Широта и смелость гения Луи Пастера

Большинство открытий, на которых базируются современные знания, в частности, в области биологии, были сделаны на рубеже 18-19 веков рядом великих ученых, которым достались крест и честь стать основателями целых научных направлений.

Луи Пастер (Louis Pasteur), наряду с Эдвардом Дженнером, по праву считается основателем вакцинологии, однако создание вакцин было лишь венцом его карьеры. Более того, было бы несправедливым по отношению к гению Пастера считать его только иммунологом, поскольку в течение своей жизни он сделал много открытий во многих смежных и даже не очень близких областях биологии.

Луи Пастер родился 27 декабря в маленьком городе Доль округа Жюра, во Франции, в семье кожевника Жана-Жозефа Пастера. Одним из самых ранних талантов маленького Луи Пастера, унаследованных от его отца, было рисование. Эту страсть Луи Пастер сохранил на протяжении всей жизни - портреты друзей его кисти входят в официальный справочник французских художников 19 века.

После окончания местной школы, по настоянию учителя, Пастера, проявлявшего интерес к наукам, отправляют на продолжение учебы в Ecole Normale Superieure в Париже, которая славилась подготовкой выдающихся студентов, избравших для себя научную карьеру.

Открытие лево- и правовращающих молекул

Пастер, которого помнят как великого биолога и иммунолога, на самом деле начинал как химик, и именно в этой области состоялись его первые крупные открытия, самым значительным из которых является теория лево- и право-вращающих молекул, положившая начало большому направлению химии - стереохимии.

Пастеру было всего 26 лет, когда работая над диссертацией в области новой в то время науки кристаллографии, он обнаружил, что молекулы двух обнаруживаемых в винном осадке кислот (винной и пара-винной), как тогда считалось разных, оказались идентичны за тем исключением, что их кристаллы были зеркальным отражением друг друга. Отделив под микроскопом с помощью иглы одни кристаллы от других, он затем показал и доказал разницу в направлении вращения этих молекул в растворе.

Но еще более поразительна связанная с этим открытием гениальная догадка Пастера о том, что именно асимметричные молекулы являются основой жизни. И как выяснилось позднее, его гипотеза оказалась верной - в организме высших млекопитающих используются только левовращающие аминокислоты и правовращающие молекулы сахаров.

Некоторое время затем Пастер проработал в университетах Страсбурга и Дижона. Именно в Дижоне он познакомился с дочерью ректора местного университета Мари Лоран, ставшей спутницей и научным ассистентом на всю оставшуюся жизнь.

Исследования в области природы брожения

В 1854 году Пастера назначили деканом и профессором химии в университет промышленного города Лилля. В послании министра образования в адрес университета Лилля Пастер впервые услышал мысль, которая, что позже будет неоднократно подтверждено его научной деятельностью, впечатлила его - наука не должна служить сама себе, она должна искать всякий повод стать полезной реальным нуждам народного хозяйства.

Пастер полюбил вывозить группы студентов на фабрики и фермы, попутно решая возникающие там проблемы из области химии. Так, например, отец одного из студентов попросил Пастера решить практический вопрос - почему при ферментации свекольной браги иногда вместо спирта получалась молочная кислота?

Здесь следует вспомнить, что представления о природе брожения в то время были довольно примитивны. Так, считалось, что дрожжи это побочный продукт брожения или, в лучшем случае, его катализатор, но никак не причина, а настоящей причиной брожения являются некие вибрации и нестабильность компонентов. Причем ученых, утверждавших обратное, буквально поднимали на смех. При этом у промышленников возникали тяжелые в материальном смысле и совершенно реальные проблемы - вместо алкоголя получалась молочная кислота, вместо вина получался уксус.

Изучая материалы из тех злополучных партий свекольной браги, которые на выходе вместо спирта дали кислоту, Пастер обнаружил присутствие каких-то посторонних микроорганизмов. Эта находка привела к Пастеру к, пожалуй, самому известному его открытию, непосредственно связанному с его именем - пастеризации. Прогревание браги, вина и пива при небольших температурах в течение длительного времени предотвращало порчу вкуса, образование кислоты и уксуса.

Еще одним открытием было обнаружение асимметричных органических молекул в составах, к которым после пастеризации добавляли дрожжи. Следуя своей ранней гипотезе о том, что асимметричные молекулы могут производить только живые существа, он убедился в том, что дрожжи как раз и являются причиной брожения. Далее последовала серия остроумных экспериментов с удалением кожицы винограда, на которой содержались дрожжи, что приводило к отсутствию брожения браги. Обертыванием лозы предохранявшим ее от пыли материалом, что также приводило к отсутствию брожения, забор воздуха на разной высоте, что доказало, что споры дрожжей разносятся с пылью, содержание которой тем выше, чем ниже высота.

В этих работах на примере пивных дрожжей он также доказал возможность анаэробного (без доступа к воздуху) брожения, чем открыл задел в целой череде открытий анаэробных микроорганизмов, сделанных другими микробиологами.

Опровержение теории о самозарождении микроорганизмов

Значимым с точки зрения фундаментальной науки является блистательное опровержение Пастером популярной со времен древних греков теории о самопроизвольном зарождении жизни. После долгих поисков он нашел способ поставить эксперимент, который бы доказал, что ничто самопроизвольно из воздуха зародиться не может. В колбу с узким, длинным, повернутым в горизонтальной плоскости и изогнутым горлышком был залит стерильный питательный бульон, на котором могли бы расти микроорганизмы. Горлышко колбы позволяло воздуху контактировать с бульоном, но не давало попадать в него частицам пыли, оседавшим в этом особом горлышке. В таких условиях бульон оставался стерильным сколь угодно долго, но если наклонить колбу, дав ему соприкоснуться с пылью в горлышке, тут же начинался рост микробов. К слову, в Институте Пастера в Париже до сих пор сохранились бульоны Пастера, остающиеся стерильными на протяжении вот уже более 100 лет!

Празднуя свою научную победу, Пастер тогда сказал: "Доктрина самопроизвольного зарождения уже никогда более не оправится от смертельного удара, нанесенного этим простым экспериментом. Не существует никаких условий, при которых микробы появлялись бы на этот свет иначе как от подобных себе родителей".

Идеи Пастера и сами послужили питательным бульоном для других, не менее грандиозных открытий. Британский хирург Листер настолько вдохновился теорией великого французского ученого об инфекциях, разносимых по воздуху спорами, что стал систематически стерилизовать свои инструменты, что привело к резкому падению числа случаев послеоперационных инфекций. Детально разработав и опубликовав свой метод стерилизации с помощью крепкого раствора карболовой кислоты, названный "листеризацией", Листер прославился как основоположник нового направления науки, дезинфектологии. Уже тогда гений Пастера начал спасать тысячи и тысячи людей.

В этот же период, в процессе изучения причин заболеваемости в родильных домах, он делает ряд открытий в области бактериологии - вместе с другими учеными впервые обнаруживает пневмококков (Str.Pneumoniae), показывает возможность различных формаций стрептококков в виде цепочек и гроздьев.

Изучение болезни шелковых червей

В разгар экспериментов по брожению и опровержению самопроизвольного зарождения микробов Пастеру поступил запрос от Министерства сельского хозяйства разобраться с загадочной болезнью шелковых червей, разорявшей производство шелка во Франции. Несмотря на то, что Пастер ничего не знал о тутовых шелкопрядах, он последовал далее, вдоль, как он любил говорить, "неизбежной череды открытий логики научного разума" и охотно взялся за решение этой проблемы.

Суть ее решения свелась к тому, что после тщательного наблюдения за поведением червей, обнаружения и описания двух видов заболевания по видным под микроскопом и по поведению червей симптомам Пастер научился сам и научил хозяев плантаций отделять подверженных болезни особей от здоровых, что останавливало инфекцию и в итоге полностью решило проблему.

Возможно, эта маленькая история и не стоила бы упоминания наряду с более важными открытиями, но именно эксперименты с червями, в которых он менял различные условия размножения червей, помогли Пастеру понять, что заразность болезнетворных микробов сильно зависит от внешних обстоятельств, таких как влажность, доступ воздуха, солнечный свет и др. Именно это открытие впоследствии сослужит неоценимую службу при разработке вакцин.

Работы в области микробиологии

Венцом научной карьеры Пастера следует признать разработку инфекционной природы заболеваний и создание вакцин для защиты от них. Но это не произошло в одночасье.

К 1875 году уже было известно, что такие инфекции, как холера, дифтерия, скарлатина и сифилис как-то связаны с микробами, однако с тем, чтобы считать микробы именно причиной этих болезней, медицинское сообщество согласно не было. Чтобы проиллюстрировать размах проблемы, достаточно упомянуть, что во время одной из вспышек только в одном из роддомов Парижа от родительной горячки погибло 64 женщины и 347 пострадало. Даже после закрытия роддома на карантин и перевода пациентов в другой госпиталь, женщины продолжали умирать. Изучая этот случай, Пастер убедился, что инфекцию разносили врачи - инструментами, бинтами, руками.

Даже небольшой отрывок из доклада Пастера перед собранием Медицинской академии в Париже дает почувствовать остроту момента и уровень дискуссии того времени: "Вода и бинты, которые вы прикладываете к ране, могут содержать болезнетворные микробы, мгновенно размножающиеся в ранах. Если бы мне выпала честь быть хирургом, я бы использовал только идеально чистые инструменты и особым образом обеззараживал бы руки. Я бы использовал только прогретые при температуре 1300-1500 градусов бинты и губки".

Так, стараниями Пастера, Листера и других ученых антисептика и асептика стала входить в медицинский обиход.

Победа над сибирской язвой и куриной холерой

Следующей практической проблемой, которую Пастер поставил перед собой, была сибирская язва. К моменту, когда на нее обратил внимание Пастер, немецкий микробиолог Роберт Кох (известный также по выделению микобактерии туберкулеза, названной его именем) и французский ученый Давэн выделили сибиреязвенную бациллу. Но до конца понятно еще не было - она ли, либо что-то еще вызывает само заболевание. Пастер доказал это элегантным экспериментом со 100-кратным переносом материала из одного засеянного бациллой бульона в другой - первый и последний бульоны, не содержавший ничего из изначального материала, были одинаково заразны.

Но как распространялась инфекция? Никогда не чуравшийся практики, Пастер лично обошел поля и обнаружил, что заболевшие овцы паслись в одном месте, где земля кишела червями, которые, как выяснилось, питались останками захороненных в этом месте животных, погибших от сибирской язвы. И хотя правильное размещение таких захоронений могло полностью решить проблему, Пастер не чувствовал, что проблема решена окончательно.

Неумолимое движение логики научного разума продолжалось. Пастер думал о профилактике инфекций и следующим шагом в этой череде стали его работы по куриной холере, в которых неоценимую помощь сослужила удача. Выделив чистую культуру возбудителя, Пастер проверил ее - после введения птицы погибали в течение 48 часов. Он ненадолго прервал свою работу, оставив эту культуру на полке своего рабочего стола в лаборатории.

К огорчению его ученика Шарля Шамберлена (иммунолога, изобретателя особого метода фильтрации и одного из разработчиков автоклава), который попытался инфицировать птиц этой культурой один месяц спустя, она не срабатывала. Они подготовили новый материал и ввели тем же птицам. На этот раз огорчение сменилось удивлением, поскольку ни одна из птиц, которым ранее ввели "выдохшуюся" и теперь свежую культуру бактерий, так и не заболела. Узнавший об этом случае Пастер догадался, что он, почти в точности повторяет работы Эдварда Дженнера и его древних предшественников с натуральной оспой, когда ослабленные ее возбудители не вызывали болезни, но защищали от нее. Проверив свою догадку опытами с намеренным ослаблением бактерий, он убедился в том, что выращивание культур при неблагоприятных условиях (+42оС) создавало их ослабленный вариант, введение которого гарантированно защищало кур от холеры. Воистину, удача улыбается только ее заслужившим!

Если таким образом можно было защитить кур, то можно ли таким же способом защитить от сибирской язвы овец? После создания ослабленной культуры бациллы путем ее окисления и состаривания Пастеру удалось создать эффективную вакцину. Отчеты его группы были настолько ошеломляющими, что полные недоверия ветеринары вызвали Пастера на публичное испытание метода, которое он тут же принял.

На ферме в местечке Пуйи-ле-фор под Парижем пастеровской вакциной привили 25 овец и столько же выбрали в качестве контроля, после чего всем 50 овцам ввели смертельную дозу сибиреязвенной культуры. Отчеты по ходу исследования ежедневно публиковались в London Times. Напряжение возрастало, в том числе среди помощников Пастера, ведь вакцину до этого испытывали только на небольшом количестве животных в лаборатории, но сам Пастер выказывал полную убежденность в успехе эксперимента.

Как он и предсказывал, все закончилось его триумфом - через два дня все непривитые животные погибли, а все привитые остались живы, после чего имя Пастера стало известно не только среди ученых, но и среди широкой публики, в том числе за пределами Франции.

С высоты сегодняшнего уровня знаний эта история может показаться, возможно, несколько наивной, однако про истинный масштаб этого открытия говорят следующие цифры. После того, как за 10 лет было привито 3,5 миллиона овец и полмиллиона голов крупного рогатого скота, денежная экономия страны от изобретенного группой Пастера метода профилактики сибирской язвы (7 миллионов франков) была сопоставима с размером репараций, которая Франция должна была выплатить в 1800 году после поражения от Пруссии. К слову, приведенный пример является наглядным подтверждением того, что вакцинация является одним из самых экономически эффективных медицинских открытий.

Победа над бешенством

Последней и, безусловно, самой известной победой Пастера стала его работа по вакцинации против бешенства - инфекции, не поддававшейся в то время никакому контролю и навевавшей поистине животный ужас.

Главным помощником Пастера в этой работе, начатой в 1881 г., стал его сподвижник и близкий друг, химик и микробиолог Эмиль Ру, с которым они познакомились во время работ над куриной холерой, известный по изобретению сыворотки против дифтерии.

На первом этапе Пастер и Ру научились воспроизводить бешенство. Опыты по введению слюны больных животных здоровым животным не привели к стабильным результатам, что натолкнуло исследователей на мысль о том, что максимальная концентрация вируса должна быть в нервной системе больных животных. Что и подтвердилось в новой серии опытов по введению вытяжки из спинного мозга умерших животных в головной мозг здоровых животных.

На следующем этапе ученым предстояло получить препарат, который бы именно защищал от болезни. В этой части работы они ослабляли свойства вируса путем высушивания препаратов спинного мозга на воздухе в течение 12 дней в особой склянке, придуманной доктором Ру. Подопытным собакам вводили этот препарат, затем несколько раз вводили более заразные образцы, из материала, подвергавшегося высушиванию в течение меньшего времени. В конце собакам в головной мозг вводилась неослабленная вытяжка, но к тому времени они уже были невосприимчивы к инфекции.

Казалось бы, можно было праздновать победу, но Пастер боялся неудачи и, к тому же, ему никак не удавалось выделить возбудителя инфекции, что неудивительно, поскольку бешенство вызывает вирус, а в то время приборов для работы со столь малыми микроорганизмами попросту не существовало. К тому же, метод Пастера должен был быть впервые испытанным на человеке. Ставки были как никогда высоки, и Пастер, к тому времени ставший публичной фигурой, испытывал большое давление со стороны как почитателей, так и недругов. Дело доходило до демонстраций под окнами лаборатории Пастера с требованием прекратить эксперименты.

Первые испытания на людях не дали почвы для выводов - первый пациент получил всего одну инъекцию и исчез, а вторым пациентом была девочка, у которой инфекция зашла уже слишком далеко, поэтому лечение не дало результатов, и она погибла. Здесь надо оговориться, - бешенство и по нынешний день остается неизлечимой болезнью. С момента, когда вирус попал в нервную систему, даже если это периферический нерв, иммунизация полностью бесполезна.

В момент наивысших сомнений Пастеру опять помог случай. 6 июля 1885 года в его лабораторию привели 9-летнего мальчика Жозефа Мейстера. Он был настолько искусан, что никто, включая его мать, не верил в выздоровление. Метод Пастера был последней соломинкой. История получила широкую огласку, и вакцинация Жозефа проходила при собрании публики и прессы. К счастью, мальчик полностью выздоровел, что принесло Пастеру поистине мировую славу и в его лабораторию потянулись пострадавшие от бешеных животных не только из Франции, но изо всей Европы и даже из России.

На средства, собранные от пожертвований, а также на правительственные гранты, 4 июня 1887 г. был основан Институт Пастера в Париже, метод профилактики бешенства получил широкое распространение, и пастеровские антирабические станции стали появляться во всем мире. В России такие станции были открыты в Москве, Санкт-Петербурге, Одессе, Львове. В Москве, на территории НИИ вакцин и сывороток им. И.И.Мечникова сохранилась часть постройки одной из таких станций. Победа на бешенством была настолько впечатляющей, что по всему миру начали открываться, и по сей день функционируют институты Пастера - первым зарубежным таким филиалом стал Институт Пастера в Сайгоне (сейчас г. Хо Ши Мин, Вьетнам), активно работающий в настоящее время.

Пастер умер 28 сентября 1895 г. после серии инсультов. Он был похоронен в Нотр-Дам де Пари с правительственными почестями, на его похоронах присутствовали тысячи людей. Позже его прах был перезахоронен в парижском Институте Пастера.

Наследие Пастера

Луи Пастер всегда уделял особое внимание распространению науки. Его гений вдохновил немало великих ученых - среди его учеников были уже упоминавшийся Эмиль Ру, великий русский иммунолог Илья Ильич Мечников, разработавший теорию клеточного иммунитета, Марсель Мерье - производственной базы Института Пастера и собственной лаборатории по производству вакцин, давшую начало компании санофи пастер.

Пастеровцам принадлежат 8 Нобелевских премий (одна из них - Илье Мечникову), среди наиболее известных открытий пастеровцев можно назвать разработку вакцины БЦЖ (Кальмет и Герен), открытие бактериофагов (вирусы, паразитирующие на бактериях, Феликс д'Эрель), создание синтетических антигистаминных препаратов (Даниэль Бове).

Именно Пастер заложил один из краеугольных принципов научного исследования, доказательность, сказав знаменитое "никогда не доверяйте тому, что не подтверждено экспериментами".

О Пастере, как великом человеке, научном организаторе и даже философе лучше всего, пожалуй, скажет его же цитата:

"Я заклинаю вас обратить внимание на священные храмы, называемые лабораториями. Открывайте новые лаборатории, ведь именно они станут храмами нашего будущего процветания и благоденствия. Только здесь человечество будет расти, укрепляться и становиться лучше. Именно здесь, на творениях природы, человечество сможет научиться гармонии, общему и личному прогрессу, в то время как творения самого человечества это зачастую лишь варварство, фанатизм и разрушение".

Кстати, с благополучным выздоровлением история про Жозефа Мейстера и Пастера не закончилась. Благодарный Жозеф проработал всю жизнь в качестве хранителя при Институте и покончил жизнь самоубийством, когда не смог остановить оккупировавших в 1940 г. Париж фашистов, вскрывших склеп Пастера, находящийся в этом здании.

При подготовке статьи использованы материалы из лекции Дэйвида Д. Кона, Университет Луисвилла, США: http://www.labexplorer.com/louis_pasteur.htm, а также ряд других источников.

Иллюстрации любезно предоставлены Представительством компании санофи пастер (Франция)