Нова наука - гнотобіологія
Відразу розшифруємо термін "гнотобіологія" - наука про безмікробних життя. Вважається, що зараз їй близько 10 років. Так було вирішено на IX Міжнародному мікробіологічному конгресі, що проходив в Москві в 1966 році. У той же час саме тут повністю виправдовує себе стародавній вислів, що "часто нове - це добре забуте старе". У всякому разі, думка про те, чи можуть вищі організми існувати без мікробів, народилася майже одночасно з самою наукою про мікроби - мікробіологією. Першим це питання сформулював Пастер. Але спочатку трохи міркувань.
Якщо ви запитаєте біолога-натураліста, які, на його думку, найбільш підходящі для живих істот умови існування, він, не замислюючись, відповість, що, звичайно, умови природні, в яких даний вид склався і мешкає. Однак кожен, хто займався розведенням тварин або рослин, знає, що для них можна створити (зазвичай так і буває) умови виховання, різко відмінні від природних. І це не шкодить.
Навпаки, часто такі умови виявляються не тільки цілком придатними для розвитку даного організму, а й навіть більш сприятливими.
І тут постає просте запитання: що розуміти під умовами існування або, точніше, проживання в природному середовищі? Звичайний відповідь: температура, вологість, освітленість, певного типу їжа, міжвидові відносини зі своїми "сусідами" і т. Д. І рідко хто замислюється над тим, що одним з загальних і обов'язкових факторів умов природного середовища для будь-якої істоти, що мешкає на нашій планеті , є присутність мікроорганізмів. Мікроби, якщо так можна висловитися, буквально просочують все більш високоорганізовані форми життя.
Але до якої міри наявність вірусів необхідно для існування вищих організмів? Чи повинні ми завжди розглядати мікробів як найлютіших ворогів, які прагнуть погубити, розкласти і знищити вишеорганізованние істоти, або, навпаки, є мікроорганізми не тільки корисні, а, можливо, і навіть абсолютно необхідні для життя тварин і рослин? Ось це питання і запропонував Французької академії наук в 1895 році Пастер. Сам він знав багато. Він знав, що більшість мікроорганізмів, з якими мав справу в своїх дослідженнях, потрапляючи в організм людини або тварини, як правило, викликає захворювання, часто важкі і навіть невиліковні. І все-таки Пастер вважав, що існування вищих організмів поза оточуючого їх світу мікробів неможливо.
"Я не приховую, - писав він, - що, якби у мене був час, я б зробив це дослідження з упередженою думкою, що життя в цих умовах (безмікробних) неможлива". І Пастера не важко зрозуміти. Адже він добре знав, яке величезне значення для існування вищих організмів мають хімічні перетворення, що забезпечуються процесами бродіння. Адже тут теж працюють мікроби. І цілком природно було вважати, що серед незліченної мікробного населення нашого кишечника (143 мільйони бактерій на кожний міліграм вмісту) є і види, які своїм хімічним дією забезпечують організму засвоєння їжі, а отже, і його існування. Коротше кажучи, питання стояло чітко: чи можуть високорозвинені істоти нормально жити і розвиватися в безмікробних середовищі? Міркування тут були марні. Слово залишалося за експериментом.
Найпершою спробою в цьому напрямку були, мабуть, досліди Тірфельдера і Нутталя, проведені в 1895 році. Дослідники вирішили виховати дитинчат морської свинки, витягнутих з матки шляхом кесаревого розтину, в абсолютно асептичних умовах. Стерильність вдалося дотримати як при самій операції, так і при подальшому утриманні тварин. Харчувалися морські свинки стерилізованим молоком. Дослід тривав всього 10 днів, і результати його можна було трактувати по-різному. Так, дійсно, десять днів молоді морські свинки прожили в "безмікробних світі". Вони не померли. Мало того, вони додали у вазі. Але тут же з'ясовується: додали за рахунок. неперетравленої їжі. Кисле стерилізоване молоко заповнило їх кишечник.
Загалом перша експериментальна спроба з'ясувати можливість безмікробних існування вищих організмів чіткої відповіді не дала. "Живуть?" - "Так" .- "Скільки? -" 10 днів ". -" А чи можуть більше? "-" Не відомо! "
Шоттеліус працював з курчатами. Дослідження тривало кілька років, витрачених головним чином на подолання незліченних технічних труднощів в постановці дослідів. Але винахідливість і завзятість перемогли: Шоттеліусу вдалося домогтися асептичних умов вирощування. І що ж? Виховані в таких умовах курчата були слабкими. У своєму розвитку вони набагато відставали від контрольних. Найчастіше вони просто гинули. Але експеримент триває. Варто тільки в їжу піддослідних курчат додати мікробів (Bacilus colli - кишкова паличка), як їх самопочуття поліпшується і розвиток йде нормально. Тим більше що незабаром пані Мечникова спостерігає таку картину по відношенню до пуголовкам. У безмікробних середовищі розвиток пуголовків сповільнюється, і метаморфоза (перетворення пуголовка в жабу) у них не відбувається. У контрольній же групі все йде нормально.
Отже, в кінці XIX - початку XX століть експеримент начебто сказав своє слово: передбачення Пастера було правильним. Світ мікробів і світ істот більш високоорганізованих за багато тисячоліть взаємної еволюції і співіснування знайшли настільки тісні узи, що розірвати їх неможливо.
І все-таки в 1912 році Кохенді приходить до цілком протилежного висновку. Працював він, як і Шоттеліус, з курчатами, на яких ще Пастер зазначав як на істоти, самою природою створені для подібного роду експериментів. Адже в яйці курча розвивається в мініатюрному світі, що не містить інших живих істот. Техніка експерименту у Кохенді була на той час досить складною і досконалою.
На 18-19-й день насиджування яйця бралися з-під курки, дезінфікувалися теплим однопроцентним розчином сулеми і містилися в спеціальний апарат. Це була відносно велика (більше метра) камера, в якій спеціальна система підтримувала постійний приплив стерильного повітря певної вологості. Камера ділилася на два відсіки. Менший, куди поміщалися яйця, грав роль штучної квочки. Там підтримувалася температура 40 градусів. Другий відсік був для новонароджених курчат як би вигульних дворик, де вони знаходили стерилізовану їжу. Тут курчата могли вільно бігати, пити воду, клювати зерна і час від часу грітися біля штучної квочки. Температура всередині "дворика" була 24 градуси.
Ось в таких умовах Кохенді вирощував курчат протягом 15, 20, 33, а в деяких дослідах і 40 днів. Звичайно, досліднику хотілося провести експерименти більш тривалі, але тут підводила техніка. Незважаючи на всі досконалість, апарат, сконструйований Кохенді, незабаром ставав тісний для курчат.
Але подивимося результати цих дослідів. Повторностей було багато, і у всіх випадках вирощені в безмікробних середовищі курчата виявлялися за зростом і вагою то однаковими, то трохи вище, то трохи нижче контрольних. Різниця була завжди в межі звичайних індивідуальних коливань. Чи не відрізнялися "безмікробних курчата" від контролю і по своїй анатомічній і фізіологічного розвитку.
Взагалі з дослідів Кохенді абсолютно однозначно можна було зробити висновок, що існування хребетних тварин можливо, принаймні деякий час, при повній відсутності мікробів, причому ці умови не викликають ніяких порушень в житті і розвитку організму. Однак, як не доказові були ці результати, вони все ж таки не свідчили про те, що організм може провести все своє життя і розмножуватися в асептичному середовищі. Правда, принципово така можливість незабаром була встановлена французами Делькур і Гюено, але для. мушок дрозофіл. Ці дослідники, використавши складну і хитромудру апаратуру і пропрацювавши кілька років, отримали багато тисяч абсолютно стерильних комах протягом більш ніж 20 поколінь. І вони з повним правом могли стверджувати, "що мухи ці можуть розвиватися, зазнавати перетворення і розмножуватися протягом багатьох поколінь без будь-якої участі мікробів. Зростання їх не тільки відбувається швидше, ніж в умовах неасептіческіх контрольних дослідів, а й смертність їх надзвичайно скорочується; майже всі яйця, відкладені мухами, дають комах, здатних до розмноження, тоді як при розвитку в звичайних умовах смертність нерідко настільки значна, що може навіть повести до зникнення цілих поколінь ".
Отже, якщо тепер поширити висновки, отримані в дослідах над комахами, на хребетних, то є підстави думати, що всі тварини можуть жити і розвиватися в безмікробних умовах. Так, але чи можна це робити? Мухи є мухи, і до хребетних їм далеко. Для остаточного судження потрібні були нові, більш доказові експерименти, а це перш за все більш досконале їх технічне оснащення.
Таку техніку вдалося створити лише в середині нашого століття. Основну роль тут зіграли нові пластмаси і пластики, що забезпечують надійний і зручний протимікробний бар'єр в камерах різних конструкцій. Були розроблені і оригінальні методи стерилізації їжі, аж до застосування іонізуючої радіації. Творці безмікробних камер використовували і останні досягнення електроніки та автоматики, які контролюють і підтримують всередині камер стабільні і чітко регульовані умови середовища (температура, вологість, газовий склад і т. Д.).
Коротше, майже всі досягнення технічної думки нашого століття були використані гнотобіологіей. І може бути, дійсно справедливо вважати ці роки часом народження гнотобіологіі як самостійної наукової дисципліни, яка має свої цілі і завдання, свій метод дослідження, свою термінологію. Зараз як за кордоном, так і в нашій країні створені цілі колонії безмікробних курчат, пацюків, морських свинок, мишей, мух дрозофіл, кроликів. У деяких колоніях тварини розвивалися до сімнадцятого покоління. І ряди гнотобіонтов (безмікробних тварин) весь час поповнюються. Дійшла черга і до великих ссавців. Зараз отримані безмікробних кошенята, телята, поросята, ягнята і навіть. ослики. Вирощуються і безмікробних мавпи. Як правило, всі гнотобіонти- ссавці розвиваються так само добре і поводяться так само активно, як і звичайні тварини. Правда, в безмікробних умовах великі ссавці поки не розмножуються, але це, як то кажуть, "питання голою техніки". Вся справа в розмірах камер. Взагалі ж успіхи гнотобіологіі вже істотні.
І все-таки, за твердженнями американського біолога Т. Д. Лаки, це лише рання фаза розвитку гнотобіологіі як науки. Кінець цієї фази дитинства він визначає 1 972 роком. Лаки можна вірити, оскільки він сам багато зробив для зародження (точніше - відродження) гнотобіологіі. Зрозумілий і його прогноз настільки точної дати, оскільки вона збігається з одним з етапів американської програми освоєння космосу, в якій саме на 1972 рік запланована посилка міжпланетного корабля. І мабуть, не буде великою натяжкою, якщо сказати, що серед безлічі технічних, астронавігаційних і інших проблем, пов'язаних з польотами на інші планети, проблема видового складу і кількості мікрофлори в замкнутому просторі космічного корабля є однією з найважливіших.
Майбутній політ на Марс триватиме більше двох років. А як поведуть себе в цей час мікроби, які населяють кишечник людини? Чим повинні харчуватися космонавти?
Відомо, що різні поживні речовини впливають на склад мікрофлори і взаємодія між різними видами бактерій - це довів ще Ілля Ілліч Мечников. До того ж зараз встановлено, що у людини, ізольованого в біологічно обмеженою середовищі, вже через два тижні після ізоляції спостерігаються зрушення кишкової флори, причому в бік патогенних форм. Кабіна космічного корабля є саме таке біологічне обмежений простір, повністю ізолює знаходяться в ньому організми від зовнішнього середовища. Це самостійний, замкнутий мікросвіт зі своєю повітряною мікрофлорою, яка буде отримана на Землі. А які зрушення відбудуться серед мікробів повітря в космічному кораблі під час тривалого польоту? Адже серед мікробного населення повітря, крім нешкідливих мікроорганізмів, є і хвороботворні. А може бути, склад повітряного мікрофлори повинен бути заздалегідь заданим микробиологами, які готують політ, і строго визначеним? А може, простіше: зробити повітря взагалі стерильним?
Але тоді стерильною повинна бути і їжа космонавтів і вони самі, тобто космонавти, повинні стати гнотобіонтамі. А наскільки це можливо? Не можна ж майбутнього космонавта ростити в безмікробних камері з моменту народження до старту космічного корабля. Може, давати космонавтам антибіотики? Які?
На всі ці питання повинна відповісти гнотобіологія. Як вони будуть вирішені, ми, напевно, скоро дізнаємося. У всякому разі, роботи ведуться інтенсивно. Імовірно можна сказати, що швидше за все всередині кабіни космічного корабля буде створено свій світ мікробів, строго збалансований і контрольований за видовим складом мікрофлори як самих космонавтів, так і навколишнього їх замкнутої середовища корабля.
Але можливі й інші рішення. Загалом час покаже. Гнотобіологія розвивається швидко. До речі, "космічні" проблеми далеко не єдині, які покликана вирішити ця наука.
Вивчення цих систем має дуже велике значення для вирішення багатьох проблем як чисто мікробіологічних, так і загально біологічних і медичних. Пам'ятайте проблему природного і насильницького антагонізму мікробів? А як недруги ставляться один до одного, потрапивши всередину організму? Або, навпаки, синергізм (співдружність) мікробів. Він проявляється у взаємному посиленні впливу на організм одного мікроба іншим. Відомо багато інфекційних захворювань, що викликаються саме такими "дружніми" асоціаціями мікроорганізмів. А як ці асоціації складаються? В яких умовах і який вигляд відіграє провідну роль? Або, може, вони рівноправні і боротися треба відразу з усіма?
Чіткі відповіді на ці питання можна отримати, лише вивчивши трібіотіческую систему (якщо мова йде про два види мікробів). Дослідження ж дібіотіческіх систем дозволяє глибше зрозуміти механізми імунітету, так як тут "в чистому вигляді" визначено відносини вищого організму і заздалегідь даного (а головне, єдиного) виду мікроорганізмів.
Використовуються гнотобіологіческіе тварини і в вірусологічних дослідженнях, при вивченні вірусної природи раку і інших вірусних захворювань. Загалом гнотобіотіческіе тварини - прекрасна, якщо не сказати, ідеальна модель для вирішення найрізноманітніших проблем медичної мікробіології, модель, значення якої важко переоцінити. Адже таким шляхом дослідники отримують в руки ще один інструмент, що дозволяє проникнути в таємниці світу мікробів, і, що найголовніше, саме мікробів хвороботворних. Але ж дізнатися у всіх деталях, як ці мікроорганізми взаємодіють один з одним і організмом вищим, - це значить отримати ключ до створення нових, більш дієвих способів боротьби з ними.
Ну, а якщо тепер повернутися до питання, з якого почалася наша розповідь про гнотобіологіі: чи не варто людству прагнути до того, щоб взагалі знищити світ мікробів і увійти в нову "безмікробних еру" існування? Відповідь може бути лише один: ні, не слід, не слід хоча б тому, що хвороботворні мікроби становлять лише малу частину представників цього величезного і ще недостатньо пізнаного світу (в цьому ви переконаєтеся з наступних нарисів). Однак ліквідувати всіх патогенних мікробів, ліквідувати інфекційні хвороби людство може і повинно. Воно до цього прагне, і так буде! Застава тому успіхи мікробіології, про які ми тут розповіли.
У боротьбі між світом мікробів і світом людей переможе людина. На жаль, однак, шлях цей не гладкий, і винні тут самі люди, але це вже тема наступного нарису.