Луи Пастер, основоположник микробиологии и иммунологии

В декабре отмечается 200 лет со дня рождения Луи Пастера — одного из величайших французских ученых, работы которого легли в основу современных микробиологии, иммунологии и стереохимии. «Ъ-Наука» вспоминает, как он открыл хиральность молекул, доказал роль микроорганизмов в процессах брожения и развития болезней, изобрел способ спасения вина (и других продуктов) от прокисания, а к концу научной карьеры разработал вакцины от сибирской язвы и бешенства.

Собаки в клетках в лаборатории французского химика и биолога Луи Пастера (1822-1895), Париж, Франция, гравюра, 1885 года

Внук крепостных, основавший пространственную химию

Луи Пастер родился 27 декабря 1822 года в городке Доль, на востоке Франции, в семье кожевника Жан-Жозефа Пастера. Тот был ветераном наполеоновских войн и сам происходил из крепостных крестьян, обретших свободу благодаря Великой французской революции. Мечтая, чтобы его единственный сын стал образованным человеком и построил карьеру преподавателя, Жан-Жозеф львиную долю семейного дохода тратил на обучение отпрыска в колледжах в Арбуа и Безансоне.

В юности Луи не отличался живым интересом к наукам, оценки у него были посредственные (особенно по химии). К огорчению отца, молодой человек мечтал стать живописцем и большую часть времени проводил за мольбертом. Впрочем, к 20 годам это прошло: в 1843-м юный Пастер поступил по родительскому настоянию в Высшую нормальную (то есть педагогическую) школу в Париже.

Отец хотел, чтобы Луи изучал математику, ведь преподаватели этой дисциплины отличались наибольшим доходом. Однако математика юноше не нравилась — по его словам, она «иссушала сердце». Всерьез увлекшись лабораторными экспериментами, он выбрал своими предметами физику и химию. Четыре года обучения в Эколь Нормаль Пастер зарабатывал репетиторством и все свободное время проводил в лаборатории академика Жан-Батиста Дюма — одного из пионеров органической химии.

В 1847-м Луи защитил сразу две докторские диссертации — по химии («Исследование мышьяковистых соединений калия, натрия и аммиака») и по физике («Исследования явлений, связанных с вращательной поляризацией жидкостей»). В последней он исследовал водорастворимые органические соединения, измеряя вращение плоскости поляризованного света, пропускаемого через эти растворы.

Этими опытами заинтересовался сам Жан-Батист Био, собственно и открывший способность органических соединений вызывать вращение плоскости поляризации проходящего через них света (то есть оптическую активность) парой десятилетий ранее. Поощряемый Био и Дюма, Пастер продолжил свои изыскания. На следующий год, ставя опыты с винной кислотой, он подтвердил и развил зарождавшиеся представления об изомерах, а еще открыл хиральность в химических соединениях.

Начинающий ученый обнаружил, что существуют два типа кристаллов винной кислоты — они представляют собой зеркальные отражения друг друга, но при этом форма у каждого несимметричная и потому они не накладываются друг на друга в пространстве. Луи сделал вывод, что это следствие аналогичного устройства молекул соединения, которые тоже должны быть двух типов (то есть представлять собой то, что сегодня называют оптическими изомерами). В октябре 1848-го он выступил с докладом об этом («О связи, которая может существовать между кристаллической формой, химическим составом и направлением вращательной поляризации») перед Академией наук, члены которой с восторгом приняли выводы молодого человека.

Открытие хиральности молекул (сам термин появился в конце XIX века) привело к появлению стереохимии — целого нового раздела химической науки, посвященного пространственному строению молекул и его влиянию на свойства соединений и течение реакций. Во второй половине XX века, после того как достижения стереохимии были отмечены Нобелевскими премиями (конформационный анализ в 1969-м, стереоселективный синтез в 1975-м) и нашли широкое применение в промышленности (фармацевтической, пищевой и прочих), это открытие Пастера стали называть «наиболее основополагающим» и «величайшим» среди всех его достижений.

Пастеризация

Впрочем, в первую очередь Пастера помнят как одного из создателей микробиологии и иммунологии. А буквально каждый день его имя можно увидеть, скажем, на пакетах с молоком — в слове «пастеризованное».

Технологию, названную в его честь, Луи изобрел в 1866 году по просьбе представителей французской винной промышленности. В 1860-х благодаря закону о свободной торговле с Англией французские виноделы получили возможность наладить широкие поставки в Туманный Альбион, однако несли чудовищные убытки, поскольку вино прокисало при длительной транспортировке.

Пастер, к тому времени успевший стать членом Академии наук и директором Эко Нормаль, трудился над задачей в летние каникулы, на винодельнях близ своего родного городка, привлекая к ассистированию студентов. В результате за три года экспериментов он установил, что прокисание вина вызвано жизнедеятельностью присутствующих в нем бактерий, которые гибнут при нагревании до 50–60 °С, после чего вино хранится неограниченное время (если бутылки хорошо закупорены и новые бактерии в него не попадают).

Впоследствии Пастер обнаружил и такие бактерии, которые образуют споры, благодаря чему могут переживать даже длительное кипячение. Для борьбы с ними он предложил методы, названные стерилизацией,— обработку паром под давлением или сухим жаром при 120–140 °С.

Брожение и самозарождение

Виноделы обратились к Пастеру потому, что к началу 1860-х он прославился как эксперт по брожению. В результате серии экспериментов, которыми Луи занимался с 1857-м, ему удалось доказать, что брожение — это результат жизнедеятельности микроорганизмов, описать различные типы этого процесса (от молочнокислого до спиртового) и открыть анаэробные микроорганизмы (живущие в отсутствии кислорода; термин «анаэробы» ввел сам Пастер).

Изучением брожения и роли микроорганизмов в этом процессе Луи заинтересовался благодаря своим же экспериментам, показавшим существование хиральности молекул. Виноградную и винную кислоты ученый производил сам, осуществляя брожение, а различить две формы кристаллов винной кислоты ему помогли бактерии — одними они активно питались, а других избегали.

Выводы Пастера опровергали главенствующую в то время теорию немецкого химика Юстуса фон Либиха, согласно которой брожение представляло собой химический процесс, то есть было результатом реакции соединений, а не деятельности живых организмов. Одновременно Пастер опроверг и распространенное учение о самозарождении микроорганизмов, согласно которому они возникали в любой подходящей среде сами собой. Согласно ее положениям, достаточно было создать необходимые условия — и бактерии, простейшие или грибки возникнут буквально из ниоткуда, даже если среда не содержала их зародышей или спор.

Пастер доказал, что это не так, с помощью колбы с «лебединой шеей» — длинным, узким и изогнутым горлышком. В колбу помещался стерильный образец дрожжевого экстракта, однако жизнь в нем не появлялась: споры бактерий, содержащиеся в воздухе, не могли попасть в экстракт, поскольку оседали на изгибах горлышка. Когда же горлышко отламывали или проливали водой, в экстракте начинали размножаться бактерии.

Спасение шелкопрядов

В 1865-м вслед за виноделами к Пастеру обратились производители шелка. Всю Европу и Ближний Восток в те годы охватила эпидемия болезней шелковичных червей, и Франция стремительно лишалась позиции крупного поставщика шелка-сырца (которую сумела занять к началу XIX века). Проведя шесть лет в экспериментах, Луи установил, что гусениц поражают две разные болезни, вызванные жизнедеятельностью двух разных микроорганизмов, и предложил способы борьбы с их распространением.

Первую болезнь — флашерию — провоцировали бактерии, активно размножавшиеся в антисанитарных условиях, царивших в червоводнях. Ее удалось победить, установив гигиенические правила — например, не допускать гниения тутовых листьев.

Второе заболевание — пебрину — возбуждало простейшее, передававшееся от больных гусениц здоровым через испражнения, оставляемые на листьях. При этом простейшее продолжало жить в организме и после того, как гусеницы превращались в бабочек, попадало в откладываемые ими яички. Чтобы побороть эпидемию этой болезни по настоянию Пастера, ввели микроскопический контроль: гусениц стали выводить только из незараженных яичек, а зараженные уничтожали.

От гусениц к курам и овцам

Благодаря работе с шелкопрядами Пастер установил, что роль микроорганизмов в процессах брожения аналогична их роли в развитии заболеваний: в обоих случаях они служат причиной и в обоих меняют заселенную ими среду. Это подтолкнуло его сконцентрироваться на исследовании заразных болезней.

У ученого имелся и личный мотив. Пастер был женат на Мари Лоран, дочери ректора Страсбургского университета, и в этом браке родились пятеро детей, однако трое из них скончались в детском возрасте от брюшного тифа. Пережив одну за другой эти трагедии, Луи стремился найти способ победить смертельно опасные заболевания. Впрочем, свои эксперименты он начал с домашней птицы и скота. Исследовав возбудителя куриной холеры, в 1880-м он разработал вакцину против этой болезни.

В то время уже существовала вакцина от оспы, изобретенная почти за 90 лет до того Эдвардом Дженнером. Его метод заключался в прививании людей вирусом коровьей оспы, неопасной для человека, но способствующей формированию иммунитета от оспы натуральной. С тех пор развитие иммунизации практически стояло на месте. Метод же, разработанный Пастером, заключался во введении в организм ослабленного возбудителя — и это стало настоящим прорывом. В 1881-м по этому же принципу ученый получил и вакцину против сибирской язвы.

Еще в конце 1860-х, благодаря спасению французского вина и шелка, Пастер стал крайне состоятельным человеком и знаменитостью, входившей в окружение Наполеона III. После же разработки двух ветеринарных вакцин Луи сделался единоличным получателем десятой части всех расходов национального бюджета на научные исследования. Разработанные Пастером вакцины поступили в промышленное производство, и к середине 1890-х вакцинация скота и домашней птицы была введена во Франции в национальном масштабе.

Победа над бешенством

В 1880-х Пастер начал работать с человеческими болезнями. Первые опыты касались холеры, однако окончились безрезультатно: возбудителя выделить не получилось, а затем его первой обнаружила группа Роберта Коха, конкурировавшая с командой Пастера. Кох поддразнивал своего французского коллегу словами «его называют вторым Дженнером, хотя открытия Дженнера предназначались людям, а не овцам».

Впрочем, перейти от ветеринарии к медицине Пастеру все же удалось. К 1884 году он выделил и ослабил возбудителя бешенства, а в 1885-м впервые успешно применил вакцины на его основе на людях, укушенных бешеными собаками. Новость об этом вызвала невероятный ажиотаж, причем не только во Франции: уже спустя год вакцину от бешенства получили 2,5 тыс. человек, прибывшие в лабораторию Пастера из 18 стран.

В их числе были и 19 крестьян Смоленской губернии, направленных к Пастеру по распоряжению императора Александра III. Несмотря на то что в результате долгого пути было упущено много времени, 16 из них удалось спасти. После этого Александр III пожаловал Пастеру орден Анны I степени с бриллиантами, а на следующий год в Одессе открылась вторая в мире лаборатория, в которой стали прививать от бешенства (и за первый год привили около 1,5 тыс. человек).

Лабораторию эту (Одесскую бактериологическую станцию) организовали Николай Гамалея и Илья Мечников — обоих можно назвать учениками и последователями Пастера. Гамалея несколько лет изучал бактериологию под его научным руководством, а всю последующую свою карьеру посвятил развитию эпидемиологии, иммунологии и микробиологии у себя на родине. Мечников же в 1887-м перебрался к Пастеру в Париж, чтобы стать его сотрудником на постоянной основе.

Пастеровская школа

В 1887 году Академия наук Франции развернула международный сбор средств на создание Микробиологического института под началом Пастера. Всего удалось привлечь 2,6 млн франков, в том числе около 100 тыс. от российского императора (40 тыс. руб.). Институт открылся на следующий год, в специально выстроенном для него здании в центре Парижа. По замыслу самого Пастера, учреждение сочетало в себе научно-исследовательский и учебный центры, а также диспансер для прививания. В народе его сразу прозвали «Дворцом бешенства».

В последующие годы Пастеровский институт стал колыбелью микро- и молекулярной биологии, иммунологии и эпидемиологии. Здесь разработали вакцины против чумы, желтой лихорадки, дифтерии и столбняка, открыли бактериофагов (вирусы, паразитирующие на бактериях), изобрели синтетические антигистаминные препараты и обнаружили вирус иммунодефицита человека. За 135 лет существования института десять его сотрудников (включая Илью Мечникова в 1908-м) стали лауреатами Нобелевской премии по физиологии и медицине.

Сам же Пастер до появления Нобелевки не дожил — он умер 28 сентября 1895 года в возрасте 72 лет. Последние годы жизни он страдал уремией и параличом, однако не терял интереса к новейшим разработкам. Так, за три месяца до кончины он лично побывал в своем институте, чтобы лично рассмотреть под микроскопом возбудителя чумы, которого изолировали и выделили его ученики.

Пастера похоронили в Нотр-Даме и на следующий год планировали перезахоронить в Пантеоне, рядом с Вольтером, Лагранжем и Гюго. Однако его вдова и дети настояли на том, чтобы организовать гробницу с мавзолеем на территории Пастеровского института. Сегодня крипта является частью посвященного Пастеру музея — каждый желающий может полюбоваться украшающей ее своды византийской мозаикой, иллюстрирующей главные достижения великого ученого.