биомолекула.ру. Взгляд изнутри.
 

Логин:
Пароль:


Кох и все его палочки

[3 мая, 2015 г.]

Пожалуй, ни одно инфекционное заболевание не обладало столь романтическим ореолом, как туберкулез. Эта болезнь внесла пронзительную нотку фатальности в творчество поэта Джона Китса и сестер Бронте, Мольера и Чехова. Но в реальной жизни чахотка оказывалась совсем не романтичной, а наоборот — грязной и мучительной. Вместе с томной бледностью приходили слабость, изнурительный кашель, легочное кровотечение и смерть. Этой кошмарной для тысяч людей реальности дали имя «белой чумы», ведь она уносила не меньше жизней, чем чума «черная», бубонная, просто убивала медленно. Не удивительно, что человек, «познакомивший» мир с возбудителем туберкулеза и давший надежду на победу над ним, был награжден Нобелевской премией. Формулировка Нобелевского комитета: «за исследования и открытия, касающиеся лечения туберкулеза». А звали этого человека Роберт Кох.

Рудольф Вирхоф

Рисунок 1. Рудольф Вирхоф (1821–1902). Немецкий врач, гистолог, патолог и ешё много-чего-лог, а также политический деятель со склонностью к реформаторству. Дополнил клеточную теорию Шванна и Шлейдена и нанес удар по популярной тогда гипотезе самозарождения организмов великим тезисом «Omnis cellula e cellula» («Клетка происходит только от клетки»). Установил строение множества тканей и органов, описал патогенез нескольких заболеваний. Заодно вывел немецкую санитарию на совсем иной уровень, руководствуясь мыслью, что врачи — «естественные адвокаты бедных», а потому должны принимать активное участие в решении социального вопроса.

Говоря о туберкулезе, мы вспоминаем не только классиков викторианской эпохи, но и палочки Коха, и туберкулин (антиген в реакции Манту), тоже коховский, и постулаты Коха, а вместе с ними и имя выдающегося ученого, человека, для которого туберкулез стал триумфом и трагедией, — Роберта Коха.

Кох родился 11 декабря 1843 года в местечке Клаусталь-Целлерфельд в Нижней Саксонии в семье горного инженера. Роберт оказался очень одаренным ребенком — уже в пять лет он поразил своих родителей тем, что научился самостоятельно читать, рассматривая газеты. В этом же возрасте его отдали в начальную школу, а через три года он уже поступил в гимназию. Кох учился с удовольствием и выказывал явный интерес к биологии. Что, очевидно, и определило его дальнейший выбор: в 1862 году он поступил в Гёттингенский университет, где увлекся медициной. Именно здесь, в Гёттингене, в то время преподавал знаменитый анатом Якоб Генле, труды которого были первыми ласточками в области микробиологии. Возможно, именно его лекции пробудили у юного Коха интерес к исследованиям микробов как возбудителей различных заболеваний.

В 1866 году Роберт Кох получает степень доктора медицины и в течение полугода работает в знаменитой берлинской клинике Шарите — под руководством великого Рудольфа Вирхова. Кстати, именно Вирхов будет регулярно подвергать критике микробную теорию Коха, противиться распространению его открытий и даже мешать карьере. Поначалу Вирхов вообще прямо говорил ученику, чтобы тот не тратил попусту времени на ерунду и занимался лечением людей.

Но уже в следующем году Кох женится на Эмме Фрац и получает место в больнице в Гамбурге. Еще два года молодая семья переезжает из города в город, пока наконец не оседает в Раквице, где Кох устраивается в местную лечебницу для душевнобольных. Но, кажется, размеренная жизнь совсем не для него. Несмотря на сильную близорукость, Кох сдает экзамен на военного врача и отбывает в полевые госпитали начавшейся в 1870 году Франко-прусской войны, где сталкивается не столько с хирургической практикой, сколько с молниеносно распространяющимися в окопах холерой и брюшным тифом.

Через год Роберт демобилизуется, а в 1872 г. получает должность уездного санитарного врача в Вольштейне. Именно в этот период он получает от жены подарок на 28-летие — новый микроскоп. И скоро медицинская практика отходит на второй план: Кох все дни напролет пропадает за окуляром подарка. И вспышка сибирской язвы среди местного крупного и мелкого рогатого скота оказывается очень кстати.

Основываясь на опыте Пастера, который уже пытался найти возбудителя этого заболевания, Кох проводит многочисленные опыты над мышами. При помощи «прививок» крови, взятой из селезенки здоровых и умерших от сибирской язвы животных, он пытается заразить подопытных грызунов. Результаты экспериментов позволяют ему подтвердить предположение, что сибирская язва может передаваться через кровь.

Бактерии сибирской язвы

Рисунок 2. Бактерии сибирской язвы — Bacillus anthracis. а — Отдельные клетки под сканирующим электронным микроскопом (окрашены). б — Строение клетки. в — Препарат, окрашенный по Граму. Фото (а) из Science Photo Library, рисунок (б) из en.wikipedia.org, адаптирован.

Правда, это Коха не удовлетворило. Он хотел также проверить, может ли сибирская язва передаваться без непосредственного контакта с заболевшим скотом. Роберт получает чистые культуры бактерий и тщательно их изучает, подробно зарисовывая и описывая процесс размножения Bacillus anthracis, попутно отмечая их уникальную способность пережидать неблагоприятные условия.

От открытия к применению: Bacillus anthracis и биотерроризм

Начнем с того, что общемировое название сибирской язвы — антракс (от греч. anthrakos — уголь: струп от сибиреязвенных карбункулов угольно-черный). Но существуют и специфические региональные наименования. У нас заболевание назвали так потому, что его вспышки фиксировались преимущественно в Сибири.

Bacillus anthracis — первая бактерия с доказанной болезнетворностью. Однако до Коха каким только не представляли возбудителя антракса. Знаменитый Карл Линней, например, в 1758 обвинил во всём дьявольскую бестию (Furia infernalis) — нитевидного червя с шипами на теле (младшего братишку Чупакабры так и не нашли). В середине XIX в. как минимум трое видели странные палочки в крови больных, но показать причинную связь с болезнью не смогли. Русский врач С.С. Андреевский путем самозаражения доказал возможность передачи сибирской язвы от животных людям, причем выжил и даже занял пост астраханского губернатора. Кох же не только выделил чистые культуры, фиксировал и окрасил для микроскопии эти грамположительные бациллы, но и точно описал их жизненный цикл. А это уже базис для разработки профилактических мер, а далее — вакцинации (здесь преуспел Пастер) и лечения.

Применение бактерий антракса с террористическими целями

Рисунок 3. Применение бактерий антракса с террористическими целями. а — Распыление аэрозоля, содержащего эндоспоры и клеточный дебрис B. anthracis, с крыши 8-этажного здания (штаб-квартира Аум Сенрикё) в Камейдо (Токио) в июне 1993 г. б — Брюс Айвинс — подозреваемый в рассылке писем со спорами B. anthracis в США осенью 2001 г. — и конверт письма, адресованного конгрессмену Тому Дашлу. Фото (кроме портрета) — с сайта www.ncemi.org.

Напрямую (как грипп или дифтерия) антракс между людьми или животными не передается, а вот ее инфекционные агенты — эндоспоры сибиреязвенной бациллы — могут сохраняться в почве (особенно в скотомогильниках) десятилетиями, даже векáми, «прорастая» при попадании в организм. Споры эти чрезвычайно устойчивы к физическим и химическим факторам, их относительно легко наработать (чтобы человек заболел, нужны тысячи спор); лёгочная форма заболевания часто смертельна даже при проведении антимикробной терапии. Потому-то и облюбовали этих бактерий и военные, и террористы. Все, наверное, помнят зариновую атаку 1995 года в токийском метро, организованную сектантами Аум Сенрикё (ныне — Алеф). А вот о распылении ими же суспензии спор и клеток B. anthracis в г. Камейдо близ Токио двумя годами ранее мало кто слышал (рис. 3а). Теракт провалился: ни один человек не заразился, потому что уровень теоретической подготовки и, видимо, недоступность иного биоматериала побудили сектантов распылить ветеринарный вакцинный штамм (Sterne 34F2), лишенный полноценной патогенности из-за неспособности формировать капсулу [1]. Ну хоть вонь, говорят, удалась...

А вот вторая, широко известная, биотеррористическая атака с применением этой палочки в 2001 году отправила на тот свет пять человек, ещё 17 заболели, но выжили. Конечно же, речь идет об американских «письмецах в конверте» (рис. 3б), содержащих вполне пригодные для заражения эндоспоры (штамм Ames). Конверты получили два сенатора-демократа и пять крупных новостных агентств. С самого начала расследования теракта экспертную помощь оказывал Брюс Айвинс — микробиолог, разработчик вакцин от сибирской язвы, старший исследователь Медицинского исследовательского института инфекционных болезней Армии США (USAMRIID, Форт Детрик), где ранее занимались разработкой биологического оружия, а сейчас — биозащитой (будем придерживаться официальной версии). Однако в 2008 г. уважаемый ученый узнал о подготовке фэбээровцами обвинения, в котором он будет единственным обвиняемым в атаке 2001 года. Имевший немалые проблемы с психикой (и при этом без проверки получивший работу в «оборонке»), Айвенс принял смертельную дозу препарата Tylenol PM (обычный парацетамол с димедролом). Большинство коллег и даже родственники жертв атаки отрицают итоги расследования (не мог незаметно подготовить биоматериал, был ярым католиком, выбор адресатов странный и т.п.), и только ФБР, наверное, верит, что к преступлению причастен всего один человек.

К 2015 году 173 государства ратифицировали конвенцию об отказе от разработки и накопления биологического оружия. Однако контролировать исполнение договора сложно, а в загашниках фортов и бывших «почтовых ящиков» элитные штаммы B. anthracis и иных инфекционных агентов тихо дремлют в ожидании «мирного использования», разрешенного конвенцией. Между тем, какие-то виды почтовых отправлений в США теперь стерилизуют, а изобретательные студенты рекомендуют подозрительные письма перед вскрытием гладить утюгом. Ну а если вскрыли, а там оно... Врачи пропишут какой-нибудь из антибиотиков: пенициллин, доксициклин или ципрофлоксацин. В 2012 году FDA одобрила лечение и (в особых случаях) экстренную профилактику легочной формы моноклональными антителами (Raxibacumab), нейтрализующими сибиреязвенный летальный токсин.

Редакция.

Результатом этой кропотливой работы стал труд, который при содействии профессора ботаники университета Бреслау Фердинанда Кона, был-таки опубликован в 1876 году в передовом ботаническом журнале Beitrage zur Biologie der Pflazen, детище Кона (который, кстати, относил бактерий к растениям). Несмотря на протесты Вирхова, считавшего, что болезни имеют внутреннюю природу, а их причина — «патология клеток», Кох приобретает определенную популярность, но не расстается со своей крошечной лабораторией в Вольштейне. Еще четыре года он совершенствует методы окрашивания и фиксации микроскопических препаратов, а также изучает различные формы бактериального инфицирования ран. В 1878 году он публикует свои работы по микробиологии.

Известность приносит свои плоды: в 1880 году Роберта Коха назначают советником в Имперском бюро здравоохранения в Берлине. Именно здесь у ученого появляется возможность собрать лучшую в его жизни лабораторию. Исследовательская работа сразу пошла в гору. Кох изобретает новый микробиологический метод — выращивание чистых культур бактерий на твердых средах. Например, на картофеле. А также новые методы окрашивания, позволяющие легко разглядеть и идентифицировать бактерий при помощи микроскопа. Уже через год он публикует работу «Методы изучения патогенных организмов» и вступает в полемику с коллегой по микробиологическому «цеху» Луи Пастером по поводу исследований сибирской язвы. Ученые разворачивают настоящую войну на страницах научных изданий и в публичных выступлениях.

И именно в этой лаборатории, укомплектованной отличными кадрами, оснащенной мощными микроскопами, лучшими материалами и лабораторными животными, Кох приступает к исследованию главного «убийцы» того времени — туберкулеза. Выбор темы, однако, многим его коллегам показался странным: большинство экспертов считало чахотку наследственным заболеванием. Ведь статистика показывала, что эта болезнь чаще всего распространяется внутри семей.

Тем не менее доктор Кох счел туберкулез обычной «природной» инфекцией. Работая в одиночку, тайком от коллег, он заперся в лаборатории почти на полгода — до тех пор, пока не смог выделить и вырастить культуру туберкулезной палочки Mycobacterium (рис. 4).

Микобактерии туберкулеза

Рисунок 4. Микобактерии туберкулеза (Mycobacterium tuberculosis). а — Колонии на агаризованной среде. б — Клетки под сканирующим электронным микроскопом. Не образующие спор и капсул актиномицеты с большим числом инсерционных последовательностей в геноме, в том числе ответственных за устойчивость бактерии к антибиотикам. Паразитируют внутри фагосом макрофагов, потому трудно досягаемы для лекарств. Фото с сайта textbookofbacteriology.net.

Холерный вибрион

Рисунок 5. Холерный вибрион (Vibrio cholerae) под электронным микроскопом. Оранжевым окрашены нуклеоид и жгутик. За 30 лет до Коха бактерия была описана Филиппо Пачини как Filippo Pacini bacillum, но то было время болезнетворных «миазмов», и открытие проигнорировали. Эта подвижная одножгутиковая слегка изогнутая палочка (вибрион) обитает в воде. Только две серогруппы из 140 вызывают эпидемическую холеру: действие их токсина провоцирует потерю клетками кишечника воды и ионов, возникают профузная диарея и рвота, итог — смертельное обезвоживание. Токсин кодируется умеренным бактериофагом, встроенным в одну из двух хромосом вибриона. Фото с сайта www.humanillnesses.com.

24 марта 1882 года Кох представил свои выводы на ежемесячной встрече Общества физиологов в Берлине (опять же, злокозненный Вирхов не дал выступить Коху на широком собрании берлинских медиков), по-настоящему ошарашив коллег, которые не могли не только аргументированно апеллировать, но и аплодировать.

Семнадцать дней спустя — 10 апреля 1882 года — Кох опубликовал свою лекцию «Этиология туберкулеза» [2], и факт открытия возбудителя смертельного заболевания не только стал новостным поводом для крупных медицинских изданий, но и облетел первые полосы ведущих газет во всему миру. В течение нескольких недель «Кох» стало буквально именем нарицательным.

Но Роберт Кох не остался почивать на лаврах. Он уезжает в правительственную научную экспедицию в Египет и Индию, где охотится за возбудителем холеры. И находит его — он выделяет микроб, который называет холерным вибрионом (рис. 5). Это открытие принесло ему не только дополнительную популярность, но и премию в 100 тысяч немецких марок.

Но уже довольно скоро, в 1885 году, доктор Кох возвращается к «любимому» туберкулезу, сосредоточившись теперь на поиске способов лечения этого заболевания. К тому времени он уже успел разойтись со своим учеником Эмилем Берингом [3]: они поспорили отнюдь не по поводу одного места из Блаженного Августина, а о том, может ли человек заражаться туберкулезом от животных. Кох, к тому времени уже «забронзовевший» авторитет, считал, что не может, а молоко и мясо зараженных животных безопасно. Ученик считал, что Кох неправ. Этого «великий» не стерпел, и между ними случился разрыв (хотя время показало, что прав-то был Беринг).

Кох спешил открыть свое средство от туберкулеза. В 1890 году ему удалось выделить туберкулин — вещество, вырабатываемое туберкулезной палочкой в процессе жизнедеятельности. Ученый полагал, что оно способно помочь в лечении чахотки, — и 4 августа 1890 года без тщательной проверки объявил: средство от туберкулеза найдено. Короткий и бурный триумф — ведь после открытия возбудителей «сибирки», чахотки и холеры выше авторитета в медицине, чем у Коха, не было. Но триумф обернулся трагедией и волной остракизма.

Выяснилось, что туберкулин вызывает серьезные аллергические реакции у больных туберкулезом. Посыпались сообщения о смертях от туберкулина. А потом оказалось, что и эффективность лекарства невелика. Туберкулиновые прививки не давали иммунитета к чахотке.

Интересно, что семнадцать лет спустя именно этот эффект туберкулина позволил применить его для туберкулиновой пробы — теста, диагностирующего туберкулез. Его разработал австрийский педиатр, ассистент иммунолога-нобелиата Пауля Эрлиха, Клеменс Пирке.

Клеменс фон Пиркé

Рисунок 6. Клеменс фон Пиркé (1874–1929). Австрийский аристократ, педиатр, получивший прекрасное образование в ведущих университетах Европы. В 1906 г. ввел термин «аллергия». В 1907 г. продемонстрировал медицинской общественности туберкулиновую пробу: в царапину на предплечье пациента втирался туберкулин, по реакции кожи судили об инфицированности микобактериями. Пробу Пирке позже заменило подкожное введение туберкулина — по методике Шарля Манту. Фон Пирке покончил жизнь самоубийством вместе с постоянно страдавшей депрессией женой, приняв цианистый калий. Ученого выдвигали на получение Нобелевской премии пять раз, баллотировался он и в президенты Австрии, но... обывателям Пирке знаком лишь по монете в 50 евро (справа).

Тем не менее, карьера Коха продолжает продвигаться. Ему присуждают звание врача 1-го класса и почетного гражданина Берлина. Спустя год он становится директором вновь созданного Института гигиены в Берлине и профессором гигиены в Берлинском университете.

И снова исследовательская жилка (и чувство вины, и желание реванша) не дает жить Роберту Коху спокойно. В 1896 году он отправляется в Южную Африку, чтобы изучать происхождение чумы крупного рогатого скота. И хотя ему не удалось определить причину чумы, он смог локализовать вспышки этого заболевания, делая здоровым животным инъекции препарата желчи зараженных. Затем Кох исследует в Африке и Индии малярию, лихорадку Черной Воды, сонную болезнь у крупного рогатого скота и лошадей. Результаты своей титанической работы он публикует в 1898 году после возвращения в Германию.

Дома он продолжает исследования и в 1901 году на Международном конгрессе по туберкулезу в Лондоне делает заявление, порождающее в научных кругах много споров: бациллы человеческого и коровьего туберкулеза различаются. Ученого подвергли критике, но время показало, что он был прав (кстати, это тоже было предметом спора Коха и Беринга, и тут уже ошибался Беринг; сейчас известно, что туберкулез у животных и человека могут иногда вызывать другие, близкородственные M. tuberculosis, виды микобактерий, способные преодолевать межвидовой барьер).

В 1905 году Роберта Коха удостоили Нобелевской премии по физиологии и медицине «за исследования и открытия, касающиеся лечения туберкулеза». Но уже в 1906 году он возвращается в Центральную Африку для продолжения работ по изучению сонной болезни (трипаносомоза). Он находит, что синтезированный Эрлихом и Хата в 1905 году атоксил (на путать с современным энтеросорбентом из диоксида кремния — тогда это было органическое соединение мышьяка!) может быть эффективен при этом заболевании так же, как хинин против малярии.

До самого конца жизни Кох продолжал исследования по серологии и микробиологии. Он умер 27 мая 1910 года в санатории в Баден-Бадене. Смерть его тоже привела к интересным событиям. Тело Роберта Коха было кремировано, однако в Пруссии в то время законодательно не было разрешено захоранивать урны на кладбищах. В результате было принято решение создать мавзолей Коха прямо в институте его имени (рис. 7). 10 декабря 1910 года состоялась церемония захоронения праха. И поныне можно посетить этот мавзолей [4], увидеть портрет Коха, прочесть эпитафию: «Роберт Кох — работа и успехи». И просто побыть наедине с великим ученым, очень непростым человеком, без сомнения, достойным вечной памяти и благодарности человечества.

Мавзолей Коха

Рисунок 7. Мавзолей Коха, совмещенный с музеем, в Институте Роберта Коха в Берлине. В мире есть несколько памятников Р. Коху, а на 100-летний юбилей той самой, коховской, Нобелевской премии немцы выпустили марку с портретом их великого соотечественника, а Европейская академия естественных наук учредила медаль Коха, которая вручается лучшим врачам и биологам.

Ну и напоследок необходимо отметить, что это — второй текст из цикла «Нобелевские лауреаты», который создан не мной одним. Большую часть его написала замечательный научный и медицинский журналист и давний мой попутчик по жизни и по работе, Снежана Шабанова.

Литература

  1. Keim P., Smith K.L., Keys Ch., Takahashi H., Kurata T., Kaufmann A. (2001). Molecular investigation of the Aum Shinrikyo anthrax release in Kameido, Japan. J. Clin. Microbiol. 39, 4566–4567;
  2. Robert Koch. (1882). Die Aetiologie der Tuberculose. Berliner Klinische Wochenschrift19, 221–230;
  3. биомолекула: «Первый “медицинский нобель”»;
  4. Museum and mausoleum. Сайт Института Роберта Коха.

Автор: Паевский Алексей.

Число просмотров: 750.

Creative Commons License — условия использования и распространения материалов сайта.
Вернуться в раздел «Личность»

Комментарии

(Оставить комментарий) (показывать сначала старые комментарии)

Re: Кох и все его палочки

Шалимов Владимир — 7 мая, 2015 г. 11:43. (ссылка)

Хорошая статья!Но хотелось бы проследить путь научного открытия , что подтолкнуло к исследованиям , историю открытия , мотивацию и т.п.

(ответить)

Яндекс.Метрика

© 2007–2015 «биомолекула.ру»
Электропочта: info@biomolecula.ru
О проекте · RSS · Сослаться на нас

Дизайн и программирование —
Batch2k15.

Сопровождение сайта — НТК «Биотекст».

Условия использования сайта
Об ошибках сообщайте вебмастеру.