Что такое гнотобиология?

Ничто не предвещало опасности. Космический корабль был самым надежным из всех, которые когда-либо делались на Земле. Специальная система защищала его от метеоритной и радиационной опасности. Экипаж состоял из самых опытных космонавтов. Гарантия безопасности полета, казалось, была полной. Но несчастье пришло совсем не оттуда, откуда его могли ждать… На втором месяце звездной экспедиции заболел один из членов экипажа. Через неделю слег в постель другой. Врач взял пробу воздуха и с ужасом схватился за голову. Микробное наводнение! Стоп. Пожалуй, достаточно страстей. Это не документальный рассказ о гибели экипажа звездолета, а небольшая фантазия на тему: что было бы, если бы не существовало науки, которая называется гнотобиологией.

Гнотобиология — наука о безмикробной жизни. Она является, по существу, новой отраслью биологии.

Воздух, который мы вдыхаем, кишит микробами. Пища, которую мы едим, тоже начинена микробами. Любой организм от рождения и до смерти окружен различными микробами. Одни из них вредны, другие полезны, третьи нейтральны. А все вместе они и есть тот океан мельчайших организмов, по дну которого мы ходим. Что будет, если отгородить живой организм от микробов? Когда гнотобиология только намеревалась сделать свой первый шаг, мнение ученых по этому вопросу не было единым.

Одни считали, что жизнь без микробов так же обречена, как организм человека без воды. Микробное окружение было спутником жизни со времен ее возникновения на Земле. Исчезни микробы — и жизнь умрет. Другие уверяли, что, напротив, жизнь без микробов вполне возможна. И в доказательство приводили факты. Яйцо курицы не содержит микробов внутри скорлупы. Зародыш развивается в безмикробном мире, и, как известно, совершенно нормально. У многих арктических птиц и животных организм почти свободен от микробов. Сначала ученые убедились, что без микробов могут обойтись растения. Идея выращивания безмикробных животных принадлежит классику мировой микробиологии Луи Пастеру. В одной из своих работ он в общих чертах обрисовал схему получения безмикробных животных. Однако осуществить идею удалось только спустя 10 лет. В 1896 году Д. Нуттль и Г. Тирфельдер в лаборатории Берлинского университета впервые получили безмикробных морских свинок. Теперь во весь голос можно было сказать: жизнь без микробов возможна! Только спустя 17 лет уникальный эксперимент двух немецких ученых был перенесен на мух, цыплят и даже козлят. Цель опытов — окончательно развеять сомнения. Далее в гнотобиологии произошел спад. Никто не решался продолжить опыты, поскольку необходимая аппаратура в те времена была сложна и дорога. Кроме того, биологи пока еще плохо представляли, какую реальную пользу можно ожидать от новой науки, в каком направлении она должна двигаться дальше.

Новый подъем произошел в гнотобиологии в начале сороковых годов, когда для конструирования изоляторов стали применять дешевые пластмассы. В десятках лабораторий мира развернулся широкий фронт работ. Один из таких изоляторов можно увидеть в лаборатории экспериментально-биологических моделей Академии медицинских наук. Представьте себе резервуар величиной с небольшую цистерну. Правда, сходство с цистерной только в форме и размерах. Сложный аппарат должен обеспечить надежный противомикробный барьер, отгородить от микробов животное, пищу, воздух, воду. Прежде чем попасть внутрь изолятора, воздух проходит через строй фильтров. Сначала очищается от грубых примесей, а потом от мелких, вплоть до микробов. Стерилизация пищи оказалась более сложным делом. Идеальным было бы удалить микробы таким образом, чтобы питательные свойства пищи остались прежними. Один такой способ был найден: растворять пищу и фильтровать ее. Но этотспособ, как видно, применим только к растворимой пище. А как быть с нерастворимой? Если нет возможности удалить из пищи микробов, нужно убить их, разрушить микробные клетки. Для этой цели прогревали пищу в термокамерах, использовали пар, газ и облучение. Казалось, можно бы поставить точку: проблема стерилизации пищи решена. Однако после тщательных анализов выяснилось, что радоваться рано.

После стерилизации в пище оставались куски убитых микробов, своими свойствами напоминающие живых. И эти обрывки микроорганизмов, словно куски разрубленного дождевого червя, упорно продолжали жить. Мало того, многие из них сохраняли антигенные свойства, вызывая в крови, лимфе и тканях образование антител. Такой организм можно назвать безмикробным, но не безантигенным. До окончательной безмикробности нужно сделать еще один шаг. Помогут химики. Синтетическая пища, полностью свободная от микробов и антигенов, будет пределом мечтаний биологов. Перед тем как синтезировать такую пищу, химики заранее побеспокоятся о стерилизации исходных веществ. Это гораздо проще, чем подвергать стерильной обработке уже готовую пищу.

Много проблем новой науки ждет решения. Например, ученые еще твердо не знают, имеются ли в организмах безмикробных животных вирусы. Тщательные анализы дали отрицательный ответ. Тем не менее, это не убедило биологов. По их мнению, самые современные методы анализа, проводимые с помощью самой новейшей аппаратуры, требуют дальнейшей разработки и усовершенствования. Сейчас горизонты гнотобиологии приобрели довольно отчетливые очертания. Помните, мы говорили, что на заре развития новой науки самым насущным был вопрос: возможна ли жизнь без микробов? Теперь биологи ставят в повестку дня новый вариант этого вопроса: какие изменения вызывает отсутствие микробов в организме?

Изоляция организма от микробов прежде всего сказывается на иммунитете. Найдены существенные отличия в клеточных защитных механизмах. Недоразвитой оказалась «фабрика», вырабатывающая антитела для крови и лимфы.

Чего ожидают от своей науки ученые, работающие в области гнотобиологии? Самые ближайшие ожидаемые результаты — исследовать механизмы и последствия действия различных микробов на организм. Нигде экспериментатор не найдет для этого столь богатых возможностей, как в гнотобиологии. Многие инфекционные заболевания — результат действия одного или группы микробов.

Основное значение приобрела гнотобиология в космической медицине. Корабль в космосе несет в себе маленький биологический мир, своеобразный и мало похожий на тот, который нас окружает. Опыты показали, что в условиях, напоминающих кабину космического корабля, развивается «микробное наводнение», количество микробов катастрофически растет. Полностью стерилизовать кабину космического корабля и находящихся в ней космонавтов невозможно. Единственно реальный путь — в регулировании микробного мира космического корабля.

Но, пожалуй, самая грандиозная перспектива гнотобиологии — разгадка тайны происхождения жизни. Биохимики сейчас вплотную подошли к созданию искусственного живого организма. И им, безусловно, понадобятся самые совершенные изоляторы, чтобы исключить вмешательство живых клеток, в частности микробов.