Мир микробов

8. Микробы вырабатывают лекарства

Есть в природе места, особенно изобилующие микробами. Чернозёмная почва, навозные кучи, кишечник млекопитающих животных и человека постоянно содержат миллиарды разнообразных бактерий, актиномицетов и простейших.

Как бы заглянуть глазом в эту невидимую жизнь? Как бы рассмотреть, что делают там микробы в их естественной обстановке, а не в искусственно выращенной лабораторной культуре?

Советский микробиолог, академик Н. Г. Холодный в 1930 г. предложил оригинальный и чрезвычайно простой метод, позволяющий увидеть под микроскопом всё разнообразие и богатство микробов почвы в естественной обстановке. Острым ножом он производил вертикальный разрез в почве и вставлял в это отверстие небольшое четырёхугольное стерилизованное стекло, а потом его закапывал. Закопанное стекло скоро покрывалось почвенным раствором, к нему прилипали мелкие почвенные частички, среди которых поселялись и размножались различные микроорганизмы, обитающие в почве. Затем стекло извлекалось, высушивалось и после соответствующей обработки рассматривалось под микроскопом. Приставшие к стеклу почвенные частички и микробы сохранялись в их естественном расположении, и таким образом можно было наблюдать отдельные «кадры» из грандиозного фильма о жизни микробов в почве. В разных полях зрения микроскопа можно было найти кокки, отдельные палочки и споры и целые скопления микробов.

Видно было, что отмирающие нити грибов становятся добычей бактерий, разлагающих их. Среди скоплений бактерий были видны охотящиеся за ними амёбы, тело которых было переполнено остатками бактерий и грибов.

В 1936 г. академик Холодный непосредственно наблюдал под микроскопом за жизнедеятельностью почвенных микробов в чрезвычайно близкой к естественным условиям обстановке. Он насыпал мельчайшие частички почвенной пыли на влажную поверхность тоненького покровного стёклышка, которое накладывал на другое стекло с углублением в центре. Если края замазать вазелином, то получается «влажная камера», не высыхающая неделями. Наблюдая такой препарат под микроскопом, академик Холодный видел, что уже через 5–6 дней вокруг почвенных пылинок развивались густые микробные колонии, появлялись скопления бактерий, тянулись нити грибов и актиномицетов, медленно ползали амёбы, изредка пробегали инфузории и флагеллаты.

Новые методы, предложенные академиком Холодным, имели огромное значение для дальнейшего развития почвенной микробиологии.

Естественно, что в таких тесных сообществах микробы вступают в различные взаимоотношения друг с другом. Тут наблюдаются и случаи взаимопомощи — симбиоза, примеры которого мы уже видели в предыдущих главах, тут широко развиты и явления ожесточённой борьбы между представителями разных микробных видов, так называемый антагонизм микробов. Борьба эта проявляется не только в прямом пожирании амёбами и инфузориями бактерий, но и в выделении одними микробами химических соединений, вредно действующих на других микробов и подавляющих их жизнедеятельность.

Антагонизм и его следствие — победа в борьбе за существование — достигается у микробов разными путями.

С некоторыми случаями антагонизма мы сталкивались в предыдущей главе, изучая процессы квашения и силосования. Молочнокислые микробы угнетали развитие гнилостных микробов, образуя молочную кислоту. Точно так же винные дрожжи, выделяя спирт, а уксуснокислые бактерии выделяя уксусную кислоту, предохраняют жидкость, в которой они живут, от развития большинства других микробов, для которых спирт и уксус являются ядом. Во всех этих случаях нормальные, основные продукты микробного обмена играют роль антагонистически действующих веществ. В высоких концентрациях они тормозят и развитие тех микробов, которые образовали эти вещества.

Но существуют микробы, у которых антагонистически действующие вещества являются не основными, а побочными продуктами обмена. Такие вещества, совершенно не влияя на выделившего их микроба, часто обладают чрезвычайно сильным угнетающим действием на развитие микробов других видов. Замечательно, что это угнетающее действие ярко проявляется часто не на всех, а только на некоторых микробах. Таким образом, эти вещества обладают избирательностью, специфичностью своего действия. Невольно складывается впечатление, что такие вещества вырабатывались в процессе эволюции некоторых микробов в качестве своеобразных орудий защиты и нападения против других микробов, с которыми они постоянно сталкивались в своей жизнедеятельности, почему вещества эти и называются антибиотиками.

Особенно много известно антибиотиков, которые вырабатываются почвенными микробами. Это вполне понятно, так как именно в почве микробы образуют отдельные скопления, в которых могут действовать антибиотики. Возникновение зоны антибиотического вещества вокруг скопления микробов может служить им надёжной защитой. Вряд ли у водных микробов антибиотики имели бы значение, так как в этих условиях вещество распределялось бы во всей массе воды, а в почве оно сосредоточивается гнёздно.

Систематические многолетние исследования члена-корреспондента Академии Наук СССР Н. А. Красильникова с сотрудниками убедительно показали, что в почвах очень широко распространены различные грибы и актиномицеты, вырабатывающие антибиотики, губительно действующие на многие бактерии. Несомненно, эти антибиотики создают для грибов благоприятные условия борьбы с почвенными бактериями, для которых, как это мы уже видели на живых препаратах академика Н. Г. Холодного, грибы являются лакомой пищей.

Многие бактерии также способны вырабатывать антибиотики. Вещества, выделяемые палочкой синего гноя или уже знакомой нам палочкой чудесной крови, действуют угнетающе не только на некоторых других бактерий, но и на почвенных амёб и инфузорий, охотящихся за бактериями.

Член-корреспондент Академии Наук СССР проф. А. А. Имшенецкий, впервые установивший этот интересный факт, совершенно правильно считает, что возникновение способности вырабатывать антибиотики предохраняет бактерии от пожирания простейшими и, таким образом, является средством их самозащиты.

А нельзя ли употребить это замечательное свойство микробов на пользу человека? Нельзя ли лечить заболевание человека, вызванное развитием и размножением микробов, при помощи безвредного для него микроба-антагониста, который угнетал бы развитие болезнетворного вида и тем устранял бы причину болезненного состояния человека?

Эти мысли витали в умах многих микробиологов еще во второй половине XIX столетия. Русский врач А. Д. Павловский (1887 г.) пытался лечить сибирскую язву путём введения в организм животных бактерий, угнетающих развитие возбудителей этого заболевания.

Но только знаменитому русскому учёному И. И. Мечникову обязано человечество широкой и всеобъемлющей постановкой проблемы практического использования антагонизма микробов для лечения микробных заболеваний (рис. 39).

Рис. 39. И. И. Мечников

Классик материалистической биологии и медицины, воспитанный на прогрессивных идеях философии русских революционеров-демократов — Герцена, Белинского, Чернышевского, Добролюбова, Писарева, Мечников являлся учёным, исследования которого в области медицинской микробиологии непосредственно вытекали из общебиологических проблем.

Мечников с энтузиазмом воспринял прогрессивное ядро эволюционного учения Ч. Дарвина (рис. 40). Всю свою жизнь он был убеждённым дарвинистом и усиленно пропагандировал это учение в России.

Рис. 40. Ч. Дарвин

Дарвин положил конец воззрению на организмы как на богом созданные и неизменяемые. Из учения Дарвина следовало, что все существующие виды животных и растений развиваются и изменяются в процессе развития. Материалистическим ядром дарвиновского учения являются три принципа: изменчивость, наследственность и отбор. Своей теорией Дарвин дал рациональное объяснение целесообразного устройства растительных и животных организмов. Изменчивость, наследственность и естественный отбор дают материалистическое объяснение целесообразности устройства организмов. Своим учением Дарвин нанёс сильный удар ложным, религиозным взглядам.

Бесспорно передовое и материалистическое учение Дарвина имело и ошибочные положения. Они были вскрыты классиками марксизма-ленинизма. Так, Дарвин перенёс в мир растений и животных черты, характерные для капиталистического общества. Он распространил на мир растений и животных положение английского философа Гоббса о войне всех против всех, буржуазное экономическое учение о конкуренции. Основным фактором эволюции Дарвин считал не приспособляемость и изменчивость, а борьбу за существование между организмами. Дарвин некритически воспринял реакционное, человеконенавистническое «учение» английского попа Мальтуса.

Как известно, Мальтус проповедовал антинаучную теорию, согласно которой человечество якобы размножается гораздо быстрее, чем растут средства существования. Жесточайшая борьба за существование, конкуренция, столь развитая в капиталистическом обществе и приводящая к обнищанию народных масс, является по Мальтусу не порождением капиталистического строя, а законом развития человеческого общества, следствием перенаселённости.

Дарвин считал, что основным законом природы является наличие борьбы между разными видами. Наряду с этим он высказывал мысль в соответствии с «теорией» Мальтуса, что еще более жестокая борьба за существование происходит между особями одного и того же вида животных или растений, возникающая из-за перенаселённости.

Вздорность, антинаучность и реакционность мальтусовых измышлений и связанных с ними ошибок Дарвина были убедительно вскрыты Марксом, Энгельсом, Лениным и Сталиным. Академик Т. Д. Лысенко своими блестящими опытами доказал отсутствие внутривидовой борьбы.

Еще в 1876 г. И. И. Мечников, критически разобрав ошибочные положения Дарвина, в своей прекрасной работе «Очерк вопроса о происхождении видов» совершенно правильно указал, что не внутривидовая борьба, а «взаимная борьба многих разнородных форм» имеет решающее значение для видообразования и эволюции. «В действительности оказывается, — писал Мечников, — что усиленная плодовитость далеко не имеет столь важного значения в возбуждении борьбы, как это было предположено Дарвином, что в этом отношении несравненно большую роль играет конкуренция и борьба разнородных форм».

Мечникову удалось бесспорно доказать, что в пробирке некоторые микробы, посеянные вместе с холерным вибрионом — возбудителем азиатской холеры, содействуют его развитию, а другие микробы угнетают его. Если это так, то, может быть, можно подобрать соответствующих микробов, которые будут подавлять жизнедеятельность болезнетворных возбудителей и в организме человека и животных? К сожалению, многочисленные и утомительные опыты, в которых Мечников пытался защитить лабораторных животных от заболевания холерой при помощи других микробов, не дали достаточно определённых результатов.

Зато полный успех был достигнут в опытах с молочнокислыми микробами, которые успешно боролись в организме человека и животных с вредными микробами кишечного гниения. Глубокая теоретическая и практическая разработка этого вопроса И. И. Мечниковым явилась первым в истории науки случаем успешного применения микробов-антагонистов для лечения и предупреждения заболеваний, вызванных деятельностью вредных микробов, и положила начало развитию новой плодотворной отрасли микробиологии — учению об антибиотиках.

К практическому применению деятельности молочнокислых бактерий Мечников подошёл на основании своих работ о причинах старения человеческого организма. По его мнению, одним из важнейших факторов, ускоряющих старение, являлось отравление человеческого организма вредными продуктами, выделяемыми гнилостными микробами. Гнилостные микробы массами заселяют толстый кишечник млекопитающих.

Развитие гнилостных микробов подавляется молочной кислотой, образуемой молочнокислыми бактериями. Особенно пригодной для этого Мечников считал молочнокислую бактерию, так называемую болгарскую палочку, применявшуюся при изготовлении болгарской простокваши — ягурта. Мечников и предложил употреблять для лечения хронических кишечных заболеваний простоквашу. Знаменитая мечниковская простокваша, или лактобациллин, нашла широкое распространение в профилактике и лечении кишечных расстройств.

Впоследствии оказалось, что болгарская палочка не приживается в кишечнике человека. В 1905 г. по почину русского детского врача А. А. Гартье она была заменена другой молочнокислой бактерией — ацидофильной палочкой, о которой уже шла речь выше. Ацидофилин очень хорошо помогает при профилактике и лечении хронических запоров, хронических колитов, пищевых отравлений. С 1941 г. ацидофильная палочка применяется по предложению советского учёного Хлебниковой также в виде молочной ацидофильной пасты, которая содержит в 20–30 раз больше бактерий, чем ацидофильное молоко.

В Советском Союзе пасту с успехом применяли во время Отечественной войны при лечении гнойных ран, накладывая её на поверхность раны. После такого лечения быстро исчезали многие гноеродные микробы.

Работы Мечникова и его школы вызвали огромный интерес к проблеме практического использования антагонизма микробов.

Много в этой области работали и старейший советский микробиолог почётный академик Н. Ф. Гамалея и одесский врач И. Г. Шиллер, который подметил интересное явление, названное им «насильственный антагонизм». Явление это заключалось в том, что в условиях голодания микробы, обычно не обладавшие антагонистическими свойствами, начинали выделять вещества, растворяющие других микробов, и питались продуктами растворения. Заставляя голодать безвредную для человека картофельную бациллу, Шиллер лечил гнойничковые заболевания кожи (стафилодермию).

Советский микробиолог Л. Г. Перетц много лет практически разрабатывает проблему антагонизма между нормально обитающими в кишечнике человека кишечными палочками и болезнетворными бактериями — возбудителями кишечных заболеваний (например, дизентерии). Предложенный Л. Г. Перетцом живой препарат колибактерин состоит из активной, антагонистически полноценной разводки кишечной палочки.

А нельзя ли выделить из микроба в химически чистом виде это антибиотическое вещество? Нельзя ли превратить живое лекарство, не всегда одинаковое по своим свойствам, в точно дозируемый, стойкий, выдерживающий хранение порошок, который в любой момент можно вынуть из аптечного шкафа и предложить больному?

Этого удалось достичь. Наблюдая, как в почве любое органическое вещество в конце концов разлагается микробами, учёные предположили, что та же участь постигнет в этих условиях и живые клетки болезнетворных микробов. Смесь различных проб земли выдерживали в деревянном ящике до тех пор, пока находившиеся в земле почвенные микробы использовали все подходящие для них запасы и стали голодать. Тогда периодически поливали землю культурой живых болезнетворных гноеродных бактерий, так называемых стафилококков. Если в почве, находившейся в ящике, присутствовали некоторые микробы, способные разрушать клетки болезнетворных стафилококков и питаться за их счёт, то эти микробы должны усиленно размножаться, всё больше приспособляясь к питанию живым стафилококком. Учёные поливали землю стафилококковой разводкой более года и, действительно, в конце концов выделили отсюда культуру короткой палочки, которая обладала удивительным свойством разрушать некоторых болезнетворных микробов. Прибавляя эту палочку к болезнетворным культурам стафилококков, стрептококков, пневмококков, наблюдали, что болезнетворные микробы погибают.

Разрушающее болезнетворных бактерий вещество удалось выделить из культур микробов-антагонистов и получить в чистом, концентрированном состоянии в виде белого кристаллического порошка. Вещество это было названо тиротрицином. Тиротрицин оказался эффективным лекарством при лечении длительно незаживающих гнойных ран. Такие раны часто излечивались тиротрицином в течение нескольких дней. А главное — тиротрицин не оказывал никакого вреда на ткани человека, не убивал фагоцитов — белых кровяных телец, помогающих организму в борьбе с инфекцией, и действовал только на гноеродных стафилококков и стрептококков. Вот эта избирательность, специфичность действия некоторых антибиотиков является их ценнейшим свойством, превращающим их в безвредное лекарство строго направленного действия.

Уже в 1942 г. советские учёные Г. Ф. Гаузе и М. Г. Бражникова вырастили из огородных почв Подмосковья новый вид бактерий, из которого удалось извлечь новый кристаллический антибиотик — советский грамицидин, или грамицидин С. Грамицидин С значительно превосходил тиротрицин по силе и «спектру» своего действия. Ничтожные дозы этого препарата (сотые миллиграмма) убивали стрептококков, стафилококков и пневмококков.

Большую пользу принёс советский грамицидин во время Отечественной войны с фашистской Германией. Обширные, длительно тянувшиеся нагноения, возникавшие после ожогов, быстро излечивались этим лекарством. Лечение грамицидином гнойных заболеваний суставов, костей, органов грудной и брюшной полости также давало прекрасные результаты.

Эти успехи в области получения новых химически чистых антибиотических препаратов микробного происхождения открыли новую эру в медицине. Многие микробиологи активно взялись за разработку этой увлекательной проблемы. Десятки лабораторий в СССР и зарубежных странах принялись выделять из разнообразных почвенных микробов антибиотические препараты и испытывать их лечебное действие. За последние годы описаны сотни различных антибиотиков, но пока лишь единичные из них оказались пригодными для лечебных целей. Остальные, будучи способными убивать болезнетворных микробов в пробирке, или не проявляли подобного действия в организме человека, или оказывались ядовитыми также и для самого больного.

Но зато некоторые препараты оказались действительно чудодейственными лекарствами. Это пенициллин и стрептомицин.

Пенициллин был выделен из зелёной плесени, называемой пенициллиум, или кистевик. Плесень эта чрезвычайно распространена в природе и очень часто развивается на отсыревших пищевых продуктах и даже в чернилах или на залежавшейся обуви. Антагонистические свойства зелёной плесени по отношению к гноеродным бактериям были впервые установлены ещё в 1871–1872 гг. русскими учёными — врачами А. Г. Полотебновым и В. А. Манассеиным. Манассеин и Полотебнов задолго до английских исследователей, приписывающих себе приоритет открытия пенициллина, выявили ряд свойств этого грибка, характерных и для пенициллина.

В 1929 г. английский учёный А. Флемминг, не упоминая об открытии Полотебнова и Манассеина, снова обратил внимание учёных на действие чистых культур зелёной плесени на гноеродных стафилококков. В его опытах культуры плесени выделяли в питательный бульон какое-то вещество, которое даже в небольших дозах убивало целый ряд болезнетворных бактерий. Вещество это, называемое пенициллином, оказалось очень нестойким и полностью разрушалось после 10–15-дневного хранения в лаборатории. Поэтому первоначально был сделан неправильный вывод, что вещество это не может иметь практического значения.

В 1941 г. микробиологи снова занялись пенициллином и, наконец, получили его в очищенном и достаточно стойком виде. Проверка его лечебного действия показала, что пенициллин является исключительным по силе своего действия лекарством. Пенициллин совершенно не ядовит для организма человека. При разведении сухого порошка водой в 2 миллиона раз он прекращает рост гонококков — возбудителей венерического заболевания гонорреи. Он убивает самых стойких стафилококков, стрептококков, пневмококков и возбудителей тяжёлой раневой инфекции — газовой гангрены (рис. 41). В отличие от грамицидина и тиротрицина, которые разрушают красные кровяные клетки, пенициллин можно вводить прямо в кровь и излечивать таким образом заболевания, при которых болезнетворные микробы находятся в кровяном русле человека (например, общее заражение крови). Пенициллин с большим успехом применяется при лечении разнообразных гнойных процессов, воспаления лёгких, остеомиэлитов, заражённых ран, возвратного тифа, гонорреи, сифилиса.

Рис. 41. Действие пенициллина на бактерии. В питательном агаре сделан желобок, в который налит раствор пенициллина, проникающий в агар. Агар засеян различными бактериями, чувствительными к пенициллину. Бактерии (2, 3, 4, 5, 6) развиваются только на значительном расстоянии от желобка

Изготовление пенициллина превратилось в мощную отрасль фармацевтической промышленности. Для культивирования зелёной плесени применяются огромные сосуды — так называемые танки — величиной с трёхэтажный дом, через которые непрерывно продувается воздух. В Советском Союзе построены большие пенициллиновые заводы, создан научно-исследовательский институт по пенициллину и другим антибиотикам.

Вторым антибиотическим препаратом, заслужившим мировую славу, является стрептомицин, выделенный в 1944 г. из актиномицетов — представителей группы лучистых грибков, особенно богатых антибиотическими веществами. Впервые на антибиотические свойства актиномицетов обратил внимание советский учёный Н. А. Красильников, ещё в 1939 г. выделивший антибиотик мицетин из культуры фиолетового лучистого грибка.

Стрептомицин оказался активным против некоторых болезнетворных бактерий, которые нечувствительны к пенициллину. Он активно действует на возбудителей чумы, туляремии, бруцеллёза, на спирохеты и, самое главное, он губит также и туберкулёзную палочку.

Страшное заболевание — туберкулёзный менингит, до сих пор считавшийся неизлечимым, при применении стрептомицина поддаётся излечению. Описаны случаи полного выздоровления безнадёжно больных двухсторонним туберкулёзом после лечения стрептомицином.

Преимущество стрептомицина заключается также в его большой стойкости к нагреванию по сравнению с пенициллином. Он почти не ядовит для человеческого организма. Так же, как и пенициллин, стрептомицин нерационально вводить через рот, так как эти препараты плохо всасываются кишечником и, следовательно, выводятся из организма.

К настоящему времени получены активные антибиотические препараты против многих заразных заболеваний, вызываемых бактериями. Остаётся, однако, важная группа заразных болезней, которых мы не умеем еще лечить антибиотиками. Это обширная группа заболеваний, вызываемых фильтрующимися вирусами. Только на некоторые наиболее крупные вирусы и риккетсии — возбудители сыпного тифа — действуют антибиотики, недавно выделенные из актиномицетов — хлоромицетин и ауреомицин. Эти антибиотики подавляют развитие риккетсий, а также вирусных возбудителей заболевания, называемого попугайной болезнью (пситтакоз) и пахового лимфогранулематоза. Помимо этого, хлоромицетин и ауреомицин эффективны и против ряда заболеваний, вызываемых бактериями; оба эти препарата хорошо всасываются в организм через кишечник, что значительно облегчает их терапевтическое применение. В настоящее время производится широкое изучение лечебного действия этих препаратов.

Очень интересное явление в учении об антибиотиках открыл советский биолог Б. П. Токин. Воздействуя на некоторых микробов (простейшие, бактерии) измельчёнными частями луковицы растений, особенно чеснока и лука, а также частями листьев и других органов растений, Токин наблюдал угнетение микробов и даже их гибель. Опыты Токина дали толчок врачам применять измельчённые части растений в хирургической и терапевтической практике для подавления роста болезнетворных микробов. Вещества, содержащиеся в растениях и подавляющие действие бактерий, были названы Токиным фитонцидами.

Антибиотикам микробного происхождения предстоит большое будущее в медицине. Нет сомнения, что ближайшие годы принесут ещё много открытий в этой области и обогатят арсенал лекарственных средств новыми эффективными препаратами против различных, в том числе и вирусных заболеваний. Но антибиотики могут быть использованы не только в деле лечения человека и животных. Они могут помочь нам и в лечении грибковых и бактериальных заболеваний ценных сельскохозяйственных растений. Возможно, что антибиотики окажутся ценными средствами, предохраняющими от порчи пищевые продукты, консервированные изделия и различные материалы. Учение об антибиотиках — новая увлекательная область исследования, основы которой заложены трудами знаменитого русского учёного И. И. Мечникова. Эта область открывает широкие просторы для учёных и практиков в борьбе с микробами, вызывающими у людей, животных и растений опасные заболевания.