Десять лет истории науки. Луи Пастер: 200 лет со дня рождения основоположника микробиологии

Начало научной карьеры

Луи Пастер родился в небольшом городе Доль на востоке Франции в семье кожевенного мастера Жана-Жозефа Пастера. Отец будущего ученого был ветераном наполеоновских войн, а его предки происходили из крепостных крестьян. Тем не менее он понимал важность хорошего образования и хотел, чтобы его сын отучился в колледже и стал провинциальным учителем. Отец оплатил учебу своего единственного сына в колледже города Арбуа, но в то время Луи не особо радовал свою семью — академическими достижениями не отличался и вообще увлекся живописью, чем вызвал сильное беспокойство родителей. Портреты отца и матери ученого, выполненные им в то время, сохранились до сих пор. Спустя годы французский художник Жан-Луи Жером увидит юношеские работы Пастера и обрадуется, что тот предпочел науку, потому что в противном случае он бы составил живописцу серьезную конкуренцию.

Луи Пастер действительно оставил художественные поиски и в итоге в 1843 году поступил в Эколь Нормаль, чтобы изучать физику и химию. Отец настаивал на математике: преподаватели этого предмета зарабатывали больше, а учиться на этом курсе было легче. Однако математика не давалась Пастеру, а лабораторные эксперименты, напротив, начали серьезно увлекать молодого ученого. Он зарабатывал на жизнь репетиторством, а свободное время проводил в лаборатории химика Жана-Батиста Дюма, чем сильно удивлял своих однокурсников. По итогам обучения Луи Пастер 23 августа 1847 года Луи Пастер защитил две диссертации, посвятив их своим родителям: по химии — «Исследование мышьяковистых соединений калия, натрия и аммиака» и по физике — «Исследование явлений, относящихся к свойствам жидкостей вращать плоскость поляризации света». Уже здесь мы можем наблюдать огромные научные способности молодого Пастера: исследование про вращение растворами плоскости поляризации света в итоге вылилось в современную стереохимию и стало первым великим открытием Пастера, отмеченным на его гробнице (всего их там указано девять).

Брожение и пастеризация

Молоко в бутылках, которое легко найти в каждом продуктовом магазине, называется пастеризованным. И это не просто созвучие, такой метод обеззараживания пищевых продуктов был изобретен Луи Пастером в рамках его исследований процесса брожения. Начиная с 1857 года ученый провел целый ряд экспериментов, в результате которых выяснил, что брожение обусловлено деятельностью дрожжевых грибков — живых существ, способных существовать в отсутствии воздуха. То есть является биологическим явлением, а не химическим процессом, что опровергало доминирующую на тот момент теорию Юстуса фон Либиха.

В первую очередь Пастер экспериментировал с молочнокислым брожением: размножение дрожжевых грибков сбраживает молочный сахар, образуя молочную кислоту. Для доказательства он вырастил культуры в прозрачном питательном бульоне и показал отличие молочнокислых бактерий от дрожжей. Далее при помощи спирта, глицерина и янтарной кислоты ученый установил возможность маслянокислого брожения, вызываемого только строго анаэробными (существующими только в безвоздушной среде) микроорганизмами.

На следующем этапе Пастер доказал, что брожение связано с жизнедеятельностью дрожжевых грибков, которые питаются и размножаются за счет бродящей жидкости. Он провел опыты с жидкостью, содержащей чистый сахар и минеральные соли, служившие пищей бродильному грибку, а также аммиачную соль, доставлявшую грибку необходимый азот. Грибок развивался и увеличиваясь в весе, а аммиачная соль тратилась. По теории Либиха же надо было ждать уменьшения в весе грибка и выделения аммиака, являвшегося следствием разрушения азотистого органического вещества. Вслед за тем Пастер показал, что и для молочного брожения также необходимо присутствие клеток микробов, которые вызывают ферментацию в новых порциях жидкости.

Эти открытия сподвигли Луи Пастера серьезнее изучить теорию самозарождения микроорганизмов, которой на то время придерживались многие исследователи. Она стала вызывать у ученого сомнения. Чтобы опровергнуть ее, Пастер брал питательную массу, нагревал ее до температуры, при которой гибнут микроорганизмы. После этого нагретую массу он помещал в специальный сосуд с «лебединой шеей». Это колба с определенно изогнутой формой трубки сверху, в которой движение воздуха значительно замедлено, и частицы воздуха задерживаются во влаге на ее внутренних поверхностях. В результате сколько бы этот сосуд с питательной массой не стоял на воздухе, новые организмы в таких условиях не зарождались, так как споры бактерий из воздуха оставались на изгибах длинного горлышка. Но если отломать его или ополоснуть, то микроорганизмы начинали размножаться. Следовательно, микробы не могут самозарождаться и каждый раз привносятся извне.

Финансировать эксперименты Луи Пастеру помогали виноделы: они хотели, чтобы ученый нашел способ защитить вино от прокисания. Для решения проблемы он исследовал состав жидкости и обнаружил, что помимо дрожжей в винном сусле есть микроорганизмы в форме палочек — вибрионов. Именно они превращают вино в уксус. Опытным путем Пастер установил, что нагревание сусла до температуры 60°С приводит к гибели вибрионов.

Несмотря на то, что исследователь запатентовал свой метод обеззараживания продуктов питания при помощи длительного нагревания до температуры 50-60°С, он позволял использовать его безвозмездно. Получение патента Пастер объяснил как раз своим желанием сделать пастеризацию общедоступной: никто другой не смог бы уже запатентовать изобретение и брать за него деньги.

Изучение заразных болезней и вакцинация

Открытия принесли Луи Пастеру всемирную славу, однако он не мог наслаждаться признанием, потому что в его семье случилась трагедия. Трое детей ученого умерли от брюшного тифа. В связи с этими печальными событиями Пастер заинтересовался изучением природы заразных болезней. Исследователь посетил множество госпиталей, чтобы понять, как происходит заражение и гниение тканей в ранах. За это время он выявил некоторых возбудителей инфекций: стрептококков и стафилококков. Задача заключалась в том, чтобы придумать способ, при помощи которого заразившиеся пациенты могли бы не заболеть.

Решение пришло благодаря забывчивости его ассистента. Луи Пастер изучал куриную холеру (великий Кох издевался над ненавидевшим немцев Пастером, говоря, что в отличие от «лягушатника» он работает для людей), способы предотвращения заболевания и проводил ряд опытов по заражению птиц. Уйдя в отпуск, ученый оставил помощнику указания, что тот в его отсутствие должен выполнить ряд прививок курицам уже подготовленной жидкостью. Но ассистент забыл сделать это. В результате птиц заразили гораздо позже намеченного плана уже старой прививкой. Пастер заметил, что при введении курицам старой культуры заражения вообще не происходит, но, если после ввести уже свежую культуру тем же цыплятам, они все равно остаются здоровыми. Так ученый понял, что ослабленные бактерии — ключ к избавлению от болезни: они вызывают иммунитет. Именно благодаря этому открытию Луи Пастера можно считать основоположником современной вакцинации.

Поняв механизм действия вакцин, исследователь решил создать прививки от одних из самых опасных людских болезней — сибирской язвы и бешенства. Во время экспериментов ученый взаимодействовал со смертельно опасными культурами, но тем не менее смог уцелеть и создать вытяжки для вакцин.

Установить инкубационный период бешенства Луи Пастер смог отчасти благодаря русским крестьянам. Император Александр III отправил к ученому 19 крестьян из Смоленской губернии, заразившихся бешенством. Дорога заняла длительное время. Вакцинировать их помогали российские ученики Пастера — Николай Гамалея и Софья Каплан. Удалось спасти 16 человек из 19. Именно тогда Пастер понял, что инкубационный период при укусе дикого животного короче, чем он думал, и нельзя затягивать с прививками. Поэтому постепенно Пастер начал открывать станции вакцинации в других странах для своевременного оказания помощи. Первая за пределами Франции лаборатория, в которой начали проводить прививки против бешенства, была открыта в 1886 году в Одессе учениками Пастера Ильей Мечниковым и Николаем Гамалеей.

Во Франции для продолжения изучения вирусов был создан Пастеровский институт, деньги на который жертвовали со всего мира. Долгое время уже после смерти Луи Пастера им руководил Илья Мечников, совершая там свои открытия. В стенах института были разработаны вакцины против чумы, желтой лихорадки, дифтерии и столбняка, в 1983 году там же обнаружили вирус иммунодефицита человека. Восемь сотрудников института в разное время получил Нобелевскую премию, до учреждения которой Пастер просто не дожил.

Луи Пастер посвятил огромную часть своей жизни излечению людей. Но и сам его опыт привлекал людей в науку. Вспомним хотя бы великого и экстравагантного Александра Йерсена, который, прочитав книжку о Пастере, решил непременно работать у него. В итоге он не только реализовал свою мечту, но и внес свой вклад в борьбу с дифтерией, а затем открыл возбудителя чумы (мы уж не говорим о том, что он в одиночку затем создал современную медицину во Вьетнаме и был признан местными буддистами Боддхисатвой). Пастер пользовался невероятной популярностью, а в народе его прозвали добрый пастырь по созвучию с фамилией. Сам же ученый, несмотря на то, что многие свои исследования он делал, как сейчас принято говорить, для сохранения технологического суверенитета Франции (победа над болезнью шелковичных червей, работа с виноделами и пивоварами), часто говорил: «У науки нет родины», — и хотел помогать своими открытиями людям и всему миру, что удается ему и сегодня.

Текст: Полина Киреева