2. Визит в мастерскую микробиологов
Поинтересуйтесь этими помещениями, так выразительно названными лабораториями[2]; требуйте их повсеместного создания и улучшения!
Л. Пастер
Страж судебной палаты в Делфте был человеком чрезвычайно скрытным. Даже собственной жене он не позволял входить в «святая святых», где происходили его встречи с микроорганизмами. Но что сказал бы он, посетив современные лаборатории?
Его лупы увеличивали не более чем в 200 раз. Как бы обрадовался он, если бы ему представили правнука его «микроскопии» — современный световой микроскоп, увеличивающий клетку в 3000 раз. Мы сообщили бы ему также, что электронный микроскоп позволяет нам идти еще дальше — увеличивать объекты в сотни тысяч и миллионы раз и приподнимать завесы, скрывающие от нас тайны живой природы.
А Спалланцани увидел бы множество специальных сосудов — цилиндрических, граненых, шарообразных и плоских, больших и маленьких — для выращивания микроорганизмов. Некоторые сосуды названы по имени ученых, впервые применивших их в своей работе. Мы встретим здесь колбу Пастера, матрас Ру, сосуды Фрейденрайха и Ганзена, чашки Петри. Сосуды с культурами микробов находятся в специальных шкафах (термостатах), где можно обеспечить температуру, которая позволяет микробам наилучшим образом проявить свою жизненную активность. А вот и «тюрьма», где содержатся осужденные на смерть микроорганизмы…
Различные приборы, платиновые пластинки и иглы, стеклянные пипетки с ватными «пробками» на одном конце служат для переноса (пересева) микроорганизмов из сосуда в сосуд.
Черные, синие, зеленые, лиловые растворы в бутылочках — разнообразные красители, используемые для окраски микробов при изучении их под микроскопом.
Микробы, как правило, очень требовательны к пище, поэтому нужно иметь специальные «камеры» для хранения предназначенных для них пищевых запасов, из которых по рецептам «поваренной книги» приготовляются необходимые питательные среды.
Еще Спалланцани доказал, что при длительном кипячении жидкостей находящиеся в них микробы погибают. В первой половине прошлого века немецкий естествоиспытатель Шванн, продолжив эти наблюдения, установил, что высокая температура убивает и микробы, находящиеся в воздухе.
Пастер также весьма остроумным методом доказал присутствие микроорганизмов в воздухе и возможность их умерщвления кипячением жидкости. В специально приготовленный круглый стеклянный сосуд (с горлышком, вытянутым в длинную S-образную трубку) он налил питательный раствор и подверг его длительному кипячению. Затем у не остывшего еще сосуда запаял конец трубки.
При последующем охлаждении объем жидкости, естественно, уменьшился и в сосуде возникло пониженное давление. Жидкость оставалась чистой, живых микробов в ней не было. Но как только Пастер отламывал кончик запаянной трубки, в нее вследствие пониженного давления тотчас засасывалось небольшое количество воздуха, а с ним и микробы, которые, достигнув питательного раствора, начинали быстро размножаться.
Современник Пастера, английский физик Джон Тиндаль, показал, что микробы в жидкостях гибнут после нескольких повторных кипячений.
Все упомянутые методы уничтожения микробов воздействием высокой температуры мы объединяем под общим названием стерилизация. В лабораториях применяют несколько способов стерилизации.
Жидкости чаще всего стерилизуют при помощи водяного пара под давлением выше атмосферного. Аппарат, в котором проводится такая стерилизация, называется автоклавом. Первый автоклав был создан в Париже в 1885 году под руководством Пастера. Для стерилизации небольшого количества воды обычно достаточно ее нагревания в течение 20 мин при давлении пара в одну атмосферу. Увеличением давления еще на одну атмосферу можно достичь повышения точки кипения до 120 °C. Двадцатиминутного пребывания микробов в паре при такой температуре вполне достаточно, чтобы они погибли.
Повторное кратковременное нагревание жидкости до точки кипения, примененное Тиндалем, мы называем теперь тиндализацией. На предприятиях молочной промышленности для частичной стерилизации молока применяют пастеризацию — нагревание до 60 °C в течение 30 мин. В результате такой обработки уничтожается большинство вредных микробов, в том числе и возбудитель туберкулеза.
Различные стеклянные предметы и сосуды без жидкостей стерилизуются горячим воздухом в течение полутора часов при температуре 170 °C. Стерилизуемые предметы помещают в жестяные ящики или заворачивают в бумагу, которая предохраняет их от загрязнения микробами после стерилизации. Сосуды с питательными жидкостями при подготовке к стерилизации паром затыкают комочками ваты. Через вату микробы из воздуха не могут проникнуть в сосуд, и жидкость долгое время остается стерильной.
Для улавливания микробов из жидкостей и газов употребляют бактериальные фильтры; в настоящее время для этой цели чаще всего используют так называемые мембранные фильтры из нитроцеллюлозы. Все виды применяемых фильтров имеют настолько мелкие поры, что сквозь них бактерии не проникают. О том, что в мире микроорганизмов существуют формы, которые могут проскочить и через эти мелкие поры, долгое время не было известно. С этими организмами мы еще встретимся в дальнейших главах.
Чистые культуры и г-жа Гессе
В 70-х годах прошлого столетия два известных «охотника за микробами» — Антон де Бари и Оскар Брефельд выделили из природных материалов целый ряд различных микроскопических грибов и, выращивая в чистых культурах, изучили их свойства.
Их коллега X. Шредер использовал при исследовании бактерий не только вареный картофель, как это делал Кон, но и белок вареного яйца, крахмал и другие питательные среды, на которых появлялись различно окрашенные колонии бактерий. Каждая из этих колоний вырастала из одной-единственной клетки, порождавшей в благоприятной среде многочисленное потомство.
Учитывая эти обстоятельства, Кох попытался получить и чистые культуры болезнетворных бактерий на стерилизованном картофеле. Однако картофель как питательная среда имел свои недостатки: многие виды бактерий на нем вообще не росли.
Поэтому нужно было найти такое вещество, которое способствовало бы превращению питательной жидкости в твердый субстрат. Кох начал добавлять в питательные растворы (еще не остывшие) желатину, превращающую жидкость в подобие фруктового желе. На поверхности такого желе, разлитого в небольшие стеклянные сосуды, ученый выращивал культуры бактерий, образующих мелкие колонии.
Желатина — вещество белковой природы и как таковое подвергается разложению микроорганизмами, в результате чего разжижается. Да и желе само по себе начинает превращаться в жидкость уже при температуре выше 28 °C.
Для нормальной жизнедеятельности болезнетворных микробов требуется не менее 37 °C, поэтому выращивать их нужно лишь при такой температуре. В. Гессе, ассистент Коха, как-то пожаловался своей жене на неудачные опыты с желатиной. Она вспомнила в связи с этим, что во время своего пребывания на Дальнем Востоке видела, как для приготовления многих блюд использовали в качестве желатиноподобного вещества агар, получаемый из некоторых видов морских водорослей.
А что, если попробовать агар в качестве питательной среды для микробов? И агар оправдал их надежды. Работать с ним в микробиологической лаборатории оказалось очень удобно. Он разжижается при температуре выше 100 °C, и его нужно добавить к жидкости всего лишь в количестве полутора-двух процентов, чтобы при охлаждении до 40–50 °C она начала сгущаться и затвердевать.
Другой сотрудник Коха, Роберт Петри, стал выращивать микробы на твердых культуральных средах в специальных плоских стеклянных чашках с крышками, известных теперь всем микробиологам как «чашки Петри». Без этих атрибутов выращивания чистых культур нельзя сейчас представить себе работу микробиологов, и все это — заслуга Коха и его школы (фото 1).
Различные микробы предъявляют далеко не одинаковые требования к пище. Одни из них удовлетворяются более чем скромным питанием, другие чрезвычайно требовательны.
Мы знаем, что люди, страдающие сахарным диабетом, не переносят пищу, содержащую много сахаров, и в их питании количество сахара стараются снизить до минимально возможного предела. В 90-х годах прошлого столетия знаменитый русский микробиолог С. Н. Виноградский и в царстве микробов открыл настоящих «диабетиков» — группу микроорганизмов, не переносящих присутствия сахаров в питательной среде, а иногда и вовсе не нуждающихся в каких-либо готовых органических соединениях. Виноградский вначале порядком намучился с бактериями, которые не желали расти на питательных средах с агаром, содержащим углерод, связанный в органических соединениях. Для приготовления твердых питательных сред он несколько позже стал применять неорганическое вещество силикагель.
