Преданность Луи Пастера истине изменила наши представления о здоровье и заболеванияхПреданность Луи Пастера истине изменила наши представления о здоровье и заболеваниях
Великих ученых увековечивают по-разному.
Одни - через имена для непонятных единиц измерения (Герц, Фарадей и Кюри). Другие - в названиях элементов периодической таблицы (Менделеев, Бор и многие другие). Некоторые становятся именами, символизирующими гениальность - как Ньютон в прошлые века и Эйнштейн в наши дни. Но только одно имя было начертано на миллионах и миллионах пакетов молока: французский химик, биолог и проповедник экспериментальной науки Луи Пастер.
Пастер родился 200 лет назад в декабре, что является самым значительным двухсотлетием со дня рождения ученого после двухсотлетия Чарльза Дарвина в 2009 году. Среди самых выдающихся ученых-биологов 19 века Пастер уступает только Дарвину.
Пастер не только сделал молоко безопасным для питья, но и спас пивную и винную промышленность. Он создал микробную теорию болезней, спас популяцию французского шелкопряда, противостоял бедствиям сибирской язвы и бешенства и превратил диковинную вакцинацию против оспы в общую стратегию лечения и профилактики человеческих болезней. Он изобрел микробиологию и заложил основы иммунологии.
Луи Пастер (сидит) с детьми, получившими вакцину от бешенства. К началу 1886 года вакцину получили более 300 пациентов. Svitage archive/Alamy stock photo.
Если бы он был ещё жив после 1901 года, когда впервые была присуждена Нобелевская премия, он заслуживал бы её каждый год в течение десятилетия. Ни один другой ученый не продемонстрировал более ярко пользу науки для человечества.
Однако он не был святым. Биограф Пастера, Илер Кюни, назвал его "массой противоречий". Пастер был честолюбив и расчетлив, иногда высокомерен и узок, нескромен, недипломатичен и бескомпромиссен. В научных спорах, в которые он вступал (а их было немало), он был драчлив и воинственен. Он не терпел критики молча и часто был язвителен в своих ответах. По отношению к своим лаборантам он был требовательным, жестким, властным и безучастным. Несмотря на его революционный дух в научной деятельности, в политических и социальных вопросах он был конформистом и подчинялся авторитетам.
И все же он был неутомимым тружеником, мотивированным служением человечеству, верным своей семье и непоколебимо честным. Он был предан истине, а значит, и науке.
Как Пастер разработал пастеризацию
В юности Пастер не особенно преуспевал в учебе. Его интересы склонялись скорее к искусству, чем к науке, и он проявлял исключительные способности к рисованию и живописи. Но в свете карьерных соображений (его отец хотел, чтобы он стал ученым) Пастер отказался от искусства в пользу науки и подал заявление в престижную École Normale Supérieure в Париже для получения высшего образования. На вступительных экзаменах он занял 15-е место, что было достаточно для поступления. Но для Пастера этого было недостаточно. Он потратил еще год на дальнейшее обучение с упором на физические науки, а затем снова сдал экзамен в туда, заняв уже четвертое место. Этого было достаточно, и он поступил в нее в 1843 году. В 1847 году он получил докторскую степень по физике и химии.
Среди его особых интересов в Эколь Нормаль была кристаллография. В частности, его привлекло изучение винной кислоты. Это химическое вещество, содержащееся в винограде, отвечает за образование винного камня - соединения калия, которое скапливается на поверхности винных чанов. Ранее ученые обнаружили, что винная кислота обладает интригующей способностью искривлять свет, то есть изменять ориентацию колебаний световых волн. В свете, который был поляризован (путем пропускания его через определенные кристаллы, фильтры или солнцезащитные очки), все волны выравниваются в одной плоскости. Свет, проходящий через раствор винной кислоты в одной плоскости, выходит в другой плоскости.
Еще более загадочно было то, что другая кислота (паратартрановая, или рацемическая), имеющая точно такой же химический состав, как и винная кислота, вообще не искривляла свет. Пастеру это показалось подозрительным. Он начал кропотливое изучение кристаллов солей, полученных из этих двух кислот. Он обнаружил, что кристаллы рацемических кислот можно сортировать на две асимметричные зеркальные формы, как пары перчаток для правой и левой руки. Все кристаллы винной кислоты, напротив, имели форму с идентичной асимметрией, подобно перчаткам, которые все были правосторонними.
Луи Пастер обнаружил, что две кристаллические формы рацемической кислоты являются зеркальными отражениями (на рисунке показаны его оригинальные чертежи) и поэтому аннулируют друг у друга эффект искривления света. L. Pasteur/Annales de Chime et de Physique 1848.
Пастер пришел к выводу, что асимметрия кристаллов отражает асимметричное расположение атомов в молекулах, входящих в их состав. Винная кислота искривляет свет из-за асимметрии своих молекул, в то время как в рацемической кислоте две противоположные формы нивелируют эффект искривления друг друга.
На этом открытии Пастер построил всю свою дальнейшую карьеру. Его исследования винной кислоты и вина в конечном итоге привели к глубокому пониманию взаимосвязи между микроорганизмами и человеческими заболеваниями. До Пастера большинство экспертов утверждали, что брожение - это естественный небиологический химический процесс. Дрожжи, необходимый ингредиент бродильной смеси, якобы представляли собой безжизненное химическое вещество, действующее как катализатор. Эксперименты Пастера показали, что дрожжи были живыми, своеобразным видом "маленького растения" (сейчас известно, что это грибки), которое вызывало брожение за счет биологической активности.
Пастер продемонстрировал, что в отсутствие воздуха дрожжи получают кислород из сахара, превращая сахар в спирт. "Брожение дрожжей, - писал он, - является "прямым следствием процессов питания", свойством "мельчайших клеточных растений... выполняющих свои дыхательные функции". Или более кратко, он провозгласил, что "брожение ... это жизнь без воздуха". (Позже ученые обнаружили, что дрожжи осуществляют брожение, выделяя ферменты, которые катализируют реакцию).
Пастер также заметил, что дополнительные микроорганизмы, присутствующие во время брожения, могут быть ответственны за то, что процесс пойдет не так, как надо, и эта проблема угрожала существованию французского виноделия и пивоварения. Он решил эту проблему, разработав метод нагревания, который устранял вредные микроорганизмы, сохраняя при этом качество напитков. Этот метод, названный "пастеризацией", позже был применен к молоку, устранив угрозу заболеваний от употребления молока, зараженного болезнетворными микроорганизмами. В 20 веке пастеризация стала стандартной практикой общественного здравоохранения.
Воплотив в жизнь дополнительные идеи, полученные при изучении других форм ферментации, Пастер обобщил свою работу о микробной жизни в знаменитой статье, опубликованной в 1857 году. "Эту работу можно по праву считать началом научной микробиологии", - писал выдающийся микробиолог Рене Дюбо, который назвал ее "одной из важнейших вех биохимических и биологических наук".
Рождение микробной теории заболеваний
Исследования Пастера по росту микроорганизмов в процессе ферментации столкнулись с другой важной научной проблемой: возможностью спонтанного зарождения жизни. Даже среди многих ученых бытовало мнение, что микробная жизнь самозарождается при соответствующих условиях (например, испорченное мясо). Демонстрации итальянского ученого XVII века Франческо Реди опровергли это мнение, но доводы против самопроизвольного зарождения еще не были неопровержимыми.
Луи Пастер использовал двойную колбу (на переднем плане) для демонстрации анаэробной ферментации. Колба на заднем плане наполнена ячменной водой, которую Пастер пастеризовал в 1860 году. Она оставалась неферментированной десятилетия спустя. Фото: Science history Institute.
В начале 1860-х годов Пастер провел серию экспериментов, которые не должны были оставить сомнений в том, что спонтанное зарождение в условиях, встречающихся на Земле сегодня, является заблуждением. Тем не менее, на него обрушились критики, например, французский биолог Шарль-Филипп Робен, которому он ответил словесной отповедью. "Мы верим, что настанет день, когда мсье Робен... признает, что он заблуждался по поводу доктрины спонтанного зарождения, которую он продолжает утверждать, не приводя никаких прямых доказательств в ее поддержку", - заявил Пастер.
Именно его работа по самопроизвольному зарождению привела Пастера непосредственно к разработке микробной теории болезней.
На протяжении веков люди подозревали, что некоторые болезни передаются от человека к человеку при тесном контакте. Но определить, как именно это происходит, казалось, было невозможно. Пастер, обнаружив роль микробов в процессе брожения, сразу же понял, что нечто подобное тому, от чего портится вино, может нанести вред здоровью человека.
Опровергнув самопроизвольное зарождение, он понял, что должны существовать "передающиеся, заразные, инфекционные болезни, причина которых кроется в основном и исключительно в присутствии микроскопических организмов". По крайней мере, для некоторых заболеваний необходимо было отказаться от "идеи ... инфекционного элемента, внезапно возникающего в организме человека или животного". Противоположные мнения, писал он, породили "беспричинную гипотезу спонтанного возникновения" и были "фатальны для прогресса медицины".
Его первая попытка применить микробную теорию болезней произошла в конце 1860-х годов в связи с сокращением производства шелка во Франции из-за болезней шелковичных червей. После успеха в борьбе с недугами шелкопрядов он обратился к сибирской язве, страшной болезни как для крупного рогатого скота, так и для людей. Многие медицинские эксперты давно подозревали, что сибирскую язву вызывают бактерии, но именно Пастер в результате серии экспериментов выделил ответственный микроорганизм, подтвердив теорию микробов. (Аналогичная работа Роберта Коха в Германии примерно в то же время стала еще одним подтверждением).
Понимание причины возникновения сибирской язвы привело к поиску способа ее предотвращения. Здесь случайная задержка в экспериментах Пастера по изучению холеры у цыплят преподнесла удачный сюрприз. Весной 1879 года он планировал ввести цыплятам культивированные им бактерии холеры, но занялся этим только после летнего отпуска. Когда осенью он сделал инъекцию цыплятам, они неожиданно не заболели. Тогда Пастер приготовил свежую культуру бактерий и взял новую партию цыплят.
Когда и новым цыплятам, и предыдущей партии дали свежие бактерии, новые цыплята все умерли, в то время как почти все первоначальные цыплята остались здоровыми. Пастер понял, что за лето первоначальная культура ослабла и не могла вызвать заболевание, а новая, явно сильная культура не причинила вреда цыплятам, ранее подвергавшимся воздействию слабой культуры. "Эти животные были вакцинированы", - заявил он.
Вакцинация, конечно, была изобретена восемью десятилетиями ранее, когда британский врач Эдвард Дженнер защитил людей от оспы, предварительно заразив их коровьей оспой - аналогичным заболеванием, передаваемым от коров. (Вакцинация происходит от медицинского названия коровьей оспы - vaccinia, от латинского слова vacca - корова). Пастер понял, что цыплята удивительным образом продемонстрировали сходный случай вакцинации, поскольку знал об открытии Дженнера. "Случай благоприятствует подготовленному уму", - знаменитое высказывание Пастера.
Благодаря своей работе над теорией заболеваний, основанной на микробах, ум Пастера был готов понять ключевую роль микробов в профилактике оспы, чего Дженнер не мог знать. И Пастер сразу же увидел, что конкретная идея вакцинации против оспы может быть распространена на другие болезни. "Вместо того чтобы зависеть от случайного нахождения иммунизирующих агентов естественного происхождения, как это было с коровьей оспой", - заметил Дюбо, - "необходимо иметь возможность производить вакцины по желанию в лаборатории".
Пастер вырастил культуру микробов сибирской язвы и ослабил его для испытаний на сельскохозяйственных животных. Успех таких испытаний не только подтвердил правильность микробной теории болезней, но и позволил ей закрепиться в разработке новых медицинских методов.
Позже Пастер столкнулся с еще более сложным микроскопическим врагом - вирусом, вызывающим бешенство. Он начал интенсивные эксперименты по изучению бешенства - ужасающей болезни, которая почти всегда приводит к летальному исходу и обычно вызывается укусами бешеных собак или других животных. Его эксперименты не смогли найти бактериальную причину бешенства, что привело его к мысли, что оно должно быть результатом действия какого-то агента, слишком маленького, чтобы разглядеть его в микроскоп. Он не мог выращивать в лаборатории культуры того, что не мог увидеть. Поэтому вместо этого он решил вырастить возбудителя болезни в живой ткани - спинном мозге кроликов. Он использовал высушенные полоски спинного мозга от зараженных кроликов для вакцинации других животных, которые затем выживали после инъекций вируса бешенства.
Пастер долго не решался испытать свой метод лечения бешенства на людях. Тем не менее, в 1885 году, когда мать привезла в его лабораторию 9-летнего мальчика, которого сильно покусала бешеная собака, Пастер согласился ввести новую вакцину. После серии инъекций мальчик полностью выздоровел. Вскоре поступило еще больше заявок на вакцину от бешенства, и к началу следующего года более 300 больных бешенством получили вакцину и выжили, причем среди них был только один умерший.
Пастера называли героем, но некоторые враждебно настроенные врачи также очерняли его, считая необразованным чужаком в медицине. Противники вакцинации жаловались, что его вакцина - это непроверенный метод, который сам по себе может стать причиной смерти. Разумеется, критики также отвергали взгляды Пастера на ферментацию, микробную теорию болезней и его опровержение самопроизвольного зарождения.
Эта карикатура появилась в американском юмористическом журнале Puck в 1885 году. Под названием "Пастеровский бум - лучшие времена для гидрофобов" она высмеивает людей, отправляющихся во Францию за недавно продемонстрированной Луи Пастером вакциной от бешенства. Фото: Science history Institute.
Пастер стоял на своем и в конце концов одержал победу (хотя, как оказалось, он был прав не во всем). Его позиция и наследие достижений вдохновили ученых XX века на разработку вакцин от более чем десятка смертельных заболеваний. Еще больше заболеваний поддались воздействию антибиотиков после открытия пенициллина Александром Флемингом, который заявил: "Без Пастера я был бы никем".
Даже при жизни самого Пастера, благодаря его победе над бешенством, его общественная репутация была репутацией гения.
Научное наследие Пастера
В том, что касается гениев, Пастер был полной противоположностью Эйнштейна. Чтобы вдохновиться на создание своих теорий, Эйнштейн представлял, как едет в противоположную сторону от луча света или падает с лестницы. Пастер придерживался экспериментов. Как правило, он начинал свои эксперименты с предполагаемого результата, но при этом скрупулезно проверял выводы, которые делал на их основе. По его словам, предубеждения могут направлять экспериментатора при исследовании природы, но от них следует отказаться в свете противоположных доказательств. "Самое большое расстройство ума, - говорил он, - это верить во что-то, потому что хочется, чтобы это было так".
Поэтому даже когда Пастер был уверен в правильности своей точки зрения, он настаивал на абсолютном доказательстве, проводя множество экспериментов снова и снова с вариациями, призванными исключить все, кроме истинной интерпретации. "Если Пастер и был гением, то не благодаря неземной изощренности ума", - писал исследователь Пастера Джеральд Гейсон. Скорее, он демонстрировал "ясное мышление, необычайное экспериментальное мастерство и упорство - почти упрямство - в достижении цели".
На этой картине изображен президент Франции Сади Карно, помогающий Луи Пастеру пройти по сцене во время церемонии, проведенной в Сорбонне в Париже в честь 70-летия Пастера. Иллюстрация: Institute Pasteur, Musee Pasteur.
Его упорство, или упрямство, помогло ему пережить несколько личных трагедий, таких как смерть трех его дочерей в 1859, 1865 и 1866 годах. А в 1868 году он перенес кровоизлияние в мозг, в результате которого левая сторона его тела была парализована. Но это не замедлило его темпа и не помешало продолжить исследования.
"Какими бы ни были обстоятельства, в которых ему приходилось работать, он никогда не подчинялся им, а наоборот, приспосабливал их к требованиям своего воображения и своей воли", - писал Дюбо. "Он был, вероятно, самым преданным слугой, который когда-либо был у науки". До конца своей жизни Пастер оставался преданным науке и научному методу, подчеркивая важность экспериментальной науки на благо общества.
Лаборатории - это "священные учреждения", - утверждал он. "Требуйте, чтобы они умножались и украшались; это храмы богатства и будущего".
За три года до своей смерти в 1895 году Пастер еще раз подчеркнул ценность науки и выразил свой оптимизм по поводу того, что научный дух восторжествует. В обращении, которое за него произнес его сын на церемонии в Сорбонне в Париже, он выразил свою "непобедимую веру... что наука и мир одержат победу над невежеством и войной, что народы объединятся не для разрушения, а для созидания, и что будущее будет принадлежать тем, кто сделал больше всего для страдающего человечества".
Спустя двести лет после его рождения невежество и войны по-прежнему остаются губительными, и такими же неистребимыми, как микробы, которые продолжают угрожать здоровью населения, и вирус, вызывающий COVID-19, является последним ярким примером. Вакцины, однако, значительно снизили риск от COVID-19, расширив список успешных вакцин, которые уже приручили не только оспу и бешенство, но и полиомиелит, корь и множество других некогда смертельных болезней.
Несмотря на то, что вакцины спасли бесчисленные миллионы жизней, некоторые политики и так называемые ученые, которые отрицают или игнорируют подавляющее число доказательств, продолжают осуждать вакцины как более опасные, чем заболевания, которые они предотвращают. Действительно, некоторые вакцины могут вызывать плохие реакции, даже смертельные в нескольких случаях из миллионов прививок. Но отказываться от вакцин сегодня, как это пропагандируется в искусственно нагнетаемых социальных сетях, все равно что отказываться от еды, потому что некоторые люди подавились бутербродами.
Возможно, некоторые люди, которые даже не подозревают, что благодаря ему они могут спокойно пить молоко, сегодня очерняли бы Пастера так же, как и в свое время. Никто точно не знает, что сказал бы Пастер этим людям сегодня. Но точно известно, что он стал бы отстаивать истину и науку и обязательно посоветовал бы всем делать прививки.
