Счетчики бактерий

Фаги удалось поставить на службу человеку: теперь незримые убийцы бактерий охраняют здоровье людей. Одно из важных исследований в этой области связано с именами двух советских ученых — академика В. Д. Тимакова и профессора Д. М. Гольдфарба.

Вирусы — самые маленькие из живущих на земле организмов. До того маленькие и до того просто устроенные, что долгие годы ученые спорили, являются ли они вообще организмами. Многие, в том числе и те, кто стоял у колыбели открытия вирусов, полагали, что это — химические соединения, большие молекулы, подобные ферментам. Всего из двух частей состоят вирусы: белковой оболочки и спрятанной внутри ее спиральной нуклеиновой кислоты, несущей наследственную запись о свойствах вирусной частицы. Вирус может прикрепиться к оболочке клетки, «пробуравить» там крохотное отверстие и в него впрыснуть свою нуклеиновую кислоту. Очутившись внутри бактерии, она приступает к подрывной деятельности. В короткое время нуклеиновая кислота вируса с помощью приютившей ее клетки синтезирует сотни своих копий. С этих копий — и опять-таки с помощью беспечной клетки — изготовляется нужное число белковых оболочек. Затем клетка оказывается перед свершившимся фактом: оболочки встречаются со спиралями нуклеиновой кислоты» словно гайки с винтами на конвейере. Спирали «ввинчиваются» внутрь белковых шуб, и вот уже вместо одной частицы, проникнувшей внутрь клетки, оказывается несколько сотен, а порой и несколько тысяч новеньких вирусных частиц.

Тут-то и начинается самое главное. Потомство одной ничтожной вирусной частицы, вероломно размножившейся в клетке, разрушает ее. Действуя внутри клетки, вирус подрывает все ее жизненные ресурсы: он захватывает места синтеза белков, забирает энергию клетки, накладывает вето на запасные строительные блоки. Не успела клетка оглянуться, как она опустошена и разграблена, а грабители тем временем разваливают клеточную стенку дома, который дал им пищу, и покидают убитую ими бактерию.

Теперь обратимся к работе исследователей.

Для тех, кто стоит на страже здоровья людей, издавна было важно обеспечить чистоту питьевой воды. Громадные сооружения, фильтры, химическая очистка водопроводной воды, хитроумные способы анализа весь этот арсенал поставила наука на пути вредных микробов.

Не упустить ни одного! Город сгорит от спички. Эпидемия может возникнуть от одной клетки.

Легко сказать — выловить все бактерии до единой. Представьте себе сотни миллиардов литров воды, потребляемые современным городом, и вы поймете, как трудна эта задача. Всю воду просмотреть под микроскопом или проверить ее стерильность бактериологическими методами невозможно. Надо брать пробы.

А вдруг болезнетворная бактерия ускользнет от глаза врачей? Ведь вероятность такого события, как говорит статистика, достаточно велика.

Над этим и задумались ученые. Надо, чтобы бактерия сама сообщила о своем присутствии. Но как?

Есть такой прибор — фотоумножитель. Служит он для определения числа фотонов в световом потоке. Попадает один фотон на первый электрод фотоумножителя и вызывает электронный импульс. С электрода «вылетает» уже не один, а десяток электронов, и весь десяток устремляется на следующий электрод. С него вылетает сотня, эта сотня попадает на третий электрод...

Этот принцип усилителя и использовали Тимаков и Гольдфарб. Только «говорить» они заставили дизентерийные палочки и брюшнотифозные микробы. А те заговорили с помощью фагов. Помните: в бактерию попадает один фаг, через двадцать—тридцать минут из нее выходят сотни фагов. Если рядом окажется еще одна клетка, то из нее выскочат еще несколько сотен фагов. Остается проделать не такую уж трудную операцию — подсчитать фаги, введенные в исследуемую пробу, и измерить количество фагов спустя некоторое время. Фаг размножается в бактерии за какие-нибудь полчаса, и поэтому вся операция занимает совсем немного времени по сравнению с обычными анализами врачей-гигиенистов. Итак, можно наипростейшей арифметической операцией в одно действие определить прирост количества фагов, или, как говорят вирусологи, нарастание титра фага.

Многие вроде бы не очень приятные качества фагов оказались находкой в этой работе. Например, их ничтожные размеры: ни рассмотреть, ни в руки взять, ни на ощупь, ни «на зуб» не попробовать. Но зато благодаря малости этих лилипутов фаги можно сконцентрировать и получить в одной пробирке десятки и даже сотни миллиардов частиц.

А раз так легко сконцентрировать фаги, то можно добиться любой точности, заведомо невозможной для других методов анализа. Если бы даже понадобилось вдруг найти всего несколько болезнетворных бактерий во всем море питьевой воды, используемой Москвой или Нью-Йорком, то и тогда фагов хватит, чтоб обследовать эти исполинские количества. Конечно, никто так не поступает, но, согласитесь, приятно сознавать, что в принципе это возможно, кроме того, безвредно: кроме пользы от встречи фага с болезнетворными бактериями, ничего не будет.

Чтобы доказать точность своего метода, ученые заразили дизентерийными палочками различные пробы, а потом исследовали их обычными приемами и с помощью фагов.

Там, где было найдено 289 фаговых частиц после внесения в пробу всего 8 частиц, бактериологические методы не обнаружили никаких следов дизентерийных палочек. Когда число частиц фага выросло до нескольких тысяч (это значит, не меньше десятка бактерий находилось в пробе), обычные методы заметили всего одну бактерию. Преимущества реакции нарастания титра фага (сокращенно РНФ) были неоспоримы.

Метод быстро нашел применение. И сразу же выявил недостатки санитарной службы во многих местах. В питьевой воде одного из населенных пунктов с помощью РНФ были замечены дизентерийные палочки. Врачи забили тревогу. Следовало срочно обеззаразить воду. Но обычные методы говорили: все в порядке и никакой инфекции нет. Чему верить? Если РНФ дала верный ответ, значит, угроза массового заражения существует. А если нет?

Гольдфарб вылетел на место происшествия. Как убедить врачей, что метод РНФ прав? Самая простая, но зато и самая трудоемкая проверка — обследовать громадный объем воды.

Четверо суток профессор не выходил из лаборатории, и, наконец, на пятые сутки микроб был обнаружен.

Кажется, совсем недавно появилась первая статья о методе РНФ, а сейчас изучению его посвящено более 200 работ — на английском, французском, немецком языках. В Институт имени Гамалеи Академии медицинских наук и Институт общей генетики Академии наук непрерывно стекаются со всего света сообщения о применении метода РНФ то в одной, то в другой стране.

Среди новейших методов исследований появился еще один — чрезвычайно изящный и точный.