Генетика
Креацентр > Статьи > Генетика > Бактерии в падшем мире

Бактерии в падшем мире

Постулаты Коха и туберкулез

В течение нескольких десятилетий в течение 1800-х годов бактерии подозревались в том, что они вызывают болезни. Такие ученые, как Пастер и Листер, предоставляли все больше доказательств того, что определенные бактерии вызывают определенные заболевания, такие как сибирская язва, но они не смогли предоставить убедительных доказательств, необходимых для подтверждения развивающейся теории. Однако они заложили основу для разработки Робертом Кохом логической серии наблюдений и экспериментов, которые должны были доказать специфический элемент инфекционных заболеваний. Серия шагов, разработанных Кохом и другими учеными, стала известна как постулаты Коха. Он дополнил знаменитые постулаты сибирской язвой, но следующей важной болезнью, сделавшей его знаменитым, был туберкулез. Туберкулез — это заболевание легких, поражающее альвеолы и другие соседние ткани. На рубеже 20-го века он был главной причиной смерти в Соединенных Штатах. Он по-прежнему является убийцей номер один во всем мире; около двух миллиардов человек (одна треть всего мира) имеют положительный результат теста на антитела к бактерии, вызывающей туберкулез.

В начале 1880-х годов Роберт Кох работал с бактерией Mycobacterium tuberculosis. Этот организм представлял большой интерес, поскольку исследователи подозревали, что он вызывает широко распространенную, часто смертельную инфекцию. Кох сделал два важных открытия. Он нашел способ окрашивания тканей человека для микроскопического исследования, который показал клетки M. tuberculosis в виде тонких синих палочек на коричневом фоне клеток человека. Он также обнаружил, что M. tuberculosis  — медленно растущая, очень привередливая бактерия — будет расти на свернувшейся сыворотке крови. С помощью этих инструментов Кох намеревался доказать, что туберкулез был вызван бактерией. В 1880-х годах не только не было доказанной связи между этими двумя явлениями, но и не было никаких доказательств того, что какой-то конкретный микроорганизм вызывает какое-то конкретное заболевание.

Кох начал с обследования больных туберкулезом на наличие клеток M. tuberculosis. Он нашел бактерию в каждом пациенте — синие палочки на коричневой ткани. Затем Кох культивировал туберкулезные клетки на свернувшейся сыворотке крови, выделяя чистые культуры M. tuberculosis, которые он вводил морским свинкам. Они умерли от туберкулеза. Однозначно, микобактерия туберкулеза вызывала туберкулез. Работа Коха с M. tuberculosis обеспечила абсолютное доказательство микробной этиологии (причины) важного инфекционного заболевания. Более того, он провозгласил ценный принцип. Выполнение постулатов Коха дает абсолютное доказательство того, что конкретный микроорганизм вызывает ту или иную болезнь:

1. Возбудитель заболевания должен присутствовать в каждом человеке, страдающем этим заболеванием.

2. Возбудитель болезни должен быть выделен и выращен в чистой культуре.

3. Чистая культура должна вызывать заболевание при прививке экспериментальному животному.

4. Возбудитель должен быть повторно выделен из экспериментального животного и повторно идентифицирован в чистой культуре.

Конечно, постулаты Коха не могут быть выполнены, если патоген не может быть выращен или если он только заражает людей. Кох сам столкнулся с этой дилеммой позже в своей карьере, когда изучал холеру. Он обнаружил, что у всех обследованных им пациентов в кишечнике присутствовала партия холерного вибриона, и смог культивировать этот организм. Но он не мог найти подопытного животного, восприимчивого к этой болезни. Третий постулат был выполнен, когда врач, работавший с Кохом, случайно проглотил бактерии холеры и заболел. Постулаты Коха — не единственный путь к определению инфекционной этиологии. Однако они являются наилучшими проверенными временем моделями для определения конкретных причин и следствий в бактериологии.

Изучение микробного патогенеза-взаимосвязи между патогенными микроорганизмами и болезнями, которые они вызывают, — началось немногим более 100 лет назад, когда Роберт Кох убедительно доказал, что конкретный вид бактерий вызывает конкретное заболевание человека. Успех Коха, наряду с успехом Луи Пастера примерно в то же время, положил начало периоду интенсивных исследований. Этот период — с конца 1800-х до начала 1900-х годов — стал известен как золотой век микробиологии. За это время было выделено большинство основных бактериальных патогенов. Методы были довольно простыми: изолировать микроорганизм, вырастить его в чистой культуре и исследовать человеческие и микробные клетки под микроскопом.

До сравнительно недавнего времени большая часть наших знаний о вирулентности и патогенезе микробов основывалась на тех же самых методах. Клиницисты наблюдали за проявлениями болезни, патологоанатомы изучали пораженные ткани под микроскопом, а микробиологи использовали постулаты Коха, чтобы доказать, что данный микроорганизм является этиологическим агентом данного заболевания. Одна характеристика доктора Роберта Коха описанная сэром Артуром Конан Дойлем (Обзор рецензий/Review of Reviews, декабрь 1890, стp. 552) гласит:

«Никогда, конечно, человек не мог бы оказаться в менее благоприятном положении для научного исследования — бедный, скромный, неизвестный, изолированный от сочувствия и от научных приборов, которые являются необходимыми инструментами исследователя. Однако он был человеком слишком сильного характера, чтобы позволить обстоятельствам, в котором он оказался, влиять на себя, или быть слишком отвлеченным от той работы, которая была наиболее близка его натуре».

Таблица 3.3. История открытия болезней в золотой век медицинской микробиологии

Дата
Заболевание
Бактерия
Дата
Заболевание
Бактерия
1876 Сибирская язва* Bacillus anthracis 1886 Пневмония
Streptococcus pneumoniae
1879 Гонорея
Neisseria gonorrhoeae 1887 Менингит
Neisseria meningitidis
1880 Брюшной тиф
Salmonella typhi 1887 Бруцеллез
Brucella spp.
1880 Малярия
Plasmodium spp. 1892 Газовая гангрена
Clostridium perfringens
1881 Раневой сепсис
Staphylococcus aureus 1894 Чума
Yersinia pestis
1882 Туберкулез* Mycobacterium tuberculosis 1896 Ботулизм
Clostridium botulinum
1883 Холера* Vibrio cholerae 1898 Дизентерия
Shigella dysenteriae
1883 Дифтерия
Corynebacterium diphtheriae 1905 Сифилис
Treponema pallidum
1885 Столбняк
Clostridium tetani 1906 Коклюш
Bordetella pertussis
1885 Диарея
Escherichia coli 1909 Риккетсиоз (Rocky Mountain spotted fever) Rickettsia rickettsii

* Обнаружена Кохом

После того как Роберт Кох открыл путь к точной методологии в эпидемиологии, другие микробиологи и врачи обнаружили другие специфические болезнетворные микробы. В таблице 3.3 приводится история некоторых из этих открытий. Вклад креационистов Луи Пастера и Джозефа Листера проложил путь к доказательству микробной теории болезни. Применение постулатов Коха при разработке специфического элемента в болезнях ознаменовало собой вершину золотого века микробиологии. Многие бактериологи считали 1876 год формальным введением медицинской микробиологии как научной дисциплины. Важность постулатов Коха заключается в его требовании строгого логического доказательства причинно-следственных связей. Хорошая наука характеризуется острым наблюдением, повторяемостью экспериментов, возможность постановки эксперимента и предсказательной способностью. Постулаты Коха обеспечили эпидемиологам и врачам основу для диагностики и лечения инфекционных и паразитарных заболеваний. Если бы только больше биологических дисциплин, таких как изучение происхождения, требовали таких строгих доказательств, прежде чем возникнут дикие спекуляции о филогенетических деревьях, кладограммах и рудиментарных органах, мир биологии был бы лучше. Именно наблюдаемые факты в биологии, а не в эволюции, приводят нас к причинно-следственным связям. Вот как Карл Флиерманс  (Carl Fliermans), современный креационист и превосходный микробиолог, исследовал причину болезни легионера и выполнил требования постулатов Коха.

Карл Флиерманс и его исследование легионеллы

Доктор Карл Б. Флиерманс является микробиологом компании DuPont и входит в технический консультативный совет при Институте креационных исследований(Institute for Creation Research). Он имеет докторскую степень по микробиологии в университете Индианы (Indiana University) и аспирантуру в Национальном институте здравоохранения(National Institutes of Health). Доктор Флиерманс первым выделил бактерию «болезни легионеров». Он опубликовал более 60 работ и является членом Американского общества содействия развитию науки (American Society for the Advancement of Science), Американского института биологических наук (American Institute for the Biological Sciences) и, среди прочих, Американского общества микробиологов (American Society for Microbiology). Доктор Флиерманс — христианин, который верит, что Творец направлял его в открытии легионеллы.

Газетный заголовок за август 1976 года: «Таинственная болезнь поражает легионеров»

Одним из самых драматических проявлений любой болезни на поприще общественного здравоохранения стало появление болезни легионеров на двухсотлетнем съезде Американского легиона 21-23 июля 1976 года в Филадельфии. Почти 5 000 легионеров приняли участие в трехдневной встрече, а более 600 остановились в шикарном, но старом отеле Bellevue Stratford. Еще до того, как выписаться из отеля, несколько легионеров начали чувствовать себя плохо (с симптомами гриппа). Во вторник, 27 июля, всего через четыре дня после отъезда из Филадельфии, ветеран Военно-Воздушных Сил, который оставался в Bellevue Stratford во время съезда, умер в больнице в Сэйре (Sayre), штат Пенсильвания. Он был первым из более чем 30 легионеров, которые умерли от смертельной пневмонии, которую СМИ быстро назвали «болезнью легионеров». Что же послужило причиной этой новой болезни?

  • Было это биологического или химического происхождения?
  • Откуда взялся этот патоген, если он вообще существует?
  • Как распространялась эта болезнь?
  • Как можно было предотвратить эту болезнь?

Эти ключевые вопросы и многое другое стали предметом интенсивного исследования, в результате которого в январе 1977 года было обнаружено, что причиной заболевания является грамотрицательная палочкообразная бактерия. Бактерия получила название Legionella pneumophila. Микробиологи, такие как д-р Джозеф МакДейд (Joseph McDade) и позднее д-р Флиерманс, рассматривали патогенные источники в природе, пути передачи инфекции восприимчивым людям и средства предотвращения распространения патогенов. Их процесс иллюстрирует, как классические методы используются для доказательства причины конкретного заболевания.

Исследование этиологии болезни легионеров и обобщение постулатов Коха.

На приведенной выше иллюстрации прослеживается исследование этиологии болезни легионеров и обобщаются постулаты Коха. Болезнь легионеров была впервые признана в августе 1976 года. Прошло более полугода, прежде чем постулаты Коха были выполнены, и Legionella pneumophila была объявлена этиологическим агентом заболевания. Во-первых, если этиологический агент был биологическим, то агент должен был быть найден, чтобы регулярно ассоциироваться с болезнью. Ткани из биоптатов легких и образцы мокроты были исследованы на наличие рецидивирующего микроорганизма. В образцах последовательно обнаруживали грамотрицательную палочковидную бактерию с тенденцией к образованию длинных петлевидных нитей. Во-вторых, вновь обнаруженная бактерия была выделена в чистой культуре в лаборатории. Это потребовало изучения питательных потребностей L. pneumophila и разработки специальных питательных сред, которые отвечали бы этим требованиям, поддерживая рост бактерии. В-третьих, требовалось восприимчивое животное, чтобы продемонстрировать, что L. pneumophila может вызывать заболевания, в частности респираторное заболевание, подобное болезни легионеров у человека. Морская свинка оказалась моделью выбора. Наконец, L. pneumophila была извлечена из зараженных морских свинок, чтобы проверить, что она установила инфекцию.

Первоначальное выделение возбудителя

В ходе серии экспериментов доктор МакДейд и его команда впервые обнаружили на клинических образцах в январе 1977 года доказательства существования и патогенеза бактерии, вызывающей болезнь легионеров. Первым шагом было взять образцы легких из умершего легионера. Эти клетки измельчали, вводили в куриные яйца и инкубировали. После инкубационного периода яйца разбивали, а желточные мешочки извлекали и вводили в лапки морских свинок. У этих животных развивались типичные симптомы болезни легионеров. Затем МакДейд взял образцы крови у выживших больных, предполагая, что они содержат антитела против возбудителя. Потом он смешал образцы с изолятами желточного мешка, и они вступили в реакцию, подтвердив, что агент в желточных мешках был тем же самым агентом, вызвавшим заболевание у 33 человек.

МакДейд объяснил, что его команда в течение нескольких месяцев находилась в тупике из-за нескольких необычных характеристик бактерий: бактерии не росли в обычных условиях. Ученые попытались культивировать бактерии из образцов крови и тканей легионеров в растворе, заполненном стандартной жидкостью, используемой для выращивания других разновидностей бактерий. Однако ничего не росло. Это отсутствие роста привело команду к мысли, что агент был вирусом или «штаммом Андромеды», никогда не виденным ранее. Только после того, как в яйца были введены образцы, не обработанные антибиотиками, были определены признаки биологической активности.

Еще одна задержка была вызвана использованием мышей в экспериментах. Только когда команда переключилась на морских свинок, их усилия оказались продуктивными. Хотя мышей часто используют в качестве животных моделей, оказалось, что легионеллы размножаются преимущественно внутри макрофагов. Макрофаги мышей очень неэффективны в поглощении этой бактерии, поэтому они никогда не заражались от образцов, взятых у легионеров. Напротив, морские свинки были восприимчивы к легионелле и заражались ею.

Следующим шагом для МакДейда было определить, почему эту бактерию так трудно культивировать. Вскоре они обнаружили, что бактерия легионелла имеет определенные физиологические потребности. Стандартные питательные среды не способствуют росту, так как требуют высокого уровня аминокислоты цистеина, неорганических добавок железа, низких концентраций натрия, активированного угля и повышенных температур. Доктор Флиерманс первым обнаружил, что липиды легионелл очень похожи на термофильные бактерии, обнаруженные им в термальных зонах Йеллоустонского национального парка. Кроме того, бактерия имеет тенденцию жить в богатой питательными веществами темной среде в виде биопленки (пены), связанной с отдельными видами водорослей. Эти условия способствовали затруднению наблюдения за организмом в его окружающей среде с помощью стандартной микроскопии и других методов.

МакДейд попросил Флиерманса помочь завершить постулаты Коха по болезни легионеров. С 1969 года Флиерманс проводит исследования микроорганизмов, связанных с естественными термальными средами обитания, такими как Йеллоустоун и техногенными средами обитания, состоящих из теплых сточных вод электрических и ядерных объектов. Микроорганизмы, ассоциированные с этими средами обитания, часто были мезофильными и термофильными по своей физиологии, поскольку их оптимальная температура роста была между 30° и 90°C (86° и 194° F). Второй особенностью, необычной для этих термофилов, было большое количество содержащихся в них разветвленных жирных кислот, как и в клинических изолятах легионелл. Вооружившись этой информацией, Флиерман начал искать присутствие легионелл в водной среде обитания, как естественной, так и искусственной, как в окружающей, так и в термальной. Плодотворная работа Флиермана показала, что легионеллы могут быть изолированы из естественных мест обитания, не связанных со вспышкой заболевания. Эти открытия открыли новую область для размышлений, экспериментов и понимания. Теперь перед Флиерманом встал вопрос: как и где легионелла вписывается в экологическую обстановку?

Хотя многие в Центре по контролю и профилактике заболеваний США (CDC) были озадачены происхождением легионелл, эпидемиологические данные заставляют Флиермана сосредоточиться на водных нишах как естественной среде обитания бактерий. Эта гипотеза возникла в результате изучения того факта, что начальные клинические проявления демонстрировали сезонность инфекции. Такая циклическая картина была очень похожа на наблюдаемую для роста водных бактерий. Теории о причинах болезней варьировались от интоксикации карбонилом никеля и вирусной пневмонии до фармацевтического заговора против американских ветеранов. В Центре по контролю и профилактике заболеваний США (CDC)многие предположили, что легионелла могла быть генетически сконструирована как «штамм Андромеды» Советами или как какой-то другой коммунистический заговор. В конце концов, это в первую очередь коснулось ветеранов. Однажды, читая свою Библию, доктор Флиерман заметил Екклезиаст 1:9: «Что было, то и будет; и что делалось, то и будет делаться, и нет ничего нового под солнцем». Доктор Флиерман верил, что это так, и вскоре изменил способ, которым его лаборатория искала этот организм, так как бактерия, вероятно, не была новой под солнцем. После молитвы, планирования и исследования доктор Флиерман обнаружил бактерию в термальных водах (первоначально выделенных при температуре 45°C в лаборатории Саванна Ривер (Savannah River Laboratory), сброшенных с ядерного реактора, а затем в природных горячих источниках как на востоке, так и на западе Соединенных Штатов. После выделения из окружающей среды, следующей задачей было культивировать ее. Сначала она росла только у морских свинок. Постулаты Коха были первоначально выполнены на морской свинке, принадлежащей дочери доктора, летом 1977 года с образцами, взятыми из градирен (cooling towers). Он смог разработать и внедрить флуоресцентный тест на антитела для обнаружения легионелл.

Амеба захватывает бактерию. На этой электронной микрофотографии изображена амеба, Нartmannella vermiformis (слева внизу), которая захватывает бактерию Legionella pneumophila (справа вверху) с удлиненным псевдоподом

Легионелла теперь легко идентифицировалась in situ/на месте, in vivo/в живом организме и in vitro/в пробирке. Знание молекулярных и экологических основ патогенеза помогает разрабатывать новые способы профилактики и лечения заболеваний. Во-первых, можно предсказать условия, при которых патогены будут процветать, распространяться и вызывать болезни. С улучшенными методами и молекулярными инструментами, флуоресцентные антитела помогают в диагностике. Аналогичная медицинская детективная история также верна для обнаружения и диагностики агента, вызывающего болезнь Лайма. Действуя, как медицинский Шерлок Холмс, помогает синтезировать многообразие фактов в единое целое.

Подобно Даниилу в Библии, человек все еще ищет Творца для руководства, направления и решения загадок. Обнаружение дизайна в мире биологии также похоже на это. Теория дизайна и порядок обеспечивают человека предположениями, ведущими к Тому, Кто создал нас и окружающий мир. Он может быть настоящим Помощником в трудную минуту, как в день болезни легионеров. Бог может действовать через таких людей, как доктор Флиерман, чтобы помочь решить практические проблемы. Идя по стопам Роберта Коха, Флиерман успешно выделил предполагаемый патоген из дикой природы и вырастил его в чистой культуре, доказав, вне всякого сомнения, специфический элемент (легионелла) в инфекционном заболевании (легионеров). Подобно ученым эпохи Реформации (например, Кеплеру), доктор Флиерман стремился мыслить по образу мыслей Бога (Псалтирь 138:17), будучи уверенным в Слове Божьем. Его Слово истинно, и нет конфликта между миром Бога и Божьим Словом, поскольку Он является Автором и того, и другого.


Автор: Dr. Alan L. Gillen

Дата публикации: 1 августа 2015 года

Источник: Answers In Genesis


Перевод: Недоступ А.

Редактор: Бабицкий О.

Написать коментарий