Текст книги "Открытия, которые изменили мир. Как 10 величайших открытий в медицине спасли миллионы жизней и изменили наше видение мира"

Для большинства из нас дрожжи – порошкообразное вещество, которое придает вину и пиву приятную игристость и помогает хлебу и кексам подниматься в горячей духовке. Некоторые из нас знают, что дрожжи – одноклеточный микроорганизм, который размножается, выращивая маленькие почки. Но чтобы установить и подтвердить эти обманчиво простые факты, ученым в XIX веке потребовалось много лет дебатов и экспериментов. Даже после того, как они признали дрожжи живым организмом, начался новый виток споров о том, в самом ли деле они отвечают за брожение (ферментацию).

Невоспетый герой раннего этапа микробиологии, дрожжи, благодаря своим сравнительно крупным размерам, первыми из микробов подверглись изучению. Но сегодня часто забывают еще об одной веской причине воздать дрожжам должное: благодаря работе ученого Луи Пастера они сыграли центральную роль в развитии микробной теории.

Поначалу ничто не предвещало великих открытий. В 1854 г. Луи Пастер занимал должность декана факультета естественных наук в северофранцузском городе Лилле, преподавал химию и в целом не слишком интересовался дрожжами и алкогольными напитками. Но однажды отец одного из студентов спросил, не хочет ли он разобраться с проблемой, возникшей на его винокуренном заводе. Пастер согласился. Изучив бродящую жидкость под микроскопом, он сделал важное открытие. Здоровые микроорганизмы в забродившем соке имели правильную шарообразную форму, но там, где происходило скисание (порча), они были продолговатыми. Пастер продолжил изыскания и в 1858 г. доказал, что брожение алкоголя обусловлено деятельностью дрожжей. Этим открытием он подтвердил «микробную теорию» брожения, что вызвало кардинальный переворот в общественном сознании: люди узнали, что вся алкогольная промышленность опирается на одну микроскопическую форму жизни и одноклеточный микроб может иметь огромное влияние.

В следующие годы Пастер распространил микробную теорию брожения на «болезни» вина и пива, успешно доказав: алкогольные напитки портятся из-за того, что другие микроорганизмы производят внутри них молочную кислоту. Он не только обнаружил эти пагубные микроорганизмы, но и нашел от них «лекарство»: нагревание жидкости до 60–80 °C убивало микробы и позволяло предотвратить порчу продукта. Название процесса частичной стерилизации – пастеризация – хорошо известно нам и сегодня: мы постоянно видим его на упаковках продуктов и напитков.

Работа Пастера в области ферментации и «болезней» вина отметила новый рубеж в развитии микробной теории. Уже в начале 1860-х он размышлял о том, могут ли микроорганизмы оказывать схожее влияние и в других областях жизни: «Убедившись, что вино и пиво претерпевают существенные изменения, поскольку становятся убежищем микроскопических организмов, нельзя не задаться следующим вопросом: что если подобный феномен может и должен происходить в организме животного или человека?»

Веха № 4
Окончательные похороны теории самозарождения жизни

Пока Пастер занимался изучением брожения, уже известный нам французский натуралист Феликс Пуше посеял в научном мире раздор и смуту, объявив, что «получил веские доказательства» самопроизвольного зарождения жизни. В частности, он утверждал, что провел эксперименты, в ходе которых создал микробов в стерильной среде, где до этого не было родительских микроорганизмов. Многие ученые отмахивались от его заявлений, но Пастер, имея опыт в изучении брожения и будучи настоящим гением по части постановки неожиданных и элегантных экспериментов, смог выйти против Пуше и решить проблему, которую многие считали неразрешимой. С помощью одного классического эксперимента он выявил недостатки работы Пуше, обратив внимание на явление столь распространенное, что мы нередко забываем о нем так же, как о воздухе, которым дышим.

«Пыль, – объяснил Пастер в лекции, посвященной своему знаменательному эксперименту, – это домашний враг, хорошо знакомый каждому. Воздух в этом помещении наполнен частицами пыли, которые порой могут привести к болезни и смерти: от тифа, холеры, желтой лихорадки и пр.». Далее Пастер объяснил, что микробы, которые, по утверждению Пуше, самопроизвольно зародились в стерильной среде, на самом деле появились в результате несоблюдения техники эксперимента в условиях пыльной комнаты. Чтобы проиллюстрировать свою мысль, Пастер провел простой опыт. Он налил мясной бульон в два стеклянных сосуда, один из которых имел прямое вертикальное горлышко, без труда пропускавшее воздух вместе с частицами пыли, а другой – длинное, горизонтально изогнутое, которое пропускало воздух, но не пыль. Пастер прокипятил бульон в обоих сосудах, чтобы убить уже существующие микробы, и отставил их в сторону. Через несколько дней он проверил сосуды и выяснил, что в первом, открытом, бульон заплесневел: вместе с частицами пыли внутрь попали микробы. Во втором сосуде, чье изогнутое горлышко не позволяло пыли попадать внутрь, микробов не было.

Пастер объяснил, указывая на второй сосуд: «Он будет оставаться неизменным не только день или два, или три, или четыре, или даже месяц, год, три года, четыре года! Эта жидкость будет стерильной всегда». В следующие годы Пастер не раз проводил подобные опыты, получая те же результаты, и мог уверенно заявить: «Доктрина самопроизвольного зарождения жизни никогда не оправится от смертельного удара, нанесенного ей этим экспериментом».

Работа Пастера, в которой на 93 страницах описан ход и результаты этого эксперимента, была опубликована в 1861 г. и сегодня считается последним опровержением теории о самопроизвольном зарождении жизни. Не менее важно и то, что она подготовила условия для достижения следующего этапа. Как написал в то время Пастер, «весьма желательно продолжать эти исследования и дальше… и серьезно изучить таким образом происхождение болезни».

Веха № 5
Важное звено: микробы в мире насекомых, животных и людей

В течение 20 лет Пастер сделал несколько потрясающих открытий, которые перевернули представления людей о мире, оказали огромное влияние на развитие медицины и установили новую веху в развитии микробной теории. Все началось в середине 1860-х, когда шелковая промышленность Западной Европы столкнулась с загадочной болезнью шелковичных червей. Друг-химик попросил Пастера обратить внимание на эту проблему, но поначалу тот ответил уклончиво, заметив, что ничего не знает о шелкопрядах. Тем не менее, заинтригованный поставленной задачей, Пастер начал изучать жизнедеятельность шелкопрядов и рассматривал под микроскопом здоровых и больных особей. За пять лет он установил, от какой болезни они страдают, и указал фермерам способ предотвратить ее, чем помог шелковой промышленности вернуться к процветанию. Однако эта работа имела огромное значение не только для промышленности. Пастер сделал еще один большой шаг в истории развития микробной теории, вступив на неисследованную территорию: в сложный мир инфекционных заболеваний.

В 1870–1880-е Пастер приступил к изучению инфекционных заболеваний у животных и сделал несколько важнейших открытий, которые также заняли свое место в фундаменте микробной теории. В 1877 г. он начал изучать сибирскую язву – болезнь, от которой страдали до 20 % поголовья овец во Франции. Другим ученым уже удалось обнаружить в крови зараженных животных палочковидный микроб, однако Пастер провел собственное независимое исследование и в 1881 г. потряс мир сообщением о том, что он создал вакцину, которая успешно ограждает овец от заболевания. Эта крупная веха в истории вакцинации (подробнее мы поговорим об этом в главе 6) стала лишним доказательством того, что микробная теория реальна и имеет непосредственное отношение к болезням животных.

Однако на этом Пастер не закончил работу в области иммунизации. Вскоре он начал экспериментировать над созданием вакцины от бешенства – широко распространенной в то время болезни с неизменно летальным исходом. Пастер не смог выделить или идентифицировать микроб, вызывающий бешенство (вирусы были слишком малы, и мощности тогдашних микроскопов не хватало, чтобы их увидеть), но он был твердо убежден, что в болезни виновен какой-то микроорганизм. Проведя сотни экспериментов, Пастер создал вакцину, эффективность которой была подтверждена на животных. Затем, в 1885 г., в исключительном и рискованном жесте отчаяния, вакцина была опробована на человеке. С ее помощью удалось спасти жизнь мальчика, укушенного бешеной собакой. Это достижение само по себе подводило блестящий итог изысканиям Пастера, но, кроме того, оно довело микробную теорию до кульминации, продемонстрировав непосредственную связь микробов с человеческими болезнями.

К концу своей карьеры Пастер стал национальным и всемирным героем. Его потрясающие достижения в области химии не только спасли от краха несколько отраслей промышленности, но и позволили получить солидные доказательства в пользу состоятельности микробной теории. Впереди ждало еще несколько этапов, в том числе крупное открытие, совершенное в 1865 г. одним английским хирургом, на которого произвели большое впечатление работы Пастера.

Веха № 6
Антисептики спешат на помощь: Джозеф Листер и современная хирургия

В 1860 г., когда Джозеф Листер начал преподавать хирургию в Университете Глазго, даже у тех пациентов, которым повезло пережить операцию, оставалось множество причин опасаться за свою жизнь. Повальное распространение послеоперационных инфекций приводило к тому, что показатель смертности для некоторых процедур достигал 66 %. Как заметил один врач того времени: «Человек на операционном столе в нашем госпитале подвергается едва ли не большей опасности, чем английский солдат в битве при Ватерлоо». К несчастью, все попытки решить эту проблему разбивались о господствовавшее в то время убеждение, будто постоперационную «гнилость» ран вызывают не микробы, а кислород. Многие врачи действительно полагали, что в нагноении ран повинен содержащийся в воздухе кислород, который разлагающе действует на поврежденные ткани, превращая их в гной. А поскольку способов перекрыть доступ кислорода к ране не существовало, многие верили, что предотвратить развитие инфекции невозможно.

Если Джозеф Листер когда-то и разделял эти взгляды, он определенно пересмотрел их после знакомства с трудами Луи Пастера. Две мысли Пастера произвели на него особенно сильное впечатление: о том, что «брожение» органического вещества становится результатом деятельности живых «микробов», и о том, что микробы не зарождаются самопроизвольно, а размножаются только при наличии родительских организмов. Проанализировав это, Листер задумался: если врач хочет предотвратить инфекцию, возможно, ему стоит обратить более пристальное внимание не на кислород, а на микроорганизмы, проникающие в рану? «Если обработать рану каким-нибудь веществом, которое, не нанося серьезного вреда человеческим тканям, могло бы уничтожить успевшие попасть в нее микробы, – писал он, – гниение можно было бы предотвратить, несмотря на свободный доступ к ране кислорода».

Поэкспериментировав с несколькими химическими веществами, Листер достиг переломного момента 12 августа 1865 г. В тот день он впервые использовал фенол – «состав, обладающий исключительно разрушительным действием на низшие формы жизни и, следовательно, являющийся наиболее сильным антисептиком из всех известных на сегодня» – для обработки раны одиннадцатилетнего мальчика, который получил открытый перелом левой ноги после того, как его переехала запряженная лошадью повозка. В то время открытые переломы сопровождались огромным риском развития инфекции и часто требовали ампутации конечности. Листер наложил на ногу мальчика шину и в течение следующих шести недель регулярно обрабатывал рану карболовой кислотой. К его восторгу, перелом сросся без малейших признаков инфекции. Позже Листер неоднократно использовал карболовую кислоту при лечении других ран, в том числе абсцессов и ампутационных. Кроме того, он применял ее для дезинфекции раны во время хирургических операций, а также обеззараживания инструментов и рук медицинского персонала.

Листер опубликовал свои находки в 1867 г., и в первое время его работа вызывала скептические отзывы хирургов Лондона. Тем не менее важность антисептической обработки была в итоге признана неоспоримой, и сегодня Листера называют отцом антисептиков или отцом современной хирургии. Кроме полоскания для рта, названного в его честь листерином, дань уважения Листеру отдали микробиологи, назвав один из родов бактерий Listeria. Открытие Листером асептической хирургии, за которое он благодарил Пастера в личном письме от 1874 г., несомненно, спасло огромное количество жизней. Но не менее важно и то, что выявление ключевой роли микробов в развитии инфекции и возможности их уничтожения антисептической обработкой позволило открыть очередной этап в развитии микробной теории.

В 1840–1860-х ученые проделали огромную работу по сбору сведений о роли микробов в развитии болезней. Но до определенного момента эти свидетельства оставались в основном косвенными. Даже в начале 1870-х микробная теория была для многих всего лишь недоказанным курьезом. Однако ее сторонники и противники сходились в одном: чтобы обосновать ее, кому-то необходимо было установить связь между конкретным микробом и конкретным заболеванием. Миру не пришлось долго ждать: вскоре молодой немецкий врач отыскал и исчерпывающе продемонстрировал эту связь.

Веха № 7
На шаг ближе: Роберт Кох и тайная жизнь сибирской язвы

В 1873 г. Роберт Кох был тридцатилетним врачом с обширной медицинской практикой в одном из сельских районов Германии. Казалось, все обстоятельства против него: он был отрезан от общества коллег и единомышленников, не имел доступа к библиотекам и лабораторному оборудованию, за исключением микроскопа, который ему подарила жена. Несмотря на все это, он заинтересовался сибирской язвой и собирался доказать, что ее появление вызывает определенный микроб. К тому времени основной подозреваемый уже был известен: палочковидная бактерия Bacillus anthracis. Кох был далеко не первым, кто приступил к ее изучению. Но никому до тех пор не удавалось доказать, что именно этот микроорганизм вызывает сибирскую язву.

Первоначальные изыскания Коха подтвердили находки других исследователей: инокуляция мышам крови животных, умерших от сибирской язвы, приводила к смерти грызунов от сибирской язвы, а у мышей, которым была введена кровь здоровых животных, болезнь не развивалась. Но в 1874 г. Кох приступил к исследованию более сложной загадки, которая лежала неподъемным камнем на пути к доказательству теории о бактериальном возникновении сибирской язвы. Верно, одни овцы заражались при контакте с больными животными. Но почему же другие заболевали сибирской язвой, не бывая нигде, кроме пастбища? После многочисленных экспериментов и кропотливой работы Кох отыскал разгадку, которая распахнула новое окно в мир микробов и заболеваний. Выяснилось, что сибирская язва с дьявольской изобретательностью меняет обличье. В неблагоприятных условиях, например, попадая в почву, она формирует споры, способные выживать при недостатке кислорода и жидкости. При возвращении благоприятных условий (попадении в организм живого носителя) споры снова образуют смертельно опасные бактерии. Таким образом, овцы, которые заболели сибирской язвой, казалось бы, не имея никакого контакта с больными животными, на самом деле тоже вступали в контакт с переносчиком болезни.

Сделанное Кохом открытие – жизненный цикл сибирской язвы и ее роль в возбуждении болезни – немедленно принесло ему громкую славу. Установив, что Bacillus anthracis – специфический возбудитель сибирской язвы, он заставил медицинское сообщество сделать следующий огромный шаг к принятию микробной теории. Но для окончательного триумфа нужно было подождать, пока он не раскроет загадку болезни, которая давно уже терзала человеческий род. В конце XIX века от нее страдали почти все жители крупных европейских городов, и на ее счету было 12 % от общего числа смертей. Даже сегодня благодаря летучему болезнетворному агенту она остается одной из самых распространенных причин смерти, а в развивающихся странах вызывает 26 % смертей, которых можно было бы избежать.

Веха № 8
Дело сделано: открытие причины туберкулеза

Когда Кох приступил к исследованию туберкулеза, также известного как чахотка, симптомы и исход этой болезни были хорошо известны, хотя ее течение могло оказаться совершенно непредсказуемым. Больной мог умереть через пару месяцев, страдать годами, а то и выздороветь. Среди первых симптомов пациенты часто называли сухой кашель, боль в груди и затрудненное дыхание. На более поздних стадиях кашель становился мучительным, сопровождался периодическими приступами лихорадки, учащением пульса и появлением нездорового румянца. На последних стадиях пациент имел изможденный вид, запавшие щеки и глаза, а голос превращался в хриплый шепот из-за того, что горло было изъедено язвами. Последним симптомом, возвещающим о приближении смерти, становился «могильный кашель». Туберкулез унес многих известных деятелей культуры XIX века: поэта Джона Китса, писателей Антона Чехова и Эмили Бронте.

Хотя собранные ранее обрывочные данные давали повод заподозрить, что туберкулез может быть заразным, к концу XIX века врачи в целом продолжали считать его наследственной болезнью, вызванной неясным нарушением деятельности легочных клеток пациента. Чаще всего оно объяснялось умственными и моральными недостатками личности, а не деятельностью посторонней формы жизни. В начале XIX века, получив должность руководителя бактериологической лаборатории в Императорском отделении здравоохранения в Берлине, Роберт Кох поставил перед собой цель доказать, что туберкулез, напротив, вызван микроорганизмом.

Задача была не из легких, Коху пришлось разработать ряд новых техник, в том числе изобрести метод окрашивания, который помогал выделить болезнетворный микроб на фоне окружающей ткани, и создать питательную среду, которая позволяла культивировать медленно растущие микроорганизмы. Наконец в 1882 г. Кох объявил миру о своем открытии: после успешной изоляции, культивации и инокуляции животным подозреваемых микробов он выяснил, что туберкулез вызывает Mycobacterium tuberculosis. Использовав для описания палочковидных бактерий термин «бациллы», он заключил: «Бациллы, присутствующие в туберкулезных метастазах, являются не спутником, но причиной болезни. Эти бациллы и есть истинные возбудители чахотки».

Веха № 9
Приговор для микроба: четыре знаменитых постулата Коха

Обнаружение Кохом туберкулезных бактерий стало переломным моментом, окончательно утвердившим статус микробной теории в медицине. Более того, принципы и приемы, которые Кох использовал при исследовании туберкулеза и других заболеваний, помогли ему сделать еще один существенный шаг: совместно с Фридрихом Леффлером сформулировать свод правил, к которым могли обратиться другие врачи, чтобы вынести обвинительный приговор другим микробам. Согласно «постулатам Коха», микроб может быть признан виновным, если отвечает следующим пунктам:

1. Микроорганизм обнаруживается во всех случаях заболевания.

2. Микроорганизм выделен от больного и выращен в чистой культуре.

3. Чистая культура вызывает идентичное заболевание у здорового человека (животного).

4. Микроорганизм выделен повторно от зараженного человека (животного).

Исследования Коха в области туберкулеза в итоге принесли ему Нобелевскую премию по физиологии и медицине. Однако, разобравшись с туберкулезом, он не прекратил свои передовые исследования в сфере бактериологии. В 1884 г. он открыл (или, точнее, заново открыл) возбудителя холеры и предложил принять меры для обеспечения общественного здравоохранения, которые помогли подавить эпидемию холеры в Гамбурге в 1892 г. Кроме того, благодаря разработанным им микробиологическим приемам обученные им сотрудники смогли открыть множество других видов болезнетворных бактерий. Позже Кох ошибочно заявлял, что нашел лекарство от туберкулеза. Однако полученный им экстракт – туберкулин – используется в модифицированной форме и в наши дни как средство массовой диагностики.

В XIX веке микробная теория прошла длинный извилистый путь. Что интересно, хотя она шаг за шагом завоевывала все более широкое признание, сам термин «микробная теория» появился в английской медицинской литературе примерно в 1870 г. Польза микробной теории скоро стала очевидной, но и сегодня нередко упускают из вида другие аспекты ее влияния на медицинскую практику. Например, для многих молодых врачей в конце XIX века микробная теория открыла новый мир, полный надежды. Вытеснив устаревшие теории миазмов и самопроизвольного зарождения, она убедила всех, что для любой болезни может быть найдена причина – если не лекарство. Это придавало врачам новый авторитет в глазах пациентов. Как недавно написала Нэнси Томс в Journal of the History of Medicine, к концу XIX века врачам «начали больше доверять, не потому, что теперь они могли чудесным образом вылечить инфекционное заболевание, а потому, что они были способны объяснить и предотвратить его».

Микробная теория изменила представления врачей о том, как их собственное поведение отражается на здоровье пациентов. Новый образ мыслей достаточно устоялся уже к 1887 г. Именно тогда один из посетителей медицинского собрания, услышав, что другой врач перешел от инфекционного больного в родильное отделение, не вымыв руки, гневно заявил: «Меня крайне удивляет, что в наше просвещенное время такой человек, как доктор Бейли, имеющий репутацию учителя и практикующего врача, по-прежнему противится микробной теории специфических заболеваний… Надеюсь, никто из членов этого сообщества не последует его примеру».

К началу ХХ века микробная теория изменила в буквальном смысле все, даже внешний облик медиков. Следуя новым гигиеническим требованиям, молодые врачи перестали отпускать солидные бороды, которые традиционно носили их старшие коллеги.

* * *

Сегодня, несмотря на свое универсальное распространение, микробная теория по-прежнему вызывает в обществе ажиотаж, озабоченность, противоречия и недопонимание. Плюс в том, что возможность идентифицировать, предотвратить или вылечить спровоцированное микробами заболевание сегодня позволяет спасти миллионы жизней. Технологический прогресс позволил нам увидеть своими глазами мельчайшие микроорганизмы, такие как риновирус, вызывающий обычную простуду. Он настолько мал, что на острие иглы вполне могут уместиться 500 млн его представителей. Изучение бактериальных заболеваний заставило нас задуматься над фундаментальной загадкой жизни; ученые задаются вопросом, являются ли вирусы на самом деле «живыми», и размышляют о том, почему прионные заболевания[7]7
  Нейродегенеративные заболевания, для которых характерны прогрессирующее поражение головного мозга и летальный исход. Прион (англ. Infectiousprotein) – инфекционная частица, состоящая из белка и не несущая генетической информации. Прим. ред.


[Закрыть], например синдром коровьего бешенства или фатальная семейная бессонница, могут быть заразными и смертельными, если распространяющий их агент очевидно не принадлежит к классу живых организмов.

Не так давно ученые нашли способ расшифровать геном (совокупность генетического материала) микробов, что привело к новым исследованиям, поднимающим вопрос о самой сути и природе нашего существования. В 2007 г. Национальные институты здравоохранения запустили проект «Микробиом человека» (Human Microbiome Project), который подробно рассказывает о геноме сотен микробов, в норме населяющих человеческое тело. Сама идея, что каждый человек служит носителем «микробиома» – коллективного генома всех микроорганизмов в его теле, – придает микробной теории совершенно новое звучание. Учитывая, что человеческое тело населяет около 100 трлн микробов (их в десять раз больше, чем наших собственных клеток, и у них в 100 раз больше генов, чем у нас самих), возникает вопрос: где же проходит граница между «нами» и «ими»? Тот факт, что большинство этих микробов играют важную роль в нашей жизнедеятельности, помогая организму функционировать (например, отвечают за пищеварение, иммунитет и метаболизм), делает этот вопрос еще более загадочным.

Следует заметить, что при всех своих достоинствах микробная теория оказалась своего рода ящиком Пандоры. Получив научный статус в конце XIX века, она выпустила страхи и тревоги, мучающие нас по сей день. В самом деле, что может быть ужаснее вездесущего, невидимого и всемогущего врага, чье оружие – болезни и смерть? Кто сегодня не подумает дважды, прежде чем взяться за дверную ручку в общественной уборной, пожать руку незнакомцу или сделать глубокий вдох в переполненном лифте, автобусе или самолете? Отчасти эти опасения имеют под собой реальную почву, но у впечатлительных людей они могут развиться в полноценное тревожное расстройство, которое подчинит себе всю их жизнь. Неудивительно, что многие из нас с тихой грустью думают о невинной доиндустриальной эпохе, когда мы ничего не знали о микробах и пребывали в блаженном негигиеническом неведении.

Современная битва против микробов привела к широкому распространению в обществе странной одежды и привычек: шапочки и перчатки у сотрудников ресторанов, антибактериальное мыло, синтетические моющие средства, пластмассовые разделочные доски, клавиатуры и детские игрушки, появившиеся в каждом доме. Совсем недавно борьба против микробов привела к широкому распространению дезинфицирующих спреев и гелей для рук на спиртовой основе, которые поселились не только в кабинетах врачей и больницах, но и в супермаркетах, на заправках, в сумочках и задних карманах. Все эти меры – хотя некоторые критикуют их как повышающие сопротивляемость бактерий – указывают на скрытую фобию, пронизывающую нашу жизнь. Мы не задумываясь направляем против невидимого врага новейшее антисептическое оружие в надежде обрести немного душевного спокойствия.