Для того, чтобы овладеть чем-нибудь, надо сперва познать то, чем хочешь обладать.
Нигде это правило так точно не соблюдается, как в науке и ее приложениях. Путь к изучению микробов и их жизни открыт Пастером в его бессмертных-исследованиях над самозарождением. Он заключается в том, чтобы получить чистую культуру изучаемого микроорганизма, в которой, следовательно, не примешано ни одного постороннего живого существа и наблюдая за которой при различных искусственно подобранных условиях мы точно узнаем особенности жизнедеятельности организма, его профессиональную работу в смысле брожения, или возбуждения какой-нибудь болезни, можем собрать и изучить различные продукты его работы или выделяемые им яды, а, следовательно можем пытаться изобрести наилучшие приемы для использования полезных продуктов, или для обезвреживания ядов. Только при помощи чистых культур удалось разъяснить сущность брожений и выяснить мировую роль серобактерий, микробов, улавливающих азот из воздуха, и других изумительных созданий. Только чистые культуры спасли жизнь миллионам людей, пораженным заразными недугами. Поэтому, читатель вправе требовать, чтобы ему хотя бы в самых общих чертах изложили сущность таких основных технических приемов науки, с применением которых постоянно приходится сталкиваться и в практической жизни.
Первым условием для получения чистой культуры является стерильный питательный материал. Если в нашем сосуде для культур ничего не вырастает, это еще не представляет собой гарантии стерильности: может случиться, что в сосуде имеются зародыши каких-нибудь микробов, но, по случайным обстоятельствам, они не могут развиться. Не подозревая этого, мы засеем в сосуд микроба, которого хотим изучать, но на первых порах своего развития он, допустим, изменит химические условия так, что раньше бывшие случайные зародыши начнут быстро прорастать и, оказавшись более выносливыми, чем интересующий нас организм, заглушат его рост на подобие того, как иной раз сорные травы заглушают рост какого-нибудь нежного культурного растения. В результате окажется, что вместо одного микроба у нас вырос другой. Мы впадем вследствие этого в грубую ошибку, которая подчас может иметь и роковые практические последствия. Так и случилось на первых порах развития микробиологической практики; чтобы избежать этого есть только одна возможность. Надо стерилизовать питательные смеси так, чтобы в них ни в каком случае не могло остаться ничего живого.
На первый взгляд может показаться, что этот вопрос разрешается очень просто; достаточно довести питательную смесь до кипения в колбе, замкнутой ватной пробкой. Кипящая вода и горячий пар убьют всех зародышей в колбе и в вате, а проникновение новых сквозь вату невозможно. К сожалению, из этого правила могут быть исключения, о которых мы до сих пор не упоминали лишь по той причине, чтобы не утомлять внимание читателя побочными мелочами и не отвлекать его от основных мыслей. Но теперь придется заняться вопросом более подробно.
Возьмем пучок сена, нальем на него воду в колбе, заткнем ватной пробкой горло и будем кипятить сено целый час, затем дадим настойке охладиться и оставим ее в тепле. Через короткое время у нас разовьется огромное количество однородных бактерий; это так называемая «сенная палочка». Других живых существ кроме нее мы обычно не найдем. Откуда же она взялась, когда мы целый час кипятили жидкость, чтобы убить всех зародышей? Вопрос становится еще загадочнее, если мы проделаем такой опыт: не будем кипятить сенной настойки, а просто обольем сено теплой водой и оставим стоять в тепле. Теперь у нас разовьется разнообразное живое население, как это всегда бывает в подобных случаях, но сенной палочки мы либо вовсе не найдем, либо встретим ее в незначительном количестве. Вы видите, читатель, какой запутанной становится работа, когда приходится все время иметь дело с тем, что невидимо. Не удивительно, что на первых норах люди не могли разобраться в этом лабиринте противоречий и стали привлекать к себе на помощь таинственные влияния на самом деле не существующие, а только созданные растерявшимися умами. Но тем больше удовлетворение ученого, которому удалось разрешить загадку и вместо полной анархии установить стройный порядок, подчинить явление своей власти.
Кипячение убивает все живое главным образом по той причине, что при этом свертываются белковые вещества, значит коренным образом изменяется строение живой материи. В своей новой форме она уже безжизненна. Но свертывание белков требует, как большинство других химических явлений, присутствия воды. Совершенно сухие семена мы безнаказанно можем нагреть до температуры кипения воды, затем охладить и дать прорасти; получаются вполне нормальные растения. Если мы, однако, бросим семена в кипящую воду, то они тотчас пропитаются ею и погибнут. Представим себе теперь, что семя покрыто непроницаемой для воды оболочкой. Тогда оно и в кипящей воде пострадает столь же мало, как при сухом нагревании.
Некоторые бактерии и грибки образуют при подходящих условиях таких зародышей, которые почти абсолютно лишены влаги и заключены в непроницаемую для воды оболочку. Это так называемые спор ы. Вот новое мощное оружие микробов в борьбе за существование, дающее им большое преимущество над высшими растениями и животными. Предположим, что наступают крайне неблагоприятные условия жизни: питаться нечем, влаги не хватает, холод препятствует нормальному развитию. Более сложно построенный организм должен при этом неминуемо погибнуть, но те микробы, которые способны образовать споры, переходят под их непроницаемой оболочкой к временной «скрытой» жизни. При возвращении благоприятных условий непроницаемая оболочка разрывается и спора начинает прорастать: содержимое ее выходит наружу, удлиняется и принимает форму нормального живого организма. Как часто человек имеет случай позавидовать такой способности! Ясно, что спора может быть убита только сжиганием или высоким жаром; никакие другие воздействия вреда ей не причиняют, если только не нарушают целости оболочки. Действительно, истребление микробов, способных образовать споры, наталкивается на большие трудности. Благодаря спорам различные опасные бактерии гнездятся повсюду в сухой пыли и размножают заразу в исполинских размерах. Но повторяем, далеко не все бактерии обладают способностью образовывать споры.
Проследим судьбу нашей сенной палочки в искусственной культуре. При большом увеличении она имеет вид довольно страшного чудовища с массой щупалец. Щупальца эти представляют собой органы движения, при помощи которых бактерия рассекает воду и движется со значительной быстротой. Несмотря на грозную внешность, бактерия совершенно безвредна, но так похожа на опасного микроба, причиняющего сибирскую язву, что только опытный наблюдатель может различить эти два организма. Поплавав в течение некоторого времени, бактерии образуют пленку на поверхности жидкости; в пленке отдельные организмы соединяются своими концами, образуя длинные нити, уже неспособные к движению: жгутики скоро исчезают. В каждой бактерии начинается изменение внутреннего содержимого, приводящее к образованию споры. Споры изображены в виде черных зернышек в теле бактерии. Устойчивость спор этого микроба изумительна; часовое кипячение не только не разрушает их, но, наоборот, лишь дает толчок к их прорастанию. Оболочка споры растворяется по экватору, содержимое выходит и вытягивается в палочку. Все это явление заканчивается в несколько часов.
Для того, чтобы наверняка убить не только всех микробов в состоянии деятельной жизни, но также и все споры, необходимо, как показал Пастер, применять кипячение жидкости при повышенном давлении, так чтобы температура кипения воды была не 100 градусов Цельсия, как в открытых сосудах, а 120 градусов. Кипячение при 120 градусах в течение получаса достаточно для уничтожения спор всех известных в настоящее время микроорганизмов. Для этой цели существует прибор автоклав. Закрытые ватой сосуды с питательными смесями помещаются внутри металлического котла, который сверху наглухо завинчивается толстой медной крышкой, а снизу нагревается системой газовых горелок. На дне котла находится вода. Она закипает при разных температурах, в зависимости от давления пара, которое показывается манометром и регулируется предохранительным клапаном.
Твердые предметы можно надежно стерилизовать сухим жаром в шкафу с двойными стенками, оклеенном асбестом. Шкаф нагревается снизу большой стерилизации насыщен горелкой до температуры 160°, которая поддерживается в течение 2 часов.
Так, например, молоко при такой обработке буреет и изменяет свой состав, желатина теряет способность застывать в студень и т. п. По этой причине применяется еще другой способ для уничтожения микробов вместе со спорами. Сосуды с питательными смесями помещают в кипятильники для стерилизации текучим паром. Это высокий прибор, обитый войлоком или другим мало пропускающим тепло телом, на дне которого находится вода, а над нею — проволочные полки в несколько этажей для размещения на них стерилизуемых предметов. Снизу аппарат нагревается большой горелкой; вода закипает, пар омывает все внутри прибора и выходит наружу сильной струей. После того, как сосуды с питательной смесью простояли 1 час при температуре кипения воды, их вынимают и оставляют в покое на сутки; после чего снова подвергают такому же действию текучего пара. После первого нагревания все микробы в состоянии деятельной жизни убиты, а споры получили неудержимый толчок к прорастанию. Через сутки споры уже проросли и повторное кипячение убивает теперь лишенных стойкой оболочки зародышей. Чтобы иметь полную уверенность в абсолютной стерильности, при очень точных и ответственных работах, оставляют питательные смеси стоять еще один день и нагревают их третий раз, имея в виду, что некоторые отдельные споры могли отстать от прочих и не прорасти после одного дня стояния в покое. В этом случае человек буквально перехитрил микроба и завлек его в западню.