Перейти к публикации
Форум - Замок

История микробиологии и пиво


Рекомендованные сообщения

Почему-то, современных людей сегодня мало интересуют бактерии. Это слово давно стало привычным и совершенно не интригующим. Более того, сейчас есть вещи поинтереснее – компьютеры, интернет, автомобиль «Феррари» и многое другое. Даже сама наука микробиология шагнула так далеко в глубину живой материи, что пугает, шокирует и удивляет нас сегодняшних уже не бактериями, а, в крайнем случае, вирусами или же успехами генной инженерии, клонированием и другими заумными вещами. Теперь даже трудно себе представить, что каких-нибудь полторы сотни лет тому назад сама микробиология только-только появилась на свет. И в те далекие времена она очень интересовалась, прежде всего, дрожжами и бактериями, и (не удивляйтесь, пожалуйста) огромное влияние на ее развитие оказало … пиво.

 

 

Открытие микробов

По мнению В. Л. Омелянского «первым исследователем, перед изумлённым взором которого открылся мир микроорганизмов, был учёный иезуит Афанасий Кирхер (16011680), автор ряда сочинений астрологического характера», однако обычно первооткрывателем микромира называют Антони ван Левенгука.

 

В 1632 г. в Голландии родился Антони Левенгук. Он не был ученым человеком, даже по понятиям своего времени. Знал только один язык – голландский, на котором говорили торговцы, рыбаки и землекопы (ученые люди тогда пользовались латынью). Но это скорее помогло, чем помешало Левенгуку. Голова его была свободна от всякого вздора, почитаемого тогда за высокую науку. И верил он только своим глазам и рукам. В свободное от торговли мануфактурой время Антони Левенгук, как бы сейчас сказали, в кухне и «на коленке» построил и довел до немыслимого совершенства свои микроскопы. И перед ним раскрылся невиданный мир. Двадцать лет Антони любовался им в полном одиночестве, прежде чем начал писать свои письма в только что созданное научное Английское Королевское общество.

Левенгук был совершенно незаурядным человеком. Посудите сами, кому бы еще могла прийти в голову мысль направить микроскоп на каплю чистой дождевой воды? Что в ней можно было обнаружить, кроме самой воды? Но именно в этой капле Левенгук и нашел то, что сегодня называется микроорганизмами.

 

Весьма примечательно, что он сразу же заинтересовался вопросом: откуда эти микроскопические «зверюшки» могли там появиться? Может быть, они упали с неба? Откуда они берутся? И он провел опыт. Чисто вымытый фарфоровый таз был поставлен на ящик, чтобы грязь не попадала внутрь. Первую дождевую воду он вылил, чтобы таз стал еще чище. И только после этого взял каплю для исследования. Она была чиста и пуста. Там не было ничего. Но Левенгук не прекратил на этом свои наблюдения. День за днем он возвращался к этому образцу и на четвертые сутки обнаружил, что мелкие «зверьки» начинают в ней появляться вместе с частицами пыли и льняных волокон.

 

Необходимо отметить, что Левенгук первым наблюдал дрожжевую клетку, но из-за ее неподвижности он не распознал в ней живого организма. Как вскоре выяснил неутомимый голландец, открытые им маленькие «животные» были повсюду! Вскоре он сообщил Королевскому обществу, что нашел целые скопища этих невидимых существ … у себя во рту (см. рис. 1). Но вопрос появления на свет микроскопических «животных» оставался не ясным довольно долго. Более того, так случилось, что именно благодаря этому, казалось бы, второстепенному вопросу микробы не были забыты на долгие годы, что при другом повороте событий вполне могло случиться.

 

d180d0b8d181-1-the-oral-microbes-d0bed0b1d180d0b5d0b72.jpg

 

Рис. 1. Современная фотография микроорганизмов во рту человека

 

Зеленый цвет – стрептококки (Streptococcus mutans), эти бактерии процветают при температурах 18 – 40 °С, поглощают сахарозу и вырабатывают молочную кислоту. Сиреневый цвет – бактерия Bacteroides gingivalis, может вызывать периодонтит, встречается у 90% здоровых людей. Желтый цвет – две большие клетки, дрожжевая стадия развития гриба Candida albican.

 

Размножение микробов

В восемнадцатом веке была весьма популярна теория, утверждающая, что жизнь может зародиться вполне самостоятельно, без папы и мамы (т.е. другой жизни). Большинство мыслящих людей склонялись к убеждению, что некоторые животные не имеют родителей и являются детьми отвратительного месива из разных грязных отбросов.

Какой-нибудь ученый того времени мог написать следующее: «Оспаривать, что жуки и осы зарождаются из коровьего помета, это все равно, что спорить против разума, здравого смысла и реального опыта». Этот вздор подвигнул лучшие умы своего времени на исследования, которые и теперь могут быть весьма полезны и поучительны для нашей темы.

 

Сначала «неистовый» Франческо Реди (Redi) своими простыми и остроумными опытами доказал существование родителей у … мух. Вдохновленный его работами, Лаццаро Спалланцани изобрел методики исследования развития микробов. По образованию юрист, по профессии священник, этот человек состоял в дружбе с Вольтером и вполне самостоятельно освоился с микроскопом.

 

Оппонентом Спалланцани был другой священник по фамилии Нидхэм, который опубликовал вот такие результаты. Взяв прямо с огня баранью подливку, Нидхэм слил ее в бутылку и крепко закрыл пробкой, чтобы маленькие «животные» или их «яйца» не могли попасть туда из воздуха. Для верности он подогрел бутылку еще раз. Эта процедура должна была совершенно убить маленьких «животных» и их «яйца», которые могли еще оставаться в склянке. Он дал бутылке несколько дней постоять, затем открыл пробку, и — чудо из чудес! — когда он исследовал содержимое бутылки под микроскопом, оказалось, что оно кишит микробами

 

Спалланцани, как человек разумный, конечно, понимал, что Нидхэм, во-первых, вероятно, недостаточно долго кипятил свой бульон, чтобы убить имеющихся там микробов, во-вторых, скорее всего, недостаточно аккуратно закупорил сосуды. И он решил все проверить сам. Свои склянки Спалланцани частью запаял, расплавив стекло их горлышек на горелке, а частью просто заткнул пробками. Одни (и запаянные, и заткнутые) он кипятил более часа, другие всего несколько минут. Через несколько дней он тщательно изучил содержимое своих бутылей под микроскопом. В склянках, запаянных и тщательно прокипяченных, он не нашел вообще ничего живого. В других сосудах кишела жизнь: в запаянных, но кипяченых всего несколько минут, и в заткнутых пробками во всех без исключения.

Спалланцани сделал из своих опытов, по крайней мере, два важнейших вывода. Первый – что некоторые бактерии (или их «яйца», как сейчас говорят споры) могут перенести кипячение в течение нескольких минут и для того, чтобы их убить, нужно кипятить не менее часа. И второй – бактерии могут попасть из воздуха даже в закрытый пробкой сосуд.

 

d180d0b8d181-2-untitled1.jpg

 

Рис. 2. Вот так выглядит кухонная мочалка под микроскопом. Сама губка имеет темно-зеленый цвет. Синим цветом окрашены бактерии, желтым – дрожжеподобные грибы, розовым и фиолетовым – волокнистые грибы

 

Лаццаро Спалланцани совершил целый ряд открытий. Он установил, что микробы могут обходиться без воздуха, впервые изолировал одноклеточное существо в капле воды и подтвердил гипотезу деления микробов. Но поставить точку в споре о происхождении жизни из ничего, он так и не смог.

Микробиологам следующего века 19-го – Пастеру, Баляру, Тиндалю – довелось сказать еще несколько веских слов в этом споре.

 

Бутылки с замысловатыми горлышками

Микробы в пору детства Луи Пастера как будто совершенно никого не интересовали. Карл Линней, заложивший основы научной классификации живых организмов, считал их слишком малыми, чтобы быть значительными.

 

Свою научную карьеру Пастер начал как химик. На этом поприще ему посчастливилось сделать серьезное открытие, и он стал знаменит. Но нарушим немного хронологию описания его жизни и перенесемся в тот период, когда этот человек стал уже известным микробиологом.

 

Пастер был абсолютно уверен, что микробы присутствуют в воздухе. Не зарождаются в нем сами по себе, а именно присутствуют. Эта его уверенность была основана на большом числе проделанных им опытов, которые длились годами. Он заполнял колбы до половины объема молоком и мочой, кипятил их на водяной бане, запаивал горлышки и по три года хранил эти драгоценные сосуды. Затем он открывал их и убеждался, что воздух в колбах содержит прежнее количество кислорода, и что молоко даже не прокисло, и в колбах нет ни одного микроба. Но стоило эти колбы открыть, и микробы начинали кишеть там роями.

 

Многие ученые во времена Пастера считали, что микробы самопроизвольно рождаются из воздуха, который наделен таинственной силой, способной «творить» жизнь. Оппоненты упрекали Пастера, что он «портил» воздух нагреванием вместе с раствором в закрытом сосуде. Жизнь может творить только обыкновенный воздух при комнатной температуре, утверждали они. Этот весьма абсурдный по современным понятиям спор вновь заставлял (и в который уже раз!) серьезных исследователей браться за новые опыты. Но как сделать так, чтобы в нагретые колбы мог попадать прохладный воздух извне, но не могли попадать микробы? Пастер этого не знал.

 

d180d0b8d181-3.jpg

 

Рис. 3. Обыкновенная колба (А) и колба Баляра (Б). Длинная тонкая трубочка венчает горлышко колбы. Во время кипячения жидкости трубочка заполнена выходящим из колбы паром. Когда жидкость остывает, пар конденсируется на стенках и вместо него в колбу попадает воздух извне, пылинки, к которым прикреплены микробы или их споры, оседают на влажных стенках трубочки и не попадают внутрь колбы. Содержимое колбы, таким образом, остается стерильным

 

Проблему помог решить еще один незаурядный человек того времени – в прошлом аптекарь, наставник Пастера во время его занятий химией, первооткрыватель химического элемента брома Антуан Джером Баляр (Antoine Jerome Balard). Нужно быть весьма неординарным человеком, чтобы открывать новые химические элементы в задних комнатах аптекарской лавки.

 

Он сказал Пастеру примерно следующее: «Мы знаем с вами, что микробы попадают в колбы вместе с частичками пыли, которые неизбежно содержит воздух. Давайте сделаем так, чтобы воздух мог проходить в колбу свободно, а пыль не могла. Для этого нужно изготовить длинные тонкие изогнутые трубочки, похожие на лебединые шеи. И все будет в порядке. Пылинки прилипнут к внутренней поверхности изгибов и не попадут в колбы. Ведь твердые частички пыли не могут падать снизу вверх».

 

Пастер с энтузиазмом принялся гнуть над пламенем горелки «лебединые шеи», «поросячьи хвостики», различные «косы» и многие другие замысловатые фигуры. Содержимое колб с этими нестандартными «пробками» всегда оставалось прозрачным и стерильным. Микроорганизмы не могли «падать снизу вверх».

 

Пастер был потрясающим демонстратором. Он очень эффектно показывал общественности свои колбы с «лебедиными шеями» и «поросячьими хвостами». Это было весьма поучительно. Прозрачные и стерильные растворы начинали мутнеть от сонмов микробов, после того как Пастер изящно ополаскивал изогнутые трубочки и сливал жидкость назад в колбу. Это было очень убедительно.

 

Сколько микробов в воздухе?

Пастер провел огромную работу по исследованию воздуха на предмет содержания в нем микробов. Он собрал пробы из самых разнообразных мест: от подвала собственной лаборатории до горы Монблан.

 

Помощники Пастера приготовили сотни колб с питательным бульоном. Они кипятили их (погружали на некоторое время в кипящую воду) и сразу запаивали. Первым делом Пастер посетил старые сырые парижские подвалы, где воздух чист и спокоен. С помощью специальных длинных прокаленных на огне щипцов были отбиты горлышки у десяти колб. Колбы по очереди с легким шипением втягивали в себя воздух. Помощники Пастера тотчас же запаивали их газовой горелкой. Такая же точно работа была проделана на дворе лаборатории. Через несколько дней инкубации в термостате выяснилось, что девять бутылок из десяти, открытых в подвале, абсолютно прозрачны и не содержат микробов, а десять из десяти бутылок, открытых во дворе, кишат микроорганизмами.

 

Другие склянки с питательными бульонами поехали в горы. При этом выяснилось, чем выше Пастер поднимал свои колбы и чем чище становился горный воздух, тем меньше склянок мутнело. Пастер даже мечтал подняться на воздушном шаре, единственном летательном аппарате того времени, чтобы продолжить это исследование. Но в общем и целом все или почти все было уже ясно. Просвещенная публика и научная общественность ликовали.

 

Сенный отвар

Но что-то мы давно не вспоминали о «животворящей силе», которая якобы прямо из воздуха создает сонмы микробов (spontaneous generation) и, возможно, других живых существ. Блестящие эксперименты Пастера, а особенно сокрушительный успех его публичных выступлений, не оставили равнодушными ученых сторонников самопроизвольного зарождения жизни.

 

Bacillus-subtilis-300x202.jpg

 

Рис. 4. Сенные палочки (Bacillus subtilis). Эти бактерии, широко распространены в природе. Такое название эти микробы получили из-за того, что изначально культуру выделяли из прелого сена. В лабораторных условиях в закрытом сосуде варили сено в воде и настаивали 2-3 дня. После этого в емкости образовывалась колония искомых бактерий. Их споры легко переносят длительное кипячение.

 

Примерно с таким же набором склянок как у Пастера эти господа отправились в горы. Там, рискуя сорваться в пропасть, экспедиция забралась даже выше, чем поднимался Пастер. Со всеми предосторожностями были взяты пробы воздуха. Только вместо дрожжевого бульона, который применял Пастер в качестве питательной среды, в этом исследовании использовался сенный отвар.

 

И научные оппоненты Пастера добились, чего хотели. В их склянках вскоре было обнаружено огромное количество бактерий! Что тут началось!.. Дискуссии быстро перешли из чисто научной плоскости на личности спорящих. Казалось, что истина надсмехается над учеными. Что самое интересное – правы были обе стороны. Но для того чтобы это понять, нужен был холодный британский гений Тиндаля (John Tyndall).

 

Джон Тиндаль – английский физик. Кроме того, он строил железные дороги и был геодезистом. Как физик, он занимался разными оптическими явлениями и в том числе провел блестящие эксперименты, объясняющие синий цвет неба. Альпинист и исследователь ледников, Тиндаль остался в истории науки одним из авторов теории великих оледенений, покрывавших в древние эпохи полконтинента. Чем он только ни занимался в своей жизни! И микробиологией тоже.

 

Как Тиндаль изобрел свой метод стерилизации, в точности неизвестно. Возможно, он вспомнил исследования Спалланцани, который первым показал, что кратковременное нагревание не может погубить всех микробов. Возможно, шел каким-то иным путем. Сейчас наука совершенно точно установила, что многие споры бактерий гибнуть лишь при нагревании во влажной среде до 120°С. Например, споры очень распространенной в природе сенной палочки легко переносят длительное кипячение. Если использовать «сухой жар», то некоторые микробы выдерживают и большие температуры. Во времена Тиндаля этого, естественно, не знал никто. Ему первому удалось показать, что в сенном отваре, использованном незадачливыми исследователями, бактерии оказались не из-за «производящей силы» чистого горного воздуха, а из сена.

 

Дрожжи и бактерии

Пока молодой химик Луи Пастер занимался кристаллами виннокаменной кислоты, произошли некоторые события. Другой француз Каньяр де ля Тур в 1837 г. извлек из пивного бродильного чана каплю пены и обнаружил под микроскопом, что крошечные шарики дрожжей (задолго до него увиденные Левенгуком) выпускают отростки, которые превращаются в такие же точно шарики, и все повторяется. Далее он сделал весьма смелое предположение, что именно эти шарики делают пиво из солода и хмеля (ибо сами по себе ни солод, ни хмель пивом не становились).

 

В это же время доктор Шванн в Германии впервые указал на маленьких «животных» (бактерий) как на виновников порчи продуктов. Он писал: «Сварите хорошенько мясо, положите его в чистую бутыль и пропустите в нее воздух, проходящий через раскаленные докрасна трубки, — мясо останется несколько месяцев совершенно свежим. Но через день или два после того, как вы уберете эти трубки и впустите обыкновенный воздух, содержащий в себе маленьких «животных», мясо начинает издавать отвратительный запах; в нем появляются целые скопища крошечных извивающихся созданий. Таким образом, не подлежит никакому сомнению, что именно эти зверьки разлагают и портят мясо».

 

Эти пионерские работы почему-то не произвели должного впечатления на современников, даже на специалистов. Мир, казалось, просто хотел дождаться, когда Пастер закончит возиться с кристаллами и займется, наконец, микробами. Вскоре это случилось в городе Лиле, куда Пастер был назначен деканом и профессором местного учебного заведения.

 

Однажды один бизнесмен пригласил Пастера на свой винокуренный завод и попросил помочь ему в решении некой производственной проблемы. Сын этого человека был студентом Пастера.

 

В двух словах проблема заключалась в том, что некоторые бродильные чаны совсем не производили спирт из сладкой свекольной массы. Что же там могло произойти? Сейчас понятие «брожение», результатом которого является превращение сахара в алкоголь, однозначно связано с понятием «дрожжи». Однако тысячи лет человечество употребляло пиво, вино, а потом и добывало спирт из свеклы, не имея об этом ни малейшего представления.

 

d180d0b8d181-6.jpg

Рис. 5. Пивные дрожжи (Saccharomyces cerevisiae)

 

Весьма примечательно, что свои исследования Пастер начал не с изучения дрожжей (ведь в тех чанах, где они присутствовали, все было в порядке). Он начал именно с микроорганизма вредителя и вскоре определил, что эти маленькие (в несколько раз тоньше дрожжей) палочки производят огромнее количество молочной кислоты. И, соответственно, никогда не производят спирт.

 

Только после этого Пастер принялся за виновников появления спирта. Необходимо было провести большую экспериментальную работу, чтобы доказать причастность дрожжей к брожению и конечному его результату – алкоголю. Потому что многие ученые светила того времени так не считали.

 

«Разбить» научных оппонентов Пастеру отчасти помогли сами дрожжи. Как теперь хорошо известно, рост дрожжей может происходить в очень простой по составу среде. Кроме сбраживаемых сахаров для питания им необходим только источник азота, например аммоний (растущие клетки, конечно, нуждаются кое в чем еще, но Пастер об этом пока не догадывался). Вот эту роль аммония в жизни дрожжей и установил Пастер экспериментально. Он обнаружил, что аммониевая соль быстро исчезает из раствора, а дрожжи размножаются. В те времена считалось, что превращение сахаров в спирт происходит чисто химическим путем, с помощью некоторых белков. А тут нате вам, никакого белка, кроме активно размножающихся дрожжей. Что и требовалось доказать.

 

Оказывается, море вина и океан пива производили вовсе не люди, а одноклеточные существа – дрожжи. Люди только помогали им в этом. У Пастера возникло также весьма серьезное подозрение, вскоре переросшее в уверенность, что некоторые еще более мелкие микроорганизмы могут мешать дрожжам делать эту огромную и полезную работу.

 

В1876 г. выходит статья Пастера «Исследование пива, его болезней и вызывающих их причин. Способы сохранения качества пива и новая теория брожения».

Статья стала итогом его многочисленных поездок по пивным заводам Франции и Англии, результатом осмотра под микроскопом содержимого сотен бродильных чанов и, наконец, даже постройки в лаборатории маленькой пивоварни. Пастером двигали в том числе и патриотические чувства. Он хотел сделать французское пиво лучшим в мире, лучше немецкого и английского.

 

Но Пастеру, как и всякому французу, вино, по-видимому, было ближе и роднее пива. С него он и начал свои исследования дефектов вкуса с помощью… микроскопа. Пастер любил демонстрировать свои опыты широкой публике. После того как он изучил огромное количество различных больных вин своим оригинальным способом, он решил поразить своих земляков – виноделов из города Арбуа – настоящим шоу. Он пригласил всех желающих принести испорченное вино и пообещал, что определит дефект, не пробуя вина на вкус. Виноделы решили подшутить над профессором и вместе с больным вином принесли абсолютно здоровое. Пастер рассмотрел каплю в микроскоп и заявил, что у этого вина должен быть нормальный вкус. Далее на глазах совершенно ошеломленных виноделов он безошибочно указал горькое, маслянистое и вязкое вино. Так зарождалась современная микробиология.

 

Изучение микроорганизмов

Однажды сельскому врачу из небольшой деревушки на востоке Германии супруга сделала оригинальный подарок ко дню рождения – микроскоп. Вскоре она об этом немного пожалела, потому что с ее подарком супруг стал проводить гораздо больше времени, чем с ней. Имя сельского доктора было Роберт Кох. Произошло это как раз на исходе того десятилетия (1860—1870 гг.), когда Пастер спасал по очереди винную, уксусную и пивную промышленности Франции и пророчествовал о страшных угрозах, которые таят в себе микробы.

 

Кох никогда в жизни не занимался ни болезнями пива, ни пивными дрожжами. Но это был гениальный человек, сумевший в деревенском захолустье доказать микробную природу страшной болезни людей и животных – сибирской язвы. Причем в своей сельской больнице он даже ничего не слышал о пастеровских микробных пророчествах. До этого открытия Коха врачи просто смеялись над Пастером и даже слушать не хотели о том, что один маленький микроб может быть причиной такой тяжелой болезни, как, например, туберкулез.

 

Кох научился окрашивать и фотографировать микробы. Но, как никто другой, он понимал значение другого своего изобретения – простого и надежного метода, который позволял исследователю быть абсолютно уверенным, что он имеет дело только с одним видом микроба. Легенда гласит: яблоко помогло Ньютону открыть закон всемирного тяготения. Коху помогла половинка картофелины. Да-да, самой обыкновенной вареной картофелины.

 

Однажды на столе в своей лаборатории он заметил на поверхности забытой картошки разноцветные пятна – колонии попавших из воздуха микробов. Через некоторое время он уже восторженно писал: «Каждая из этих капелек представляет собой чистую культуру микроба определенного типа, чистую колонию одного вида зародышей. Как это просто! Когда зародыши попадают из воздуха в жидкую среду бульона, который мы употребляем для своих опытов, то все они между собой смешиваются. Но если разные микробы падают на твердую поверхность картошки, то каждый из них остается на том месте, где упал, — он застревает там, а затем начинает расти и размножаться и, в конце концов, дает чистую культуру одного определенного вида».

 

Это была революция. Кох и два его помощника наносили на поверхность картофеля самые замысловатые смеси различных бацилл, которые прорастали на благодатной и твердой картофельной почве отдельными колониями чистых культур. Впоследствии картофель был заменен различными смесями питательных растворов: сначала с желатином, а в дальнейшем агар-агаром (что в переводе с малайского означает водоросли). В 1884 г. Кох ввёл в обиход Чашки Петри (Названа в честь изобретателя — немецкого бактериолога Юлиуса Рихарда Петри, ассистента Роберта Коха. ).

 

Коху принадлежат также знаменитые постулаты:

  • возбудитель заболевания должен регулярно обнаруживаться у пациента;
  • он должен быть выделен в чистую культуру;
  • выделенный организм должен вызывать у подопытных животных те же симптомы, что и у больного человека.

Эти принципы были приняты не только в медицине, но и в экологии для определения вызывающих те или иные процессы организмов. Также Кох ввёл в применение методы окраски бактерий (ранее использованные в ботанике) и микрофотографию. Публикации Коха содержали в себе методики, принятые микробиологами всего мира.

Вслед за ним началось развитие и обогащение методологии, так в 1884 Ганс Христиан Грам использовал метод дифференцирующего окрашивания бактерий (грамположительные бактерии - окрашиваются в синий цвет, грамотрицательные - в красный. Этот метод назвали Метод Грама),

С.Н. Виноградский в 1891 применил первую элективную среду.

За следующие годы было описано больше видов чем за всё предыдущее время, выделены возбудители опаснейших заболеваний, обнаружены новые процессы, производимые бактериями и неизвестные в других царствах природы.

 

 

Ссылка на комментарий
Поделиться на других сайтах

Присоединяйтесь к обсуждению

Вы можете опубликовать сообщение сейчас, а зарегистрироваться позже. Если у вас есть аккаунт, войдите в него для написания от своего имени.

Гость
Ответить в тему...

×   Вставлено в виде отформатированного текста.   Вставить в виде обычного текста

  Разрешено не более 75 эмодзи.

×   Ваша ссылка была автоматически встроена.   Отобразить как ссылку

×   Ваш предыдущий контент был восстановлен.   Очистить редактор

×   Вы не можете вставить изображения напрямую. Загрузите или вставьте изображения по ссылке.

Загрузка...
×
×
  • Создать...