Наукові відкриття Луї Пастера у ХІХ столітті зробили революцію в медицині і нині продовжують рятувати життя мільйонів людей

Автор: Родні Род, професор клінічної лабораторної науки Університету штату Техас

Деякі з найбільших наукових відкриттів не були відзначені Нобелівською премією.

Луї Пастер, який жив з 1822 по 1895 рік, є, мабуть, найвідомішим мікробіологом у світі. Він широко відомий як автор мікробної теорії хвороб і винахідник процесу пастеризації, названого на його честь, для продовження терміну зберігання продуктів харчування. Ба більше, він розробив вакцини проти сказу і сибірки та зробив значний внесок у боротьбу з холерою.

Але оскільки він помер у 1895 році, за шість років до присудження першої Нобелівської премії, цієї премії немає в його послужному списку. Якби він жив в епоху Нобелівської премії, то, безсумнівно, заслуговував би на неї за свою роботу. Нобелівською премією, яку присуджують у різних галузях, зокрема з фізіології та медицини, не нагороджують посмертно.

У нинішній час постійних загроз від тих інфекційних захворювань, які щойно з’явилися або повернулися, — від COVID-19 та поліомієліту до мавпячої віспи та сказу, погляд на спадщину Пастера викликає благоговіння та надихає. Його зусилля докорінно змінили уявлення людей про інфекційні хвороби і способи боротьби з ними за допомогою вакцин.

Я працював у закладах громадського здоров’я та медичних лабораторіях, які спеціалізуються на вірусах та інших мікробах, а також навчав майбутніх лікарів-лаборантів. Моя кар’єра у вірусології розпочалася з виявлення та спостереження за сказом і зоонозними агентами, і вона значною мірою ґрунтується на новаторській роботі Пастера в галузі мікробіології, імунології та вакцинології.

Зображення Луї Пастера (праворуч) під час спостереження за введенням вакцини проти сказу в Інституті Пастера в Парижі в 1886 році. Джерело: Бібліотека Конгресу США

Спершу хімік

На мою думку, найбільшим внеском Пастера в науку були його видатні досягнення в галузі медичної мікробіології та імунології. Проте його історія починається з хімії.

Пастер навчався у французького хіміка Жана-Батіста-Андре Дюма. У цей час Пастер зацікавився походженням життя і працював у галузі поляризованого світла та кристалографії.

У 1848 році, всього через кілька місяців після отримання докторського ступеня, Пастер вивчав властивості кристалів, що утворюються в процесі виноробства, коли виявив, що кристали можуть мати своє дзеркальне відбиття — властивість, відома як хіральність. Це відкриття стало основою галузі хімії, відомої як стереохімія, яка вивчає просторове розташування атомів у молекулах. Ця хіральність, або «ручність», молекул була на той час «революційною гіпотезою».

Відкриття змусили Пастера припустити те, що пізніше буде доведено молекулярною біологією: всі життєві процеси зрештою виникають з точного розташування атомів всередині біологічних молекул.

Вино та пиво: від ферментації до мікробної теорії хвороб

Пиво і вино відігравали важливу роль в економіці Франції та Італії у 1800-х роках. Протягом життя Пастера звичним явищем було псування продуктів, які ставали гіркими або небезпечними для пиття. В той час наукове поняття «самозародження» стверджувало, нібито життя може виникнути з неживої матерії, яка, як вважалось, є причиною скисання вина.

Багато вчених намагалися спростувати цю теорію, поки в 1745 році англійський біолог Джон Тербервіл Нідгем, як він думав, не провів ідеальний експеримент, що доводив самозародження. Більшість науковців вірили, що все живе гине під дією високої температури, тож Нідгем експерементував задля виявлення мікроорганізмів, які можуть рости на їжі навіть після кипіння. Після кипіння курячого бульйону, який потім був поміщений в колбу, де речовину ще раз розігріли, загерметизували і чекали, не враховуючи, що повітря може проникнути назад в посудину до герметизації. Через певний час мікроорганізми розмножувалися, і Нідгем заявив про свою перемогу.

Однак у його експерименті було два значних недоліки. По-перше, часу кип’ятіння було замало, щоб убити всі мікроби. І, що не менш важливо, колби були недостатньо герметичними та пропускали повітря, призводячи до мікробіологічного забруднення.

З метою вирішити наукову суперечку, Французька академія наук організувала конкурс на найкращий експеримент, який би довів або спростував самозародження. У відповідь на це Пастер провів низку експериментів, включно з есеєм, який отримав премію у 1861 році.

Вчений вважав один із цих експериментів «беззаперечним і вирішальним», бо на відміну від Нідгема, після стерилізації своїх культур він зумів уникнути забруднення. Використовуючи нині знамениті S-подібні колби з відкритою шийкою, які дозволяли повітрю надходити до речовини, при цьому запобігаючи потраплянню частинок до бульйону під час нагрівання. Як наслідок, у посудині не зростає кількість бактерій протягом тривалого періоду. Це показало, що якщо повітря не просочувалось безпосередньо до бульону, то жодні «живі мікроорганізми не з’явились би навіть після декількох місяців експерименту». Але, що важливо, якщо пил потрапив до колби, зростає ризик появи живих мікроорганізмів.

Завдяки цьому експерименту Пастер не тільки спростував теорію самозародження, але й продемонстрував, що мікроорганізми були всюди. Відколи він показав, що їжа та вино псуються саме через зараження невидимими бактеріями, а не через самозародження, з’явилася сучасна мікробна теорія хвороб.

Виникнення вакцинації у 1800-х роках

У 1860-х роках, коли шовкова промисловість потерпала від двох захворювань шовкопрядів, Пастер розробив важливу процедуру, за допомогою якої можна було оглянути яйця шовкопряда, зберігаючи лише здорові зразки. Подібно до експериментів з вином, учений зміг застосувати свої спостереження в промислових методах і став своєрідним французьким героєм.

Навіть попри підірване здоров’я через важкий інсульт, який залишив його частково паралізованим, Пастер продовжував свою працю. У 1878 році йому вдалося ідентифікувати та культивувати бактерію, яка викликала пташину холеру. Він встановив, що старі бактеріальні культури більше не шкідливі і що кури, вакциновані старими культурами, можуть пережити вплив диких штамів бактерій. А його спостереження про те, що кури, які вижили, виділяли шкідливі бактерії, допомогло встановити важливу концепцію, яка стала добре відомою в епоху COVID-19: безсимптомні «здорові носії» все ще можуть поширювати мікроби під час спалахів.

Після пташиної холери Пастер звернувся до профілактики сибірки, дуже поширеної чуми великої рогатої худоби й інших тварин, яку викликає бактерія Bacillus anthracis. Спираючись на власну працю та дослідження німецького лікаря Роберта Коха, Пастер розробив концепцію атенуйованих, або ослаблених, версій мікробів для використання у вакцинах.

Наприкінці 1880-х років він поза всяким сумнівом показав, що вплив на велику рогату худобу ослабленої форми вакцини проти сибірки може призвести до того, що зараз добре відомо як імунітет, різко знижуючи смертність великої рогатої худоби.

Смертельний вірус сказу. Незважаючи на те, що сказу можна запобігти за допомогою вакцинації, він все ще вбиває приблизно 59 000 людей у всьому світі щороку. Джерело: Nano Clustering / Science Photo Library via Getty Images

Винайдення вакцини проти сказу

На мою професійну думку, відкриття Луї Пастером вакцини проти сказу є найважливішим з усіх його досягнень.

Сказ називають «найбільш злісним вірусом у світі», який передається від тварини до людини через укус.

Дослідження вірусу сказу неймовірно небезпечне, оскільки смертність наближається до 100% після появи симптомів і без щеплення. Завдяки проникливим спостереженням Пастер виявив, що висушування спинного мозку мертвих скажених кроликів і мавп призводить до появи ослабленої форми вірусу сказу. Використовуючи цю ослаблену версію як вакцину для поступового введення собакам вірусу сказу, Пастер показав, що може ефективно імунізувати собак проти сказу.

Потім, у липні 1885 року, Жозефа Майстера, 9-річного хлопчика з Франції, сильно покусав скажений собака. Коли Жозефу загрожувала майже вірна смерть, мати відвезла його в Париж до Пастера, оскільки вона чула, що він працює над розробкою ліків від сказу.

Пастер взявся за справу і разом із двома лікарями протягом кількох тижнів зробив хлопчикові серію ін’єкцій. Жозеф вижив, а Пастер шокував світ ліками від невідворотно смертельної хвороби. Це досягнення відкрило двері для широкого використання вакцини Пастера від сказу приблизно в 1885 році, яка різко знизила смертність від сказу серед людей і тварин.

Життя, гідне Нобелівської премії

Якось Пастер сказав на лекції: «У сфері спостереження випадковість сприяє лише підготовленому розуму».

Пастер мав хист застосовувати свій блискучий — і підготовлений — науковий розум до найбільш практичних дилем, з якими стикається людство.

Хоча Луї Пастер помер ще до початку присудження Нобелівської премії, я вважаю, що його дивовижні відкриття та внесок у науку в медицині, інфекційних захворюваннях, вакцинації, медичній мікробіології та імунології долучили його до числа найвидатніших учених усіх часів.

Стаття вперше була опублікована англійською мовою під назвою «Louis Pasteur’s scientific discoveries in the 19th century revolutionized medicine and continue to save the lives of millions today» в журналі The Conversation 28 вересня 2022 р.

Переклали Ян Додатко, Ростисав Кашуба та Ірина Тесленко