Мир микробов

11. Переделка природы микробов

В этой книге мы познакомились с жизнью и деятельностью разнообразных полезных и вредных микробов. Мы узнали, какую огромную роль играют полезные микробы в различных отраслях народного хозяйства. Мы видели, что блестящие успехи медицинской микробиологии дали нам в руки действенное орудие борьбы с вредными, болезнетворными микробами. Приготовляя из таких микробов предохраняющие от заразных заболеваний вакцины, учёные заставили служить нам даже невидимых врагов.

Мы хорошо знаем, что советская наука не может удовлетвориться лишь познанием явлений природы. Её целью является не только изучение, но и переделка природы в нужном, выгодном для социалистического общества направлении. «Мы не можем ждать милостей от природы; взять их у неё — наша задача», — писал великий русский преобразователь природы И. В. Мичурин.

Весь органический мир — животные, растения и микробы — постоянно изменяется соответственно изменяющимся условиям жизни. Отмирают старые виды, нарождаются новые. Задача прогрессивной биологической науки — овладеть этим процессом видообразования, направленно создавать новые полезные виды, которые еще не существуют в природе.

Всем известно, насколько плодотворным оказался этот творческий метод в приложении к социалистическому сельскому хозяйству. Замечательные работы И. В. Мичурина, Т. Д. Лысенко, их учеников и последователей действительно привели к созданию новых видов растений и животных.

Почему советским биологам удалось по заранее выработанному плану создавать новые, доселе не существовавшие в природе формы? Только потому, что они рассматривали процессы наследственности и изменчивости органического мира, исходя из правильного, основанного на диалектическом материализме взгляда на природу.

Учитывая значение микробов в жизни человека, можно смело сказать, что плановая переделка природы этих невидимых друзей и врагов человека является чрезвычайно благодарной задачей для советского микробиолога. Она сулит нашему народному хозяйству огромные перспективы.

Разве не стоит упорного труда микробиолога создание новых, наследственно закреплённых рас почвенных микробов, намного повышающих урожайность зерновых и технических культур? Вполне реально также получение новых микроорганизмов, применяемых в пищевой и химической промышленности.

Но особенное значение имеет проблема направленной переделки природы микробов для здравоохранения. Увлекательна задача создания новых рас и видов микробов, которые обладали бы ослабленной болезнетворностью, но вместе с тем сохраняли бы иммунизирующую способность при искусственном введении в организм человека и животных. Ведь такие микробы с ослабленной вирулентностью не смогут вызвать заболевания, но создадут прочную невосприимчивость к возможному заражению типичным опасным возбудителем. Лучших учёных-микробиологов и врачей всегда привлекала эта задача.

Мы перечислили только некоторые вопросы, непосредственно связанные с проблемой практического применения изменчивости микробов. Но и этого достаточно, чтобы понять, какие огромные возможности раскрываются при плановой переделке природы микроорганизмов.

Эта возможность совершенно реальна. Ведь «микроорганизмы, — как говорит академик Т. Д. Лысенко, — имеющие непродолжительный период индивидуальной жизни, наиболее легко наследственно приспособляются к изменяющимся условиям жизни».

Действительно, вряд ли в природе существуют более пластичные организмы, чем микробы!

Питаясь и дыша всей поверхностью своего тела, микробы теснейшим образом связаны со средой обитания. Они реагируют на малейшие изменения внешней среды, быстро изменяются и приспособляются к изменённым условиям и очень легко передают своим потомкам по наследству вновь приобретённые изменения. Советский микробиолог проф. Мишустин много лет подробно изучал жизнь почвенного гнилостного микроба, имеющего латинское название «бациллус микоидес». Учёный исследовал в своей лаборатории сотни и тысячи культур этого микроба, выделенных из почв разных климатических зон Советского Союза. Оказалось, что эти культуры отличаются между собой в зависимости от тех условий жизни, в которых они существуют в природе. Культуры, выделенные из северных почв, лучше всего росли в лаборатории при более холодных температурах; культуры, происходившие из южных жарких районов Советского Союза, требовали более высоких температур; культуры, выделенные из засушливых районов, и в лабораторных условиях оказались более приспособленными к усиленному всасыванию влаги, чем культуры из хорошо увлажнённых почв. В зависимости от местообитания наследственно изменялся и внешний вид микроба.

Этими интереснейшими исследованиями было чётко показано, что условия жизни налагают свой отпечаток на все свойства микроба. Несомненно, что все эти передающиеся по наследству различия возникли именно в результате воздействия среды обитания и имеют приспособительное значение. Исходя из своих исследований, проф. Мишустин предложил важный для сельскохозяйственной практики способ определения происхождения зерна: стоит только промыть несколько граммов исследуемого зерна стерилизованной водой и засеять несколько капель промывной воды на плотную питательную среду, чтобы вырастить эту бациллу. Получив чистую культуру, микробиолог изучает, какая же температура является наиболее благоприятной для жизни бациллы. По этой температуре можно определить географическую широту произрастания исследуемой пробы зерна с точностью до 80–200 километров.

Изменяются микробы и в организме человека. Во время эпидемий кишечных инфекций (брюшного тифа, дизентерии) микробиолог часто выделяет из испражнений и крови больных, а в особенности выздоравливающих, какие-то странные, нетипичные культуры микробов. Они не похожи по своим свойствам на обычных возбудителей. Профессор Гринбаум на основании своих 15-летних наблюдений доказал, что эти формы представляют собой естественно возникающие варианты микробов, образующиеся под влиянием изменённых условий их существования в организме человека.

Находки таких необычных форм затрудняют практического врача-микробиолога: часто бывает очень трудно быстро распознать истинную природу болезнетворного возбудителя в этом «маскарадном костюме». Тем самым задерживается лабораторный диагноз заболевания. Чтобы оказаться во всеоружии и уметь различать невидимого врага даже в замаскированном виде, микробиолог должен хорошо знать все проявления изменчивости микроба.

Но особенно часто наблюдается изменчивость микробов при культивировании их в лабораторных условиях. Это и понятно: ведь попадая из природной среды обитания на искусственную питательную среду, микроб встречается с непривычными условиями жизни. В процессе ассимиляции этих новых условий у микроба перестраиваются процессы обмена, что и влечёт за собой его изменчивость.

Очень часто изменение условий жизни, в особенности, если новые условия воздействуют на микробов длительное время, настолько глубоко затрагивает всю их организацию, что возникающие изменения свойств передаются по наследству. Потому-то в лабораторных опытах часто образуются новые формы, новые разновидности микробов.

Иногда после ряда пересевов в лабораторной питательной среде культура совершенно меняет свои свойства. Таким образом, высокоядовитая, болезнетворная в момент выделения из организма культура может превратиться в совершенно безвредную.

Этим путём была получена ослабленная, пригодная для создания иммунитета культура туберкулёзной палочки. В течение тринадцати лет возбудитель бычьего туберкулёза выращивался на лабораторной среде, состоявшей из картофеля, глицерина и жёлчи. За эти годы было произведено более 230 пересевов. В результате культура стала настолько безвредной, что уже несколько десятков лет она с успехом применяется для иммунизации детей, родившихся от туберкулёзных родителей, и заметно снижает заболеваемость. За эти годы ослабленная культура пересевалась тысячи раз. Во всех странах мира ею заражалось огромное количество животных. В предупредительных целях она вводилась миллионам детей. Но ни разу не было отмечено, чтобы в культуре восстановилась та болезнетворность, которая была свойственна исходному типу. Новое свойство — безвредность — оказалось стойко закреплённым у бесчисленных потомков.

Не всегда такое перерождение культур выгодно для нас. Некоторые культуры, обладающие ценными производственными свойствами, утрачивают их после ряда пересевов на лабораторных питательных средах.

Иногда перерождаются, например, производственные культуры зелёной плесени «пенициллиума», вырабатывающие антибиотик пенициллин. Вновь возникающие под влиянием лабораторных условий жизни расы грибка выделяют очень мало пенициллина. Этот пенициллин обладает плохими лечебными свойствами. Тем самым наносится огромный вред производству. Характерный случай произошёл несколько лет назад за границей; одна из партий продажного пенициллина почему-то очень плохо излечивала сифилис. Тщательный анализ пенициллина показал, что он по своему химическому составу несколько отличается от предыдущих партий. Оказалось, что это было связано с наследственным изменением культуры грибка — продуцента пенициллина. Замена его полноценной культурой восстановила прежнее качество антибиотика.

Нередки случаи перерождения производственных культур, применяемых в пищевой, химической промышленности, в изготовлении вакцин и лечебных сывороток. Поэтому микробиолог должен уметь бороться с перерождением ценных культур. Путём создания соответствующих условий культивирования, избирательно благоприятствующих развитию нужных свойств микроба, путём постоянной селекции, т. е. отбора наиболее полноценных рас, микробиолог поддерживает производственные культуры и не даёт им перерождаться. В этих случаях задачей микробиолога является не создание изменённых форм, а, наоборот, сохранение наследственных свойств.

Иногда важные свойства «перерождённой» культуры удаётся восстановить. Многие культуры микробов, утратившие свои болезнетворные свойства на лабораторных средах, восстанавливают их после многократного проведения через организм восприимчивых животных. Таким методом часто удаётся даже значительно повысить вирулентность культур.

Умелым воздействием изменёнными условиями жизни удаётся изменить и наследственно закрепить многие свойства микробов. Путём постепенного и осторожного приучения можно создать расы микробов, переносящие более высокие температуры, повышенные концентрации ядовитых веществ. В процессе производства вина к виноградному суслу добавляется ядовитое для микробов вещество — сернистый ангидрид, предохраняющее сусло от бактериальной порчи. Легко вывести расу дрожжей, стойкую к этому яду. Такие дрожжи дают прекрасный результат при использовании их в виноделии в присутствии высокой концентрации яда.

В настоящее время уже никто не сомневается в исключительной пластичности и способности к изменчивости микробов под влиянием изменений условий жизни. Много труда было положено отечественными исследователями, чтобы установить это бесспорное положение.

В микробиологии, как и в других биологических науках, с самого начала её зарождения происходит ожесточённая борьба между материалистическим учением о широкой изменчивости микробов под влиянием изменённых условий жизни и реакционным идеалистическим учением о постоянстве микробных видов, о независимости изменений свойств микробов от условий жизни.

С конца прошлого столетия и почти до наших дней и в микробиологии, особенно зарубежной, господствовали реакционные представления о неизменяемости микробных видов. Среди учёных, отстаивавших эту неверную точку зрения, был Кох и многие другие. Все наследственные изменения микробов, возникавшие в лабораторных разводках, сторонники этого направления считали следствием загрязнения чистых культур посторонними микробами. Если же изменение свойств микроба нельзя было связать с загрязнением, то оно объявлялось временным, нестойким, ненаследственным.

Реакционная идея о неизменности микробного вида обезоруживала практику и не давала возможности активно воздействовать на микробов в целях изменения и улучшения их свойств.

Русские прогрессивные микробиологи прошлого века, широко воспринявшие эволюционные идеи Ламарка и Дарвина, уже тогда в ряде своих работ указывали на возможность изменения свойств микробов. Н. Ф. Гамалея еще в 1888 г. сообщил об изменчивости открытого им мечниковского вибриона. И. И. Мечников представил ряд интересных фактов по изменчивости микробов. А замечательные микробиологи конца XIX века Л. Пастер, Л. С. Ценковский и другие сумели найти путь получения направленных, наследственных изменений у бактерий сибирской язвы и куриной холеры путём их воспитания в необычных условиях жизни — при повышенной температуре. Как мы уже знаем, этим методом получены были ослабленные живые вакцины, предохранявшие животных от заболевания. Десятки тысяч животных были спасены от неминуемой гибели этим методом.

Великий русский учёный И. И. Мечников писал в 1909 г.: «Именно в области микробиологии была доказана возможность изменения характера бактерий путём изменения внешних условий, причём можно добиться стойких изменений, передаваемых по наследству». Положения, выраженные в этих словах, могли бы явиться основой для дальнейшей плодотворной разработки проблемы направленного изменения наследственности микробов.

К сожалению, реакционные идеи вейсманизма-морганизма, распространившиеся в биологической науке в начале XX века, оказали пагубное влияние и на микробиологов. Идея об обособленности, неизменности и непознаваемости пресловутого «наследственного вещества», идея о ненаследуемости изменений, возникших под влиянием условий жизни, проникли и в микробиологию. «Наследственные изменения возникают чрезвычайно редко, их возникновение является делом случая, свойства новых изменений нельзя заранее предугадать и направить в нужную сторону по воле человека», — так вещали морганисты.

Под таким влиянием и многие микробиологи стали измышлять всякие надуманные схемы изменчивости микробов. Согласно этим схемам вновь возникающие формы должны были неминуемо возвратиться к исходному состоянию. Следовательно, поступательное движение, развитие, исключалось. Признавалось только движение по кругу…

А когда в 1927 г. американский генетик-морганист Меллер «открыл», что наследственные изменения могут быть вызваны таким резким воздействием, как лучи Рентгена, то буржуазные учёные-биологи (в том числе и микробиологи), его сторонники, принялись совать под рентгеновскую трубку мух, пшеницу, микробов и многие другие организмы. Они надеялись, что таким необычным и вредным воздействием удастся получить новые полезные наследственные изменения.

Но какие «полезные» изменения могли возникнуть под влиянием такого губительного фактора, как лучи Рентгена? Возникали различные уродства: бескрылые, безногие и слепые мухи, ослабленные, утерявшие многие важные для нормальной жизни свойства микробы.

И в то же самое время, когда морганисты занимались своими бесплодными опытами по выведению уродов, в небольшом советском городе Козлове, ныне Мичуринске, замечательный русский учёный И. В. Мичурин (рис. 43) путём умелого, планомерного воспитания в соответствующих условиях жизни создавал свои всемирно известные новые породы плодовых и ягодных растений.

Рис. 43. И. В. Мичурин

В это же время начинал свои исторические опыты по планомерной переделке природы зерновых культур молодой советский учёный, ученик и последователь Мичурина, ныне прославленный академик Т. Д. Лысенко (рис. 44).

Рис. 44. Т. Д. Лысенко

Сотни новых, доселе не существовавших в природе видов растений, полученных И. В. Мичуриным и Т. Д. Лысенко по заранее выработанному плану, явились самым ярким опровержением идеалистических измышлений морганистов.

И. В. Мичурин и Т. Д. Лысенко во всех своих работах исходили из положений единственно правильной философии — диалектического материализма. Все явления в природе материальны, взаимно связаны и взаимно обусловлены. Живой организм и условия его жизни представляют собой неразрывное единство. Вне условий жизни не может быть живого тела — оно превращается в неживое. Изменение условий жизни влияет через обмен веществ на все органы, ткани, клетки, части клеток, которые в организме связаны в единое целое. Влияя на весь организм, изменяя его обмен веществ, условия жизни влияют тем самым и на его наследственность. Поэтому любое изменение свойств организма, приобретение им новых признаков, исчезновение старых может быть достигнуто умелым изменением условий его жизни. Познав требования организма к условиям жизни, можно направленно изменять в выгодную нам сторону наследственные свойства организма.

Накопленный микробиологами-материалистами большой фактический материал целиком подтверждает правильность закономерностей, установленных мичуринской биологией. На основе положений мичуринской биологии многие ранее непонятные факты из области изменчивости микробов получили новое освещение и стали ясными. Это особенно ярко проявляется в проблеме вегетативной гибридизации — метода, широко применяемого мичуринцами при переделке природы растений. Путём прививки два растения различных видов сращиваются и образуют единый организм с единым обменом веществ. Пластические вещества, вырабатываемые одним из компонентов вегетативного гибрида, будучи внешним элементам по отношению к другому компоненту, ассимилируются им, становятся его составной частью и изменяют его наследственные свойства.

Метод вегетативной гибридизации, имеющий общебиологическое значение, оказался применимым и по отношению к микробам. Правда, пока мы не умеем сращивать две микробные клетки в единый организм. Но ведь микробы питаются, всасывая пищу всей поверхностью своего тела. Поэтому мы можем заставить один вид микробов питаться продуктами обмена или распада клеток другого вида. При этом микробы изменяются в сторону тех видов, продукты которых они ассимилируют, приобретают их свойства, а нередко и новые признаки, которые передаются по наследству.

Таким образом можно направленно изменить породу микробов. У пневмококков, например, были получены стойкие наследственные изменения, сохранявшиеся в бесчисленном ряде пересевов. Оказалось, что если в питательную среду, в которой культивируется неспособная вызвать заболевание, лишённая защитной капсулы раса пневмококка, прибавить вещество, полученное из клеток болезнетворного капсульного типа, то растущие клетки его приобретают все свойства этого типа. Они одеваются капсулой и становятся вирулентными для мышей, которые, будучи заражёнными такой культурой, быстро гибнут от общего заражения крови. Новые свойства прочно закрепляются по наследству и в дальнейшем передаются потомству уже без добавления вещества, послужившего причиной их образования (рис. 45).

Рис. 45. Направленное превращение пневмококка:

1 — мелкие колонии бескапсульной формы; 2 — крупные колонии капсульной формы

Проф. Н. А. Красильников превращал один вид клубеньковых бактерий в другой, воспитывая их в фильтратах того вида, в который он хотел их превратить. Этим путём ему удалось даже превратить обычные почвенные бактерии в клубеньковые.

Замечательно, что подобные явления можно наблюдать даже у вирусов — этих простейших неклеточных форм жизни. Если воспитывать в организме кролика вирус фибромы в смеси с убитым вирусом миксомы, то вирус фибромы превращается в резко отличающийся от него вирус миксомы. Это превращение строго наследственно и передаётся при дальнейших пассажах на кроликах.

Можно заставить два разных, но близко родственных бактериофага размножаться в одной и той же бактериальной клетке. В результате получается бактериофаговое потомство, отдельные представители которого наделены свойствами обоих фагов. Все эти опыты доказывают, что вегетативная гибридизация, т. е. взаимная ассимиляция продуктов, производимых обоими организмами, и передача по наследству ассимилированных свойств, — явление, широко распространённое среди всего живого независимо от степени его организации, и имеет большое биологическое значение для изменения наследственности. Так же, как и в сельском хозяйстве, вегетативная гибридизация в микробиологии может служить ценнейшим методом получения направленных наследственных изменений.

Победа прогрессивного мичуринского учения в нашей стране над реакционной идеалистической лженаукой вейсманистов-морганистов открыла грандиозные перспективы для микробиологии. Мичуринское учение указало микробиологу верные пути для планового преобразования природы этих мельчайших, разнообразных и чрезвычайно важных в человеческой жизни существ.

Работа эта еще только начинается, но уже сейчас те достижения, которые имеет советская микробиология, показывают, сколь действенным для практики оказывается мичуринский метод умелого воспитания микробов.

Советское здравоохранение получило уже целый ряд живых микробных культур с ослабленной болезнетворностью, которые с успехом применяются в качестве вакцин.

Из зловещего микроба — возбудителя чумы проф. М. Покровская ещё в 1931 г. под воздействием бактериофага получила новую наследственно стойкую форму, отличавшуюся почти полной потерей вирулентности. Вакцину, приготовленную из этой живой, ослабленной формы, проф. Покровская испытала на себе самой. Вакцина оказалась совершенно безвредной.

Много замечательных живых вакцин изготовили советские врачи. Проф. Гинсбург из болезнетворной вирулентной культуры палочки сибирской язвы получил новую форму, клетки которой были лишены капсулы — защитной ослизнённой оболочки бактерии, предохраняющей её от захватывания фагоцитами. Новая форма оказалась совершенно безвредной при введении в организм животных и человека. Она слабо размножалась в организме, но не вызывала заболевания и полностью предохраняла от последующего заражения сибирской язвой. Эти новые свойства микроба оказались строго наследственными. Миллионам голов скота и сотням людей привита эта живая вакцина. Такая же живая и эффективная вакцина была создана из возбудителя опасной болезни туляремии советскими учёными Гайским и Эльбертом.

Получена также живая вакцина из бруцелл — микробов, вызывающих тяжёлое, долго длящееся заболевание бруцеллёз, против которого мы до сих пор почти не имели эффективных методов предохранения и лечения.

Создана и живая вакцина против самого распространённого вирусного заболевания — эпидемического гриппа. Проф. А. А. Смородинцев добился стойкого ослабления болезнетворных свойств вируса гриппа путём его культивирования на оболочках развивающегося куриного зародыша. Приспособляясь к новым условиям существования, вирус гриппа при этом становился вирулентным для куриного зародыша, но уже не мог вызвать настоящего гриппа у человека. Опыты, проведённые в 1946–1949 гг., показали, что заболеваемость людей после прививки этой живой вакциной заметно снижалась.