От пекарни до биофабрики. Обзор достижений биотехнологии
В последующие годы такие же впечатляющие успехи были достигнуты Пастером в борьбе с бешенством и куриной чумой. Правда, Пастеру не удалось обнаружить с помощью микроскопа возбудителей этих двух заболеваний. Теперь-то известно, что по сравнению с размерами бактерий эти «злодеи» ничтожно малы, например как мышь по сравнению со слоном. И бешенство, и куриную чуму вызывают вирусы (от лат. virus — ядовитая жидкость), которые невидимы при исследовании в оптическом микроскопе. Лишь в нашем столетии стало возможным увидеть вирусы с помощью современных электронных микроскопов.
Вирусы построены так просто, что долгое время их вообще не считали живыми существами: они не могут осуществлять собственный обмен веществ, а для размножения им необходимы клетки других живых организмов. Поэтому вирусы невозможно вырастить, как это пытался сделать Пастер, на искусственных питательных средах, зато их удаётся успешно культивировать в… насиженных куриных яйцах.
Кроме бешенства вирусы являются возбудителями многих других болезней. К болезням человека вирусной этиологии (то есть их вызывают вирусы) относятся, в частности, коровья оспа, натуральная оспа, полиомиелит, ветряная оспа, эпидемический паротит (свинка), грипп, вирусный гепатит (инфекционная желтуха) и тропическая жёлтая лихорадка. Ящур крупного рогатого скота, чуму животных и миксоматоз кроликов также вызывают вирусы. Вирусы растений причиняют большой ущерб полезным растениям, например картофелю. Существуют вирусы, которые своим «домом» выбирают насекомых, в результате последние гибнут. Благодаря этому, в частности, против таких вредителей, как монашенка и яблонная плодожорка, уже были успешно применены вирусы. Даже бактерии поражаются вирусами, так называемыми бактериофагами (от греч. phage — пожирающий). Бактериофаги внедряются в клетки бактерий и используют их содержимое в качестве строительного материала для своего собственного размножения, убивая при этом приютивший их микроорганизм. В одном из опытов мясо и колбаса были опрысканы неопасными для людей бактериофагами, и продукты, хранившиеся без охлаждения (вне холодильника), не портились в течение нескольких дней!
Вирусы — возбудители болезней человека, животных, растений (вирус табачной мозаики), а также вирусы, поражающие бактериальную клетку (внизу). Нападающие вирусы — бактериофаги — прикрепляются к поверхности клетки и инъецируют (вводят) в неё свой генетический материал. В ответ бактериальная клетка в соответствии с полученной от бактериофага генетической информацией «слепо» продуцирует из своего строительного «материала» сотни новых вирусных частиц. В результате этого клетка разрушается и высвобождает новых «убийц» бактерий.
Как организм обороняется против болезней?
Сегодня для нас профилактические (предохранительные) прививки против заразных болезней, например кори, туберкулеза и полиомиелита, есть нечто само собой разумеющееся. Прежде эти инфекционные заболевания (инфекция — это то же, что и заражение) нередко имели летальный исход. Уже в первую неделю жизни после рождения ребёнка ему делается прививка против туберкулеза, спустя два месяца — против полиомиелита, через три месяца — против коклюша, дифтерии и столбняка, через девять месяцев — против кори. Некоторые прививки делаются повторно с целью достижения иммунитета [9], сохраняющегося в течение всей жизни.
Когда в организм через органы дыхания или пищеварения или через повреждённую кожу проникают возбудители заболеваний, то они подвергаются атаке со стороны различных систем защиты. У человека это прежде всего «клетки-пожиратели» [10], находящиеся в лимфатических узлах и кровеносных сосудах, которые «заглатывают» и обезвреживают чужеродные для организма вещества и клетки, в том числе бактерии. Но наш организм вырабатывает и защитные вещества, так называемые антитела, которые связываются с микробами, способствуют их слипанию в комочки (агглютинация [11], вызывают их распад либо нейтрализуют выделяемые ими токсины. Кроме того, антитела облегчают работу «клеток-пожирателей», так как они отчётливо метят микробов. Против каждого проникающего в организм «врага» кровяные клетки человека вырабатывают особые антитела, то есть против бактерий туберкулеза образуются антитела совсем иные, чем, например, против вирусов оспы. Если клетки-пожиратели и антитела выигрывают «битву», то антитела ещё некоторое время циркулируют в крови, а затем постепенно распадаются. Однако те клетки человека, которые вырабатывали антитела, а также потомство этих клеток годами, а иногда даже на протяжении всей жизни сохраняют «память» о своих врагах. И если только человек вновь поражается, скажем, бактериями туберкулёза, то клетки, продуцирующие антитела, тотчас же распознают своих врагов и прореагируют не как в первый раз, постепенным образованием антител, а незамедлительной массовой продукцией антител против туберкулёзных бактерий. Последние благодаря этому молниеносно уничтожаются. Это означает, что у человека появляется иммунитет против возбудителя туберкулёза.
При сильном чихании десятки тысяч мельчайших капелек разбрызгиваются и с высокой скоростью распространяются в помещении. Нередко крохотные капельки с содержащимися внутри них микробами остаются взвешенными в воздухе даже многие часы спустя. Именно таким образом — как, впрочем, и через рукопожатие — возбудители болезней могут очень быстро распространиться.
Как организм защищается от возбудителей болезней (бактерий)? Прежде всего внедрившиеся микробы распознаются иммунными клетками как «чужие». Иммунные клетки подают сигналы клеткам, синтезирующим антитела. Образующиеся антитела прикрепляются на поверхности бактерий и тем самым метят их в качестве будущих мишеней для «клеток-пожирателей» — фагоцитов, которые в конце концов поглощают и уничтожают эти отмеченные бактериальные клетки. В действительности защитная система организма имеет гораздо более сложное строение, пока ещё выясненное далеко не во всех деталях.
При активной иммунизации вводятся «безобидные враги», например ослабленные бактерии туберкулёза. Прививку проводят ещё до того, как человек реально столкнётся с возможностью заражения туберкулёзом, а именно новорождённому на первой неделе жизни. Тем не менее организм реагирует так, как если бы ему и вправду приходилось отражать атаку опаснейших бактерий: он вырабатывает антитела против бактерий туберкулёза, и клетки, вырабатывающие антитела, сохраняют эту способность в своей «памяти». Впоследствии стоит только действительно появиться истинным опасным возбудителям болезни, как эти клетки тотчас же распознают их и защитят организм. Ведь благодаря прививке он стал теперь иммунным против туберкулеза. Однако профилактическая противотуберкулезная вакцинация защищает его только от туберкулёза, но не против других болезней!
После открытия бактерии туберкулеза Роберт Кох безуспешно пытался найти материал для противотуберкулезных прививок. Лишь десятилетия спустя французам Альберу Кальметту и Камилле Герен в долговременных экспериментах, длившихся с 1908 по 1921 г., удалось настолько «приручить» бактерии туберкулёза, что они потеряли опасность для человека. Начиная с двадцатых годов нашего столетия полученный таким образом материал для вакцинации против туберкулёза применяется почти в неизменном виде и в честь французских ученых именуется вакциной БЦЖ (от латинской аббревиатуры BCG — по начальным буквам Bacilla Calmette — Guerin).
