От пекарни до биофабрики. Обзор достижений биотехнологии
В отличие от этого при пассивной иммунизации не побуждают к выработке антител, а вводят «готовые» чужие антитела с тем, чтобы помочь ослабленному организму. Эти антитела образуются против возбудителей болезней в организмах лошадей, овец или других животных, а затем извлекаются из крови этих животных. Пассивную иммунизацию проводят, к примеру, в том случае, когда имеет место загрязнение раны с подозрением на инфицирование возбудителями столбняка, и, следовательно, нет времени ждать, когда человеческий организм начнет сам вырабатывать антитела.
Всего лишь несколько лет тому назад был найден способ, позволяющий продуцировать антитела вне организма животного. Сначала была сделана попытка поддерживать в жизнеспособном состоянии в питательных растворах вне человеческого организма клетки, вырабатывающие антитела. Однако в скором времени эти чувствительные клетки погибали, деление у них протекало очень замедленно. И тут исследователи Цезарь Мильштейн и Георг Келер вдруг припомнили, что существуют клетки, легко и быстро размножающиеся не только в организме, но и в питательных растворах, а именно раковые клетки! Раковые клетки размножаются значительно быстрее, чем нормальные клетки, они прямо-таки буйно разрастаются. Было бы желательно передать это свойство, крайне опасное для организма, болеющего раком, клеткам, вырабатывающим антитела. Но как? И здесь был найден способ «слияния (фузии) клеток». Исследователи смешивали в пробирке раковые клетки и клетки, вырабатывающие антитела: осторожно, чтобы клетки не лопались, растворяли клеточные стенки, после чего оба вида клеток «сливались» (объединялись) друг с другом. В некоторых случаях две слившиеся клетки неожиданно образовывали новую, окружающую их общую клеточную стенку. Новообразованные комбинированные (гибридные) клетки проявляли удивительные свойства: они прекрасно размножались в питательном растворе — унаследованное качество раковой клетки — и при этом вырабатывали антитела определённого типа! По всей вероятности, в не таком уже далеком будущем этим методом удастся дёшево и в большом количестве нарабатывать антитела вне живых организмов. В настоящее время подобные лечебные средства предоставляются в распоряжение медицины новой специальной отраслью — иммунотехнологией.
Антитела могут быть синтезированы и вне живых существ. Путем слияния (фузии) плохо растущих, но продуцирующих антитела клеток млекопитающих с быстро растущими злокачественно перерождёнными клетками млекопитающих получают гибридные клетки (гибридомы), которые превосходно растут в питательных растворах и образуют большие количества однородных антител.
Наряду с разработкой эффективных методов иммунизации учёные, разумеется, стремились отыскать также медикаменты, с помощью которых можно было бы избирательно уничтожать возбудителей болезней, не повреждая при этом клеток поражённых ими животных. Однако первое лечебное средство такого рода было найдено лишь в 1928 г. Его действие было настолько необыкновенно, что сначала его превозносили прямо-таки как чудодейственное средство против микробов.
Как культивируют микроорганизмы?
Чудесный гриб Александера Флеминга
В один из осенних дней 1928 г. в маленькой лаборатории при госпитале Св. Марии в Лондоне микробиолог Александер Флеминг (1881—1955) исследовал различные культуры гноеродных бактерий. Казалось, что лаборатория просто набита чашками Петри, в которых на питательных средах с агаром росли бактерии; некоторые из чашек Флеминг засеял бактериями ещё до летних каникул, и теперь во всех были отчетливо видны колонии бактерий. Но вот какая жалость! На некоторых чашках Петри поселились ещё и плесневые грибы. «Стоит лишь на мгновение приподнять крышку какой-нибудь чашки, как туда сразу же влетают споры плесневых грибов»,— раздражённо ворчал себе под нос раздосадованный Флеминг. В одной из чашек Петри выросла особенно «роскошная» колония плесневых грибов. Примечательным здесь было то, что грибную колонию окружала зона, свободная от бактерий. Что же произошло? Почему бактерии не заселяли эту зону, или, может быть, они погибли? Очевидно, плесневые грибы препятствуют распространению бактерий.
Флеминг осторожно отобрал пробу плесени из этой чашки и поместил её на новую питательную среду, которая была предварительно стерилизована путём нагревания. Так была получена ещё одна колония плесневых грибов. Потом он «высадил» вокруг этой плесени различные виды бактерий: цепочечные стрептококки, гроздеподобные стафилококки, дифтерийные и сибиреязвенные бациллы. И действительно — все они не размножались в непосредственной близости от гриба. Это было в высшей степени интересное открытие! Флеминг определил, что «его» гриб является одним из представителей кистевидной плесени рода пенициллиум; точнее это была зелёная кистевидная плесень Penicillium notatum.
Первооткрыватель пенициллина Александер Флеминг.
Отчётливо видно, что рост бактериальных колоний на твёрдой питательной среде в чашке Петри подавлен вокруг колонии кистевидной плесени, поскольку последняя выделяет пенициллин; таким образом, в этой области возникла мёртвая зона.
Затем Флеминг стал выращивать этот гриб в объёмистом сосуде с жидким питательным раствором. Вскоре зеленоватый мицелий покрыл, наподобие газона, поверхность питательного раствора, который спустя несколько дней окрасился в золотисто-жёлтый цвет. В новых опытах с бактериями было обнаружено, что отделённый от гриба питательный раствор точно так же подавлял размножение бактерий. Следовательно, кистевидная плесень, по всей вероятности, выделяла в окружающую среду какое-то «враждебное» бактериям вещество. Флеминг назвал это вещество в соответствии с его происхождением пенициллином.
Учёный и не подозревал, что сделал чрезвычайно важное открытие, поскольку в будущем пенициллин спасёт жизнь миллионов людей. В последующих опытах было показано, что пенициллин причиняет вред только бактериям, но, например, не кроликам (на которых проводились испытания). Однако, несмотря на такие результаты, Флеминг не сделал даже попытки получить пенициллин в чистом виде и применить для борьбы с болезнетворными бактериями хотя бы в организме лабораторных животных. Между тем ещё за 50 лет до Флеминга русские врачи Манассеин и Полотебнов применяли для лечения кожных болезней, вызываемых бактериями, кожуру апельсинов, на которой росла кистевидная плесень; однако это осталось практически незамеченным современниками.
«Не стоит трудиться ради того, чтобы получить пенициллин»,— так писал Флеминг ещё в 1940 г. Но к этому времени на вещество, задерживающее рост бактерий, уже было обращено внимание. С началом второй мировой войны сразу же остро возникла огромная потребность в лечебных средствах для борьбы с бактериальными инфекциями при ранениях.
В Оксфордском университете под руководством англичан Хоуарда Флори (1898—1968) и Эрнста Бориса Чейна (1906) началась лихорадочная работа, увенчавшаяся получением пенициллина в виде жёлтого порошка. Пенициллин, очищенный от примесей питательного раствора, был испытан на мышах, предварительно зараженных болезнетворными бактериями, что неминуемо должно было привести к их гибели. Благодаря пенициллину за короткое время мыши выздоровели. Это была сенсация! Правительства Великобритании и США сразу стали активно субсидировать программы, направленные на получение пенициллина в достаточных количествах. Этим исследованиям придавалось важное военное значение, и они были строго засекречены.
В 1941 г. пенициллин был впервые опробован для лечения человека, страдающего от тяжелейшей стафилококковой инфекции. Несмотря на наступившее вначале кратковременное улучшение, пациент умер. Количество пенициллина, имевшегося в распоряжении врачей — всего лишь три грамма — оказалось недостаточным для лечения. Флори и Чейну пришлось наработать довольно значительные количества пенициллина, прежде чем они смогли приступить к лечению первых больных.
