Советская микробиология: на страже здоровья народа. История советской микробиологической науки в биографиях некоторых её представителей

Игорь Додонов

Советская микробиология: на страже здоровья народа. История советской микробиологической науки в биографиях некоторых её представителей

Народное здравие есть высший закон.

Н.Ф. Гамалея

За последние десятилетия советская

микробиология достигла небывалого расцвета.

Какую бы отрасль микробиологии мы ни взяли

(общую, техническую, сельскохозяйственную, меди-

цинскую), всюду отмечаются значительные успехи.

[…]

Достигнутые советской микробиологией успехи

являются ярким доказательством того, что наши

микробиологи будут и впредь развивать передовую

советскую науку.

Н.Л. Утевский

«Микробиология» (1965г.)

ОТ АВТОРА

Книга эта предназначена для массового читателя. Вряд ли что-то почерпнёт в ней учёный-микробиолог, учёный-биолог или даже простой врач (если он, конечно, как следует учился на медицинском факультете). Хотя, впрочем, некоторые исторические нюансы, моменты биографий учёных, о которых будет здесь рассказано, окажутся интересны и профессионалам, их не знавшим или попросту их подзабывшим.

События последних месяцев, без преувеличения, имеющие планетарный масштаб, делают тематику книги чрезвычайно актуальной. Собственно, пандемия коронавируса COVID-19, потрясшая человечество, и подвигла автора к написанию этой работы.

Автор по роду своей деятельности и образованию не имеет отношение ни к микробиологии, ни к медицине. Он – историк, всегда интересовавшийся историей науки (и, в частности, биологической). Но история – это не только изучение событий и процессов, происходивших в человеческих обществах, но и внимание к людям, бывших их участниками. Как говорят историки, субъективный (личностный) фактор играет в историческом процессе большую роль. Что верно, то верно. А сверх того, в биографиях отдельных людей зачастую очень ярко отражаются те масштабные события, которые происходят в обществе.

Словом, показать, как в Советской стране боролись с такой угрозой, как эпидемии, рассказав о жизни некоторых советских учёных-микробиологов, кажется автору весьма уместным.

Жизнь, которую эти учёные посвятили служению науке, служению людям, своей стране, не может не вызывать восхищения. И рассказать о них сейчас, в такое непростое время, – не только отдать им долг памяти, но и дать людям дополнительную надежду. Ибо положительный пример всегда даёт надежду.

ГЛАВА I

МИКРОБИОЛОГИЧЕСКАЯ АЗБУКА

Поскольку книга носит научно-популярный характер, то представляется совсем не лишним рассказать немного о микробиологии как науке и истории её становления и развития.

Микробиология – это отрасль биологии, изучающая жизнедеятельность особой группы живых организмов, которые, по своим размерам, находятся за пределами видимости невооружённого глаза и доступны исследованию только при помощи микроскопа. Эти организмы получили общее наименование микробов, от которого и происходит название науки – микробиология (от греческих слов «микрос» – малый, «биос» – жизнь и «логос» – наука, учение).

Микробиология изучает форму и строение микробов, их физиологию, роль в природе и патологии человеческого, животного и растительного организмов.

Медицинская микробиология занимается изучением тех видов микробов, которые в процессе своей эволюции приспособились к человеческому организму и, паразитируя на нём, вызывают инфекционные (т.е. заразные) заболевания. Подобные виды микробов называют патогенными (болезнетворными).

Сразу надо оговориться, что в окружающей человека и животных природе, в их организмах широко распространены и непатогенные микробы, так называемые сапрофиты.

Фактически медицинская микробиология стала самостоятельной дисциплиной, находящейся на стыке двух наук, – биологии и медицины. Недаром представители первого поколения микробиологов в большинстве своём были врачами (как бы сказали сейчас – врачами общей практики).

Микробы – это обобщённое наименование нескольких групп микроорганизмов. Наука различает бактерии, грибки, спирохеты, риккетсии, простейших и вирусы.

Бактерии представляют собой микроскопические организмы растительной природы. Их размеры исчисляются микронами (микрон – тысячная часть (0,001) миллиметра). Величина бактерий колеблется от 0,5 до 6 микрон. В отличие от обычных растений, бактерии лишены хлорофилла. Размножаются при помощи простого поперечного деления, в чём проявляют сходство с одним из видов размножения грибков (отчего бактерии получили своё второе название грибков-дробянок).

По своей форме (морфологии) бактерии делятся на три основные группы.

1) Кокки. Это наиболее простая форма. В процессе деления новые молодые клетки могут сохранять связь между собой, образуя различные сочетания. По взаимному расположению особей кокки подразделяются на следующие морфологические группы:

а) Микрококки – кокки, располагающиеся по одной особи.

б) Диплококки (парные кокки) – кокки, располагающиеся попарно. Такое расположение обусловлено делением клеток в одной плоскости, причём, образующиеся в результате деления две новые клетки не утрачивают связи между собой. К патогенным диплококкам относятся: пневмококк – возбудитель крупозной пневмонии, менингококк – возбудитель менингита, гонококк – возбудитель гонореи.

в) Стрептококки – кокки, располагающиеся цепочкой. Как и диплококки, стрептококки делятся в одной плоскости. Среди стрептококков имеются виды, вызывающие заболевание человека (ангина, рожа и ряд других).

г) Тетракокки – кокки, располагающиеся четвёрками. Эта форма присуща коккам, которые делятся в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.

д) Сарцины – пакетообразные кокки. Деление сарцина происходит в трёх взаимно перпендикулярных плоскостях.

е) Стафилококки (гроздевидные кокки) – скопление кокков, напоминающее виноградные грозди. Стафилококки образуются в тех случаях, когда кокки делятся в самых разнообразных плоскостях. Среди стафилококков встречаются виды, вызывающие различные гнойные заболевания кожи, слизистой оболочки и внутренних органов.

Однако надо иметь в виду, что название «кокк» (с греческого – «шар») в определённой степени условно. Шарами эти морфологические виды бактерий бывают не всегда. Скажем, гонококк и менингококк бобовидной формы, а менингококк – ланцевидной. Но при таком «отклонении» от «шарообразности» длина таких бактерий незначительно превосходит их ширину.

2) Палочки. К этой группе относятся микробы, имеющие форму цилиндрических клеток. Длина таких клеток значительно превосходит ширину (отсюда и само название – палочки). Палочки, образующие споры, называются бациллами, не образующие – просто бактериями.

Палочки, подобно коккам, могут давать различные сочетания: палочки, соединённые по две, носят название диплобацилл, или диплобактерий; палочки, соединённые в цепочку, называются стрептобациллами, или стрептобактериями. Но большинство болезнетворных палочек располагается одиночно.

У одних палочек концы закругленные, у других – прямые (обрубленные), у третьих – заострённые.

Эти отличия в морфологии палочек иногда играют важную роль в процессе идентификации патологического материала в ходе визуального наблюдения, т.е. под микроскопом. Скажем, бактерии чумы имеют скруглённую (овоидную) форму, а бациллы сибирской язвы – прямоугольную, с резко обрубленными концами (при этом они располагаются преимущественно не одиночно, а виде дипло- и стрептобацилл).

3) Спирально-извитые формы. К этой группе относятся бактерии, имеющие извитую форму в один или несколько витков. Среди них различают микробов слегка изогнутых (в виде запятой) – вибрионов и микробов, имеющих несколько изгибов, – спирилл.

При этом надо учитывать, что бактериям свойственен полиморфизм – их форма и величина могут меняться в зависимости от условий питания, культивирования и воздействия различных физических и биохимических факторов. Так, например, холерный вибрион в старых культурах может принимать форму шаров, гигантских спирилл и т.д. Туберкулёзная бактерия обладает склонностью давать ветвистые формы, а дифтерийной палочке свойственно ветвление и образование на концах булавидных вздутий.

Тело бактерий (чаще всего одноклеточное) построено по типу растительных клеток и состоит из оболочки и внутреннего содержимого – цитоплазмы.

Оболочка клеток тонка и бесцветна. Она обусловливает сохранение бактериями относительного постоянства форм.

В клеточной оболочке обнаруживается три слоя: 1) внутренний – цитоплазматическая мембрана; 2) средний – клеточная стенка и 3) наружный – слизистый. Они защищают бактериальную клетку от вредных факторов окружающей среды и в то же время не препятствуют проникновению веществ из внешней среды в клетку и обратно, т.е. «вписаны» в обмен веществ бактериальной клетки.

Наружный слой большинства бактерий (как болезнетворных, так и сапрофитов) способен образовывать капсулы. Так называют значительно утолщившийся слизистый слой клеточной оболочки, достигший определённой концентрации и приобретший определённую форму.

Для некоторых микробов образование капсул – постоянный признак (т.н. группа капсульных микроорганизмов). Но и некапсульные бактерии иногда образуют капсулы (например, кишечная палочка, гонококки, пневмококки, бациллы сибирской язвы и др.). В любом случае капсулы для бактерий – полезное образование, защищающее их от вредного воздействия макроорганизма или внешней среды. Так, сибиреязвенные бациллы и пневмококки образуют капсулы в больном организме, а, попадая во внешнюю среду, их утрачивают; бактерии кишечно-тифозной группы, наоборот, – образуют капсулы во внешней среде при низкой температуре (10 – 20 градусов Цельсия) или при наличии сбраживаемых углеводов.

Химический состав капсулы разных бактерий неодинаков: у одних микробов слизистый слой состоит из полисахаридов, у других – из глюкопротеинов.

Цитоплазма бактерий представляет собой смесь коллоидов и имеет жидкую консистенцию. В ней также содержатся гранулы (100 – 200 ангстрем в диаметре), состоящие из различных органических соединений (дегидразы, рибонуклеиновой кислоты, волютина и др.). Нередко в цитоплазме содержатся разнообразные включения – сера, жир, гликоген, зёрна пигмента, гранулёза.

Как говорилось ранее, часть палочек (бациллы) способна образовывать споры. В отличие от грибков (о чём ниже), споры у бацилл служат не для размножения клеток, а для защиты от неблагоприятных воздействий внешней среды, т.е. содействуют сохранению вида.

Одна бактериальная клетка способна образовывать только одну спору.

Процесс спорообразования происходит у бактерий в относительно короткий срок (примерно в течение 24 часов). Сущность процесса заключается в том, что содержимое микробной клетки постепенно сгущается и, концентрируясь в одном месте, покрывается плотной оболочкой. Постепенно тело бактериальной клетки отмирает.

Оболочка споры состоит из двух слоёв: наружного и внутреннего. Наружный слой трудно проницаем для воды и различных веществ, т.е. выполняет защитную функцию. Из внутреннего слоя при прорастании споры образуется новая клеточная оболочка бактерии.

Химический состав споры характеризуется малым количеством свободной воды и большим содержанием липоидов (т.е. жиров), что в значительной степени обусловливает устойчивость спор к воздействию неблагоприятных факторов внешней среды. Например, температура 100 градусов Цельсия не убивает споры. Для их уничтожения необходимо воздействие более высоких температур: перегретого пара (120 – 134 градуса Цельсия в течение 20 минут) или сухого жара (160 – 170 градусов Цельсия в течение 1 – 2 часов).

Попав в условия благоприятные для развития (наличие необходимой питательной среды, влажности, температуры), споры быстро прорастают (за 4 – 5 часов), превращаясь в «обычные» бактерии (говоря по-научному, в вегетативные формы). При прорастании оболочка споры сначала разбухает, а потом растворяется или разрывается, и из неё выходит бактерийный проросток, одетый в тонкую оболочку.

Долгое время оставался спорным вопрос о ядре у бактерий. Одни учёные отрицали его существование, другие полагали, что всё внутреннее содержимое бактериальной клетки является её ядром. Сейчас большинство исследователей признают наличие ядра у бактерий. При этом считается, что оно находится в диффузном состоянии и не вполне дифференцировано от цитоплазмы. Наличие ядерной хромативной субстанции у бактерий доказано опытным путём: с помощью микрохимической нуклеальной реакции на тимонуклеиновую кислоту, являющуюся обязательной составной частью хроматина (вещества, заключённого в ядрах животных и растительных клеток). Сверх того, в ходе ряда исследований наблюдался процесс обособления ядра у бактериальных клеток.

Бактерии способны передвигаться. Движение они совершают при помощи жгутиков – тончайших извитых нитей, которые начинаются от базальных гранул в цитоплазме и выходят наружу через клеточную оболочку. Число и расположение жгутиков у различных бактерий неодинаковы: жгутик может быть один и располагаться на одном из полюсов (такие бактерии называются монотрихами); жгутики могут располагаться пучками на одном или двух полюсах (лофотрихи); жгутики могут идти вокруг всего тела бактерии (перетрихи).

Наиболее быстрые и прямолинейные движения совершают монотрихи и лофотрихи. Например, холерный вибрион (монотрих), имея размер 1,5 – 3 микрона, передвигается со скоростью 30 микрон в секунду, что, как нетрудно подсчитать, превосходит его размер в 10 – 20 раз. Перетрихам присущи менее энергичные и в то же время более беспорядочные движения.

Характер движения микробов зависит также от их возраста (молодые клетки двигаются более энергично), температуры внешней среды (оптимальная для микроорганизмов температура способствует движению), наличия химических веществ и других факторов.

Грибки составляют очень широко распространённую в природе группу микроорганизмов растительного происхождения. От бактерий они отличаются более сложным строением и более совершенными способами размножения.

Грибки делятся на три большие группы: 1) плесени; 2) дрожжи; 3) несовершенные грибки.

1) Плесени. Различают два вида плесеней: мукоровые и аспергилловые.

Грибки семейства мукоровых имеют ветвящийся мицелий (грибницу) без перегородок (несептированный). Т.е. вся грибница их представляет собой одноклеточный организм. От мицелия отходят спороносные нити, оканчивающиеся шаровидными спорангиями, в которых содержатся многочисленные споры (эндоспоры). После созревания спорангии лопаются, а выпавшие споры, прорастая, дают начало развитию нового мицелия. Разросшиеся колонии мукорового грибка читатель мог видеть на старом хлебе (эти колонии имеют вид чёрного сплошного пушка, покрывающего поверхность несвежего хлебо-булочного изделия).

Аспергилловые грибки имеют более сложное строение – мицелий этих грибков многоклеточный: он разделён межклеточными перегородками. Размножаются аспергилловые грибки также посредством спор (экзоспор или конидий).

Аспергилловые грибки разделяются на два подсемейства: собственно аспергиллусы и пенициллиумы. Спороносные нити первых (конидиеносцы) одноклеточные и заканчиваются головчатым утолщением, на котором имеются стеблеобразные выросты – стеригмы. От них и отшнуровываются экзоспоры (органы плодоношения напоминают лейку, поэтому такие грибки ещё называют леечными). Конидиеносцы вторых – многоклеточные, без головчатого утолщения. Стеригмы и отшнуровывающиеся от них экзоспоры напоминают кисточки (отсюда и второе название пенициллиумов – кистевики).

Аспергилловые плесени читатель может видеть весьма часто: на несвежих продуктах, влажных и сырых поверхностях (при недостаточном поступлении света и свежего воздуха).

Грибки семейства аспергилловых имеют большое практическое применение в медицине (в производстве антибиотиков), в особенности грибки рода пенициллиумов.

2) Дрожжи. Дрожжевые грибки – это крупные круглые, овальные, а иногда удлинённые клетки с двуконтурной оболочкой. В них отчётливо заметно ядро, иногда вакуоли (небольшие шаровидные полости). Диаметр дрожжей 7 – 10 микрон. Размножаются они как посредством почкования, так и с помощью спор (эндоспор, образующихся прямо внутри дрожжевых клеток).

Семейство дрожжевых грибков очень многочисленно. Характерной физиологической особенностью большинства дрожжей является способность производить спиртовое брожение сахаров, в результате которого происходит разложение сахара на этиловый спирт и углекислый газ. Эта особенность дрожжей ста стала известна человеку с глубокой древности и нашла широкое применение: при производстве спиртных напитков (пива, вина), для подъёма и разрыхления теста (посредством выделяющегося при брожении углекислого газа), при изготовлении заквасок, использующихся в производстве кисломолочных продуктов (кефира, ряженки, кумыса и др.). С развитием биологической и химической наук стало известно, что многие дрожжевые грибки богаты белками, жирами и витаминами. В связи с этим было налажено дрожжевание кормов для скота. Богатство дрожжей витаминами (тиамином, рибофлавином, никотиновой, фолиевой, пантотеновой кислотами и др.) обусловило их применение при изготовлении лекарств для лечения различных заболеваний (авитаминоза, фурункулёза, диспепсии и ряда других).

В общем, наверное, без преувеличения дрожжевые грибки можно назвать «чемпионом» среди микроорганизмов по сферам их полезного использования в жизни человека.

3) Несовершенные грибки. К этой группе грибков относятся: а) дерматофиты; б) дрожжеподобные организмы и в) лучистые грибки (или актиномицеты).

Вегетативное тело дерматофитов состоит из септированного мицелия. Размножаются они почкованием и экзоспорами.

Дрожжеподобные грибки (Саndida) морфологически сходны с истинными дрожжами, но, в отличие от последних, не образуют эндоспор, т.е. размножаются только почкованием.

Лучистые грибки (актиномицеты) по строению мицелия близки, с одной стороны, к низшим одноклеточным плесеням (мукоровым грибкам), а с другой – к бактериям. Ветвящийся мицелий их представляет собой одну клетку. Нити актиномицетов в поперечнике имеют 1 микрон. Размножаются актиномицеты при помощи оидий –члеников, образующихся в результате распада концевых нитей на отдельные сегменты. В результате эти грибки выглядят, как расходящиеся в разные стороны лучи (отсюда и их название – лучистые грибки). Актиномицеты, подобно плесеням, нашли применение в медицине для изготовления антибиотиков (из различных актиномицетов получены такие антибиотики как стрептомицин, ауреомицин, хлормицетин (его синтетический аналог – левомицетин), тетрациклин).

Мы много сказали о полезной роли грибковых микроорганизмов в жизни человека. Но грибки являются также и причиной многих заболеваний человека (эти заболевания имеют обобщённое наименование микозов). Так, плесневые грибки могут вызывать глубокие микозы – поражение лёгких, селезёнки; дерматофиты поражают кожу и волосы (дерматомикозы); грибки рода Саndida вызывают кандидамикозы мочеполовых путей; лучистые грибки – актиномикозы (очень тяжёлые заболевания, характеризующиеся глубокими нагноениями на шее, затылке, рёбрах и позвонках больного, а также в ряде случаев и поражением внутренних органов – лёгких, печени, кишечника и др., могущие привести к смертельному исходу).

Спирохеты имеют строение тонких нитей со многими завитками.

Тело спирохет состоит из цитоплазмы и центральной эластичной осевой нити. Некоторые виды спирохет имеют длинные тонкие жгутики, располагающиеся по концам тела, другие жгутиков не имеют. Тем не менее подвижными являются все спирохеты. Дело в том, что их подвижность обусловливается сократимостью их цитоплазмы и эластичностью осевой нити. Таким образом, спирохеты могут совершать вращательные и сгибательные движения. Жгутики же, в случае их наличия, играют в передвижениях этих микроорганизмов вспомогательную роль.

Размножаются спирохеты так же, как и бактерии, путём простого поперечного деления.

Эти микробы являются возбудителями ряда инфекционных заболеваний человека. Например, бледная спирохета – возбудитель сифилиса; спирохетами вызываются также возвратный тиф (как вшивый, так и клещевой) и лептоспирозы.

Простейшие (Protozoa) представляют собой одноклеточные животные организмы. По строению они более сложны, чем бактерии. Тело их состоит из протоплазмы, одного или нескольких ядер, вакуоли и ряда включений.

Движение простейшие совершают при помощи протоплазмы, образующей псевдоподии (например, амёбы), либо при помощи жгутиков и ресничек (например, инфузории).

Размножаются простейшие несколькими способами: а) путём простого деления; б) множественным делением сначала ядра, а затем всей клетки на ряд молодых особей (такое деление называется шизогонией); в) половым путём. У некоторых простейших может встречаться сочетание указанных способов размножения. Так, например, у плазмодия малярии происходят смены бесполового и полового циклов размножения.

Некоторые простейшие могут образовывать так называемые цисты (например, дизентерийная амёба). Это – неактивное состояние данных микроорганизмов подобное спорам у бактерий. Как и споры у последних, цисты простейших не служат целям размножения, а являются защитой от неблагоприятных условий внешней среды. Они окружены плотной оболочкой и содержат по несколько ядер. Попав в благоприятные условия, цисты превращаются в вегетативные клетки.

Простейшие являются возбудителями ряда опасных инфекционных заболеваний человека: трипаносома – сонной болезни, плазмодии – малярии, амёбы – дизентерии и амёбных нарывов печени и др.

Риккетсии (существует и форма написания этого слова с двумя буквами «т» – «риккеттсии») – своеобразная группа микроорганизмов. Своё название получили по имени американского медика и учёного Х.Т. Риккетса, впервые описавшего возбудителя лихорадки Скалистых гор, который как раз и является риккетсией1. Риккетс погиб при изучении эпидемии сыпного тифа в Мексике. «Сыпняк» также вызывается риккетсиями. Ещё одна причина, по которой микроорганизм был назван в честь американского исследователя.

Риккетсиям свойственен полиморфизм.

Различают четыре морфологических типа риккетсий (по П.Ф. Здродовскому):

1) Тип А, или кокковидные риккетсии, в виде очень мелких овоидов или эллипсоидов диаметром 0,3 – 0,5 микрон.

2) Тип В, или палочковидные риккетсии, в виде нежных коротких палочек диаметром от 1 до 1,5 микрон.

3) Тип С, или бациллярные (длинные палочковидные) риккетсии, в виде удлинённых и обычно изогнутых тонких палочек размером 3 – 4 микрона.

4) Тип D, или нитевидные риккетсии, в виде длинных, нередко гигантских причудливо изогнутых нитей, напоминающих крупные бактерии-спириллы. Их размер 10 – 40 микрон. Встречатся формы и превышающие 40 микрон.