Генетика
Креацентр > Статті > Генетика > Бактерії в занепалому світі

Бактерії в занепалому світі

Постулати Коха та туберкульоз

Протягом кількох десятиліть протягом 1800-х років підозрювалося, що бактерії викликають хвороби. Такі вчені, як Пастер і Лістер, надавали все більше доказів того, що певні бактерії викликають певні захворювання, такі як сибірська виразка, але вони не змогли надати переконливих доказів, необхідних для підтвердження теорії, яка розвивалася. Проте вони заклали основу для розробки Робертом Кохом логічної серії спостережень і експериментів, які повинні були довести специфічний елемент інфекційних захворювань. Серія кроків, розроблених Кохом та іншими вченими, стала відома як постулати Коха. Він доповнив знамениті постулати сибірською виразкою, але наступною важливою хворобою, яка зробила його знаменитим, був туберкульоз. Туберкульоз — це захворювання легенів, що вражає альвеоли та сусідні тканини. На рубежі 20-го століття воно був головною причиною смерті в Сполучених Штатах. Хвороба як і раніше є вбивцею номер один у всьому світі; близько двох мільярдів людей (одна третина всього світу) мають позитивний результат тесту на антитіла до бактерії, що викликає туберкульоз.

На початку 1880-х років Роберт Кох працював з бактерією Mycobacterium tuberculosis. Цей організм становив великий інтерес, оскільки дослідники підозрювали, що він викликає широко розповсюджену, часто смертельну інфекцію. Кох зробив два важливих відкриття. Він знайшов спосіб фарбування тканин людини для мікроскопічного дослідження, який показав клітини Mtuberculosis у вигляді тонких синіх паличок на коричневому тлі клітин людини. Він також виявив, що Mtuberculosis — повільно ростуча, дуже вибаглива бактерія — буде рости на сироватці крові, що згорнулася. За допомогою цих інструментів Кох мав намір довести, що туберкульоз був викликаний бактерією. У 1880-х роках не тільки не було доведеного зв'язку між цими двома явищами, але й не було ніяких доказів того, що якийсь конкретний мікроорганізм викликає якесь конкретне захворювання.

Кох почав з обстеження хворих на туберкульоз на наявність клітин Mtuberculosis. Він знайшов бактерію в кожному пацієнті — сині палички на коричневій тканині. Потім Кох культивував туберкульозні клітини на сироватці крові, що згорнулася, виділяючи чисті культури Mtuberculosis, які він вводив морським свинкам. Вони померли від туберкульозу. Однозначно, мікобактерія туберкульозу викликала туберкульоз. Робота Коха з Mtuberculosis забезпечила абсолютний доказ мікробної етіології (причини) важливого інфекційного захворювання. Більш того, він проголосив цінний принцип. Виконання постулатів Коха дає абсолютний доказ того, що конкретний мікроорганізм викликає ту або іншу хворобу:

1. Збудник захворювання повинен бути присутнім у кожній людині, що страждає цим захворюванням.

2. Збудник хвороби повинен бути виділений і вирощений у чистій культурі.

3. Чиста культура повинна викликати захворювання при щепленні експериментальній тварині.

4. Збудник повинен бути повторно виділений з експериментальної тварини та повторно ідентифікований у чистій культурі.

Звичайно, постулати Коха не можуть бути виконані, якщо патоген не може бути вирощений або якщо він тільки заражає людей. Кох сам зіткнувся з цією дилемою пізніше у своїй кар'єрі, коли вивчав холеру. Він виявив, що в усіх обстежених ним пацієнтів у кишківнику була присутня партія холерного вібріона, і зміг культивувати цей організм. Але він не міг знайти сприйнятливу до цієї хвороби піддослідну тварину. Третій постулат був виконаний, коли лікар, який працював з Кохом, випадково проковтнув бактерії холери і захворів. Постулати Коха — не єдиний шлях до визначення інфекційної етіології. Проте вони є найкращими перевіреними часом моделями для визначення конкретних причин і наслідків у бактеріології.

Вивчення мікробного патогенезу-взаємозв'язку між патогенними мікроорганізмами й хворобами, які вони викликають, — почалося трохи більше 100 років тому, коли Роберт Кох переконливо довів, що конкретний вид бактерій викликає конкретне захворювання людини. Успіх Коха, поряд з успіхом Луї Пастера приблизно в той самий час, поклав початок періоду інтенсивних досліджень. Цей період — з кінця 1800-х до початку 1900-х років — став відомий як золотий вік мікробіології. За цей час було виділено більшість основних бактеріальних патогенів. Методи були досить простими: ізолювати мікроорганізм, виростити його в чистій культурі і дослідити людські та мікробні клітини під мікроскопом.

До відносно недавнього часу велика частина наших знань про вірулентність і патогенез мікробів грунтувалася на тих самих методах. Клініцисти спостерігали за проявами хвороби, патологоанатоми вивчали уражені тканини під мікроскопом, а мікробіологи використовували постулати Коха, щоб довести, що цей мікроорганізм є етіологічним агентом даного захворювання. Одна характеристика доктора Роберта Коха описана сером Артуром Конан Дойлем (Огляд рецензій/Review of Reviews, грудень 1890, стор. 552) свідчить:

«Ніколи, звичайно, людина не могла б опинитися у менш сприятливому положенні для наукового дослідження — бідний, скромний, невідомий, ізольований від співчуття та від наукових приладів, які є необхідними інструментами дослідника. Проте він був людиною занадто сильного характеру, щоб дозволити собі бути спотвореним становищем, в якому він опинився, чи занадто абстрактним від тієї роботи, яка була найбільш близька його натурі».

Таблиця 3.3. Історія відкриття хвороб у золотий вік медичної мікробіології

Дата Захворювання Бактерія Дата Захворювання Бактерія
1876 Сибірська виразка* Bacillus anthracis 1886 Пневмонія Streptococcus pneumoniae
1879 Гонорея Neisseria gonorrhoeae 1887 Менінгіт Neisseria meningitidis
1880 Черевний тиф Salmonella typhi 1887 Бруцельоз Brucella spp.
1880 Малярія Plasmodium spp. 1892 Газова гангрена Clostridium perfringens
1881 Раневий сепсис Staphylococcus aureus 1894 Чума Yersinia pestis
1882 Туберкульоз* Mycobacterium tuberculosis 1896 Ботулізм Clostridium botulinum
1883 Холера* Vibrio cholerae 1898 Дизентерія Shigella dysenteriae
1883 Дифтерія Corynebacterium diphtheriae 1905 Сифіліс Treponema pallidum
1885 Правець Clostridium tetani 1906 Коклюш Bordetella pertussis
1885 Діарея Escherichia coli 1909 Рікетсіоз (Rocky Mountain spotted fever) Rickettsia rickettsii

* Виявлена Кохом

Після того, як Роберт Кох відкрив шлях до точної методології в епідеміології, інші мікробіологи й лікарі виявили інші специфічні хвороботворні мікроби. В таблиці 3.3 наводиться історія деяких з цих відкриттів. Внесок креаціоністів Луї Пастера та Джозефа Лістера проклав шлях до доказу мікробної теорії хвороби. Застосування постулатів Коха при розробці специфічного елементу в хворобах ознаменувало собою вершину золотого століття мікробіології. Багато бактеріологів вважали 1876 рік формальним введенням медичної мікробіології як наукової дисципліни. Важливість постулатів Коха полягає в його вимозі суворого логічного доведення причинно-наслідкових зв'язків. Хороша наука характеризується проникливим спостереженням, повторюваністю експериментів, можливістю постановки експерименту та здатністю передбачати. Постулати Коха забезпечили епідеміологів та лікарів основою для діагностики та лікування інфекційних і паразитарних захворювань. Якщо б тільки більше біологічних дисциплін, таких як вивчення походження, вимагали таких суворих доказів, перш ніж виникнуть дикі спекуляції про філогенетичні дерева, кладограми і рудиментані органи, світ біології був би краще. Саме спостережувані факти в біології, а не в еволюції, приводять нас до причинно-наслідкових зв'язків. Ось як Карл Флієрманс (Carl Fliermans), сучасний креаціоніст та чудовий мікробіолог, досліджував причину хвороби легіонера та виконав вимоги постулатів Коха.

Карл Флієрманс і його дослідження легіонелли

Доктор Карл Б. Флієрманс є мікробіологом компанії DuPont і входить в технічну консультативну раду при Інституті креаційних досліджень (Institute for Creation Research). Він має докторський ступінь з мікробіології в університеті Індіани (Indiana University) та аспірантуру в Національному інституті охорони здоров'я (National Institutes of Health). Доктор Флієрманс першим виділив бактерію «хвороби легіонерів». Він опублікував понад 60 робіт і є членом Американського товариства сприяння розвитку науки (American Society for the Advancement of Science), Американського інституту біологічних наук (American Institute for the Biological Sciences) та, серед інших, Американського товариства мікробіологів (American Society for Microbiology). Доктор Флієрманс — християнин, який вірить, що Творець спрямовував його у відкритті легіонелли.

Газетний заголовок за серпень 1976 року: «Таємнича хвороба вражає легіонерів»

Одним з найбільш драматичних проявів будь-якої хвороби на терені громадського здоров'я стало поява хвороби легіонерів на двохсотрічному з'їзді Американського легіону 21-23 липня 1976 року в Філадельфії. Майже 5 000 легіонерів взяли участь у триденній зустрічі, а більше 600 зупинилися в шикарному, але старому готелі Bellevue Stratford. Ще до того, як виписатися з готелю, кілька легіонерів почали відчувати себе погано (з симптомами грипу). У вівторок, 27 липня, всього через чотири дні після від'їзду з Філадельфії, ветеран Військово-Повітряних Сил, який залишався в Bellevue Stratford під час з'їзду, помер у лікарні в Сейрі (Sayre), штат Пенсільванія. Він був першим з більш ніж 30 легіонерів, які померли від смертельної пневмонії, яку ЗМІ швидко назвали «хворобою легіонерів». Що ж послужило причиною цієї нової хвороби?

• Це було біологічного чи хімічного походження?

• Звідки взявся цей патоген, якщо він взагалі існує?

• Як поширювалася ця хвороба?

• Як можна було запобігти цій хворобі?

Ці ключові питання та багато іншого стали предметом інтенсивного дослідження, в результаті якого в січні 1977 року було виявлено, що причиною захворювання є грамнегативна паличкоподібна бактерія. Бактерія отримала назву Legionella pneumophila. Мікробіологи, такі як д-р Джозеф МакДейд (Joseph McDade) і пізніше д-р Флієрманс, розглядали патогенні джерела в природі, шляхи передачі інфекції людям і засоби запобігання розповсюдження патогенів. Їхній процес ілюструє, як класичні методи використовуються для доказу причини конкретного захворювання.

Дослідження етіології хвороби легіонерів і узагальнення постулатів Коха.

На наданій вище ілюстрації простежується дослідження етіології хвороби легіонерів і узагальнюються постулати Коха. Хвороба легіонерів була вперше визнана в серпні 1976 року. Минуло більше півроку, перш ніж постулати Коха були виконані, і Legionella pneumophila була оголошена етіологічним агентом захворювання. По-перше, якщо етіологічний агент був біологічним, то він повинен бути знайдений, щоб регулярно асоціюватися з хворобою. Тканини з біоптатів легень і зразки мокротиння були досліджені на наявність рецидивуючого мікроорганізму. У зразках послідовно виявляли грамнегативну паличкоподібну бактерію з тенденцією до утворення довгих петлеподібних ниток. По-друге, знову виявлена бактерія була виділена в чистій культурі в лабораторії. Це потребувало вивчення живлення L. pneumophila і розробки спеціальних поживних середовищ, які відповідали б цим вимогам, підтримуючи ріст бактерії. По-третє, потрібна прийнятна тварина, щоб продемонструвати, що L. pneumophila може викликати захворювання, зокрема респіраторне, подібне хворобі легіонерів людини. Морська свинка виявилася твариною вибору. Нарешті, L. pneumophila була виділена з заражених морських свинок, щоб перевірити, що вона викликала інфекцію.

Початкове виділення збудника

В ході серії експериментів доктор МакДейд і його команда вперше виявили на клінічних зразках у січні 1977 року докази існування та патогенезу бактерії, що викликає хворобу легіонерів. Першим кроком було взяти зразки легенів померлого легіонера. Ці клітини подрібнили, ввели в курячі яйця та інкубували. Після інкубаційного періоду жовткові мішечки добували з яєць і вводили в лапки морським свинкам. У цих тварин розвинулися типові симптоми хвороби легіонерів. Потім МакДейд взяв зразки крові у хворих, які вижили, припускаючи, що вони містять антитіла проти збуднику. Він змішав зразки з ізолятами жовткового мішка, і вони вступили в реакцію, підтвердивши, що агент в жовткових мішках був тим самим агентом, що викликав захворювання в 33 осіб.

МакДейд пояснив, що його команда протягом декількох місяців перебувала в глухому куті через кілька незвичних характеристик бактеріх: бактерії не зростали в звичайних умовах. Вчені спробували культивувати бактерії із зразків крові й тканин легіонерів в розчині, заповненому стандартною рідиною, яка використовується для вирощування інших різновидів бактерій. Проте нічого не росло. Ця відсутність росту привела команду до думки, що агент був вірусом або «штамом Андромеди», ніколи не баченим раніше. Тільки після того, як у яйця були введені зразки, не оброблені антибіотиками, були виявлені ознаки біологічної активності.

Ще одна затримка була викликана використанням мишей в експериментах. Тільки коли команда переключилася на морських свинок, їхні зусилля виявилися продуктивними. Хоча мишей часто використовують в якості моделей, виявилося, що легіонелли розмножуються переважно всередині макрофагів. Макрофаги мишей дуже неефективні в поглинанні цієї бактерії, тому миші ніколи не заражалися від зразків, узятих у легіонерів. Навпаки, морські свинки були сприйнятливі до легіонелли та заражалися нею.

Наступним кроком для МакДейда було визначити, чому цю бактерію так важко культивувати. Незабаром вони виявили, що бактерії легіонелли маюь певні фізіологічні потреби. Стандартні живильні середовища не сприяють росту, так як вимагають високого рівня амінокислоти цистеїну, неорганічних добавок заліза, низьких концентрацій натрію, активованого вугілля та підвищених температур. Доктор Флієрманс першим виявив, що ліпіди легіонел дуже схожі на такі ж термофільних бактерій, виявлені ним у термальних зонах Йєллоустонського національного парку. Крім того, бактерія має тенденцію жити в багатому на поживні речовини, темному середовищі у вигляді біоплівки (піни), пов'язаної з окремими видами водоростей. Ці умови сприяли утрудненню спостереження за організмом у його навколишньому середовищі з допомогою стандартної мікроскопії та інших методів.

МакДейд попросив Флієрманса допомогти завершити постулати Коха по хворобі легіонерів. З 1969 року Флієрманс проводить дослідження мікроорганізмів, пов'язаних з природними термальними середовищами існування, такими як Йєллоустоун і техногенними середовищами проживання, що складаються зі стічних теплих вод електричних і ядерних об'єктів. Мікроорганізми, асоційовані з цими середовищами існування, часто були мезофільними та термофільними по своїй фізыології, оскільки їхня оптимальна температура росту була між 30° і 90°C (86° і 194° F). Другою особливістю, незвичайної для цих термофілів, була велика кількість розгалужених жирних кислот, як і в клінічних ізолятах легіонелл. Озброївшись цією інформацією, Фліерман почав шукати присутність легіонелл у водному середовищі існування, як природному, так і штучному, як у навколишньому, так і в термальному. Плідна робота Флієрмана показала, що легіонелли можуть бути ізольовані з природних місць проживання, не пов'язаних зі спалахом захворювання. Ці відкриття відкрили нову область для роздумів, експериментів і розуміння. Тепер перед Флієрманом постало питання: як і де легіонелла вписується в екологічне оточення?

 Хоча багато хто, в Центрі по контролю і профілактиці захворювань США (CDC) були спантеличені походженням легіонелл, епідеміологічні дані змушують Флієрмана зосередитися на водних нішах як природному середовищі існування бактерій. Ця гіпотеза виникла в результаті вивчення того факту, що початкові клінічні прояви демонстрували сезонність інфекції. Така циклічна картина була дуже схожа на спостережувану для росту водних бактерій. Теорії про причини хворіб варіювалися від інтоксикації карбонілом нікелю та вірусної пневмонії до фармацевтичної змови проти американських ветеранів. У CDC припустили, що легіонелла могла бути генетично сконструйована як «штам Андромеди»—«совєтами», або як якась інша комуністична змова. Зрештою, це в першу чергу торкнулося ветеранів. Одного разу, читаючи Біблію, доктор Флієрман помітив у Еклезіаста 1:9: «Що було, те і буде; і що робилося, те і буде робитися, і немає нічого нового під сонцем». Доктор Флієрман вірив, що це так, і незабаром змінив спосіб, яким його лабораторія шукала цей організм, так як бактерія, ймовірно, не була новою під сонцем. Після молитви, планування та дослідження доктор Флієрман виявив бактерію в термальних водах (спочатку виділених при температурі 45°C в лабораторії Саванна Рівер (Savannah River Laboratory), скинутих з ядерного реактора, а потім в природних гарячих джерелах як на сході, так і на заході Сполучених Штатів. Після ізоляції від навколишнього середовища, наступним завданням було культивувати її. Спочатку вона росла тільки в морських свинок. Постулати Коха були спочатку виконані на морській свинці, що належала дочці доктора, влітку 1977 року із зразками, узятими з градирень (cooling towers). Він зміг розробити та впровадити флуоресцентний тест на антитіла для виявлення легіонелл.

 

Амеба захоплює бактерію. На цій електронній мікрофотографії зображена амеба, hartmannella vermiformis (зліва внизу), яка захоплює бактерію Legionella pneumophila (справа вгорі) з подовженим псевдоподом

Легіонелла тепер легко ідентифікувалася in situ/на місці, in vivo/в живому організмі та in vitro/в пробірці. Знання молекулярних та екологічних основ патогенезу допомагає розробляти нові способи профілактики та лікування захворювань. По-перше, можна передбачити умови, при яких патогени будуть процвітати, поширюватися та викликати хворобу. З поліпшеними методами та молекулярними інструментами, флуоресцентні антитіла допомагають в діагностиці. Аналогічна медична детективна історія також вірна для виявлення та діагностики агенту, що викликає хворобу Лайма. Діючи як медичний Шерлок Холмс, допомагає синтезувати розмаїття фактів у єдине ціле.

Подібно до Данила в Біблії, людина все ще шукає Творця для керівництва, напрямку та вирішення загадок. Виявлення дизайну в світі біології також схоже на це. Теорія дизайну та порядок забезпечують людину припущеннями, провідними до Того, Хто створив нас і навколишній світ. Він може бути справжнім Помічником у важку хвилину, як в день хвороби легіонерів.Бог може діяти через таких людей, як доктор Флієрман, щоб допомогти вирішити практичні проблеми. Йдучи по стопах Роберта Коха, Флієрман успішно виділив передбачуваний патоген з дикої природи та виростивши його в чистій культурі, довів, поза всяким сумнівом, специфічний елемент (легіонелла) в інфекційному захворюванні (легіонери). Подібно вченим епохи Реформації (наприклад, Кеплеру), доктор Флієрман прагнув мислити за способом мислення Бога (Псалтир 138:17), будучи впевненим в Слові Божому. Його Слово істинне, і немає остаточного конфлікту між Божим світом і Божим Словом, оскільки Він є Автором і того, і іншого.


Автор: Dr. Alan L. Gillen

Дата публікації: 1 серпня 2015 року

Джерело: Answers In Genesis


Переклад: Горячкіна Г.

Редактор: Бабицький О.


Написати коментар