрат, вещество, при помощи которого клетка обороняется. Другого-то объяснения явлению интерференции вирусов нет. А раз так, то вся задача сводится к тому, чтобы это вещество найти и выделить».

Вместе со своим сотрудником Линдеманом Айзекс приступил к опытам. На культуру клеток воздействовал вирусом гриппа, предварительно убитым, или, как говорят вирусологи, инактивированным, высокой температурой.

И вот эта среда, в которой существовали клетки, через несколько часов после начала опыта вдруг стала губительно действовать на испытуемые вирусы. В ней имелось что-то такое, что не позволяло новым вирусам проникать в ранее зараженные клетки. Это «нечто» и было выделено в чистом виде. Айзекс и Линдеман дали ему звучное название «интерферон».

Интерферон сразу же заинтересовал вирусологов, и его дальнейшее изучение пошло довольно быстро.

Прежде всего было установлено, что вещество это белковой природы. Возникает оно в результате взаимодействия вируса с клеткой и, попав в клетку, лишает возможности развиваться любому другому вирусу.

Заметьте, любому!

Вскоре выяснились и другие удивительные свойства интерферона. Хотя это по своей природе белок, его тем не менее можно безбоязненно вводить в животные организмы. Он не вызывает при этом отрицательной реакции, как всегда случается при попадании чужеродного белка. И еще одно: интерферон, образуемый клетками обезьяны, оказывается активным при испытании на клетках человека. Вирус, которым пытались заразить обработанные интерфероном ткани человека, не размножался и погибал. В общем все свойства интерферона говорили, что со временем он может стать прекрасным лечебным препаратом против вирусных инфекций.