Παστερίωση, Μικροβιολογία

Μέχρι τη δεκαετία του 1850 οι παραγωγοί κρασιού σε όλη τη νότια Ευρώπη αντιμετωπίζουν ένα δίλημμα: όταν επιθυμούν να αφήσουν το κρασί να «παλιώσει», αυτό συχνά ξινίζει με τεράστιες οικονομικές επιπτώσεις για τους οινοποιούς αγρότες. Ο Γάλλος βιοχημικός Louis Pasteur (Παστέρ, 1822-1895) ανέλαβε να μελετήσει το πρόβλημα και παρατήρησε στο μικροσκόπιο τη δημιουργία μιας ειδικής κατηγορίας μυκήτων που συνέβαλαν στο ξίνισμα παράγοντας γαλακτικό οξύ. Κατέληξε δε στο συμπέρασμα ότι μοναδική λύση του προβλήματος ήταν να εξοντωθούν όλοι οι μύκητες μετά το σχηματισμό της αλκοόλης. Ο Παστέρ πρότεινε λοιπόν να θερμαίνεται για λίγο χρόνο το κρασί στους 50 °C και στη συνέχεια να αποθηκεύεται σε κλειστές φιάλες ώστε να παλαιώνεται χωρίς την παρουσία μυκήτων. Αυτή η πρόταση δημιουργούσε φυσικά προβλήματα στους παραγωγούς, αφενός γιατί η θέρμανση και μετάγγιση σε φιάλες ήταν πολυδάπανη και χρονοβόρα, αφετέρου γιατί παραβιαζόταν έτσι η παραδοσιακή πρακτική που δεν προέβλεπε τέτοιες διαδικασίες. Η δοκιμή έπεισε όμως τους παραγωγούς ότι έτσι θα εξασφάλιζαν την παλαίωση του κρασιού χωρίς προβλήματα. Η διαδικασία αυτή της θέρμανσης για σύντομο χρονικό διάστημα σε χαμηλή θερμοκρασία ονομάστηκε παστερίωση και εφαρμόστηκε στη συνέχεια, επίσης με επιτυχία, στο γάλα σε θερμοκρασίες 72-75 °C.  Το έτος 1862 διατύπωσε ο Παστέρ τη μικροβιακή θεωρία των ασθενειών. Το έτος αυτό εκδόθηκε ένα έργο του, στο οποίο συμπεριέλαβε ο μεγάλος αυτός σκαπανέας της επιστήμης όλες τις μέχρι τότε σχετικές μελέτες του για τους μικροοργανισμούς. Για κάθε ασθένεια αναζητήθηκε συστηματικά ένας μικροοργανισμός που την προκαλεί κι έτσι ήταν δυνατόν να αναζητηθούν μέθοδοι προληπτικής ή κατασταλτικής αντιμετώπισης. Αυτές οι μελέτες του Παστέρ και άλλων διάσημων βιοχημικών αποτέλεσαν την απαρχή της σύγχρονης Ιατρικής. Οι πρόοδοι σ' αυτό τον επιστημονικό τομέα είχε ανυπολόγιστες επιπτώσεις στη ζωή των ανθρώπων και στις ευρωπαϊκές κοινωνίες: η θνησιμότητα μειώθηκε σημαντικά και το προσδόκιμο ζωής των πολιτών αυξήθηκε σταδιακά και μέχρι το τέλος του 20ου αιώνα στο διπλάσιο. Αυτή η εξέλιξη αποτελεί ένα ακόμα βήμα στην αποδέσμευση του ανθρώπου από τη φυσική επιλογή, η οποία τον καθιστούσε μέχρι τότε υποχείριο της  απρόβλεπτης δράσης μικροοργανισμών. Κατά την αναζήτηση παθογόνων μικροοργανισμών πολλοί ερευνητές άρχισαν να μελετούν συστηματικά τα βακτήρια, τα οποία ήταν μεν γνωστά για πολλές δεκαετίες, αλλά με τα διαθέσιμα μικροσκόπια δεν ήταν ευχερής η μελέτη τους. Η μικροβιακή θεωρία των ασθενειών έδωσε όμως ώθηση σ' αυτές τις μελέτες και ήδη το έτος 1872 εξέδωσε ο Γερμανός βοτανολόγος Ferdinand Julius Cohn (Κον, 1828-1898) ένα τρίτομο έργο, με το οποίο θεμελιώθηκε η Βακτηριολογία. Τα βακτήρια κατετάγησαν σε γένη και είδη, περιγράφηκε ο τρόπος επιβίωσής τους σε αντίξοες συνθήκες και η διατήρηση των σπόρων τους, ακόμα και μετά από βρασμό. Το γεγονός ότι διάφοροι βιοχημικοί και επιστήμονες συναφών κλάδων ερευνούσαν τα βακτήρια και τα μικρόβια, στηριζόμενοι στις αντιλήψεις του Παστέρ, ο οποίος από το έτος 1867 ήταν καθηγητής της Οργανικής Χημείας στη Σορβόνη, προκάλεσε την αντίθεση ακαδημαϊκών συναδέλφων του, η οποία αντίθεση διεγειρόταν σε όχι ασήμαντο βαθμό από φθόνο για τη ραγδαία ανερχόμενη φήμη του βιοχημικού. Έτσι, ο Pierre Pachet, καθηγητής Φυσιολογίας του πανεπιστημίου της Toulouse, κατέληξε το έτος 1872 στη βεβαιότητα ότι, «Οι θεωρίες του Pasteur για τα μικρόβια είναι γελοίες φαντασιώσεις». Σήμερα, περισσότερο από ένα αιώνα αργότερα, είμαστε σε θέση να αξιολογήσουμε ψύχραιμα τη σημασία των «φαντασιώσεων» του Παστέρ. Το έτος 1865 προσπαθούσε ο νεαρός Βρετανός φοιτητής χημείας William H. Perkin (Πέρκιν, 1838-1907) να συνθέσει στο εργαστήριο κινίνη που αποτελούσε αποτελεσματικό φάρμακο κατά της ελονοσίας. Σήμερα γνωρίζουμε ότι αυτή η προσπάθειά του ήταν καταδικασμένη, γιατί η μοριακή δομή της κινίνης είναι ιδιαίτερα πολύπλοκη και γι' αυτό δεν ήταν δυνατόν να παραχθεί με τις συνθετικές μεθόδους εκείνης της εποχής. Στη διάρκεια των πειραμάτων του κατέληξε ο Πέρκιν σε ένα πορφυρό χρωματισμό των υλικών του ο οποίος, με προσθήκη οινοπνεύματος, πήρε ένα ωραίο χρώμα που ονομάστηκε αργότερα μοβ. Αυτή η ουσία αποδείχθηκε κατάλληλη και σταθερή για βαφή υφασμάτων και ο Πέρκιν, αφού παραμέλησε και τελικά εγκατέλειψε τις σπουδές του, διέθεσε όλες τις οικογενειακές οικονομίες στην κατασκευή ενός εργοστασίου παραγωγής της νέας βαφής. Αυτή η επιτυχία του Πέρκιν παρακίνησε και άλλους Χημικούς να επενδύσουν στον ίδιο κλάδο κι έτσι σύντομα ήταν διαθέσιμα όλα τα χρώματα σε συνθετική μορφή. Με αυτή την τυχαία ανακάλυψη του Πέρκιν τελείωσε η εποχή των φυσικών και άρχισε εκείνη των συνθετικών βαφών. Το έτος 1873 ανακάλυψε ο Νορβηγός γιατρός Gerhard H.A. Hansen (Χάνσεν, 1841-1912) το βακτήριο που προκαλεί τη νόσο της λέπρας (mycobakterium leprae). Αυτή η θανατηφόρα και κολλητική ασθένεια με βραδεία εξέλιξη, ήταν γνωστή από την αρχαιότητα και προκαλούσε παραμόρφωση στο πρόσωπο και τα άκρα των θυμάτων. Αναφέρεται δε σε διάφορες ανατολικές θρησκείες ως «μάστιγα και τιμωρία θεού» που επιβάλλεται στους αμαρτωλούς ανθρώπους για παραδειγματισμό. Στην πραγματικότητα το βακτήριο της λέπρας διαδίδεται σε περιοχές που επικρατούν μαζική συμβίωση, κακή διατροφή και υποβαθμισμένες συνθήκες υγιεινής. Με τον εντοπισμό του βακτηρίου του Χάνσεν ξεχάστηκαν όλες οι μεταφυσικές ερμηνίες και οι γιατροί επιδόθηκαν στην κατασκευή φαρμάκων για την καταπολέμησή του. Σταδιακά άδειασαν τα λεπροκομεία από ασθενείς, όπως αυτό στο αποκλεισμένο νησί Σπιναλόγκα, στον όρμο της Ελούντας. Η Ιατρική είχε αφήσει για μία ακόμα φορά πίσω της τις ανατολίτικες δεισιδαιμονίες...

Στη δεκαετία του 1870 προσέβαλε μια επιδημία άνθρακα τα βοοειδή στην ανατολική Γερμανία, με σημαντικές απώλειες στην οικονομία της αγροτικής παραγωγής. Το έτος 1876 εντόπισε ο τοπικός γιατρός Robert Koch (Κοχ, 1843-1910) στην σπλήνα των προσβεβλημένων ζώων το βακτήριο που προκαλεί την ασθένεια του άνθρακα. Ο Κοχ μετέφερε το βακτήριο σε ποντικούς, οι οποίοι προσβλήθηκαν επίσης από την ασθένεια. Πέρα από αυτό, επινόησε και ένα τρόπο καλλιέργειας του βακτηρίου έξω από τον οργανισμό των ποντικών και συγκεκριμένα, σε ορό αίματος που διατηρούσε σε θερμοκρασίου του σώματος.  Μετά από διάφορες μελέτες που δεν αφορούσαν αποκλειστικά το βακτήριο του άνθρακα, αλλά όλα τα βακτήρια και τον τρόπο πολλαπλασιασμού τους, καθώς επίσης τον τρόπο που αυτά προκαλούν παθήσεις στον άνθρωπο και τα ζώα, επιβεβαίωσε ο Κοχ τη μικροβιακή θεωρία του Παστέρ. Αυτές οι μελέτες οδήγησαν στην κατασκευή παρασκευασμάτων για τη μεθοδευμένη μεταφορά εξασθενημένων μικροοργανισμών προς ενεργοποίηση της αντίδρασης του οργανισμού-δέκτη (εμβόλιο).  Αργότερα, το έτος 1881 ανακάλυψε ο Παστέρ μια δραστική μέθοδο για την αντιμετώπιση επιδημιών στα ζώα, επειδή τα σπόρια κάποιων βακτηρίων επιβιώνουν στο έδαφος για μεγάλο χρονικό διάστημα και κάτω από πολύ αντίξοες συνθήκες. Μόνη λύση ήταν η θανάτωση όλων των προσβεβλημένων ζών και η ταφή τους βαθιά στο χώμα. Τα ζώα που επιζούσαν από μια προσβολή άνθρακα είχαν όμως ανοσία σ' αυτή την ασθένεια. Έτσι, παρασκεύασε ο Παστέρ ένα εμβόλιο, το οποίο χορηγήθηκε στα μισά ζώα μιας αγέλης. Όλα τα ζώα παρέμεναν υγιή. Όταν όμως εισήγαγε ο Παστέρ το βακτήριο του άνθρακα στον οργανισμό των ζώων, προσβλήθηκαν και πέθαναν μόνο εκείνα που δεν είχαν εμβολιασθεί, ενώ τα εμβολιασμένα δεν προσβλήθηκαν καν από την πάθηση.  Το έτος 1882 απομόνωσε ο Κοχ το βακτήριο που προκαλεί τη φυματίωση, το βάκιλλο της φυματίωσης, όπως ονομάστηκε αυτός ο μικροοργανισμός. Η φυματίωση ήταν μια διαδεδομένη πάθηση με πολλά θύματα, ιδίως τους νέους. Ο Κοχ αναζήτησε και τη θεραπεία αυτής της πάθησης, αλλά δεν κατάφερε τίποτα, δεδομένου ότι, όπως προέκυψε στη δεκαετία του 1940, απαιτούνταν τελείως διαφορετικά μέσα για την αντιμετώπισή της. Ήδη όμως ο εντοπισμός του αιτίου της πάθησης ήταν ένα σημαντικό επιστημονικό βήμα και γι' αυτό τιμήθηκε ο Κοχ το έτος 1905 με το βραβείο Νόμπελ για την Ιατρική.   Μία πολύ επικίνδυνη πάθηση που μεταδίδεται από ένα μικροοργανισμό, άγνωστο μέχρι τα τέλη του 19ου αιώνα, είναι η λύσσα, η οποία προσβάλλει το κεντρικό νευρικό σύστημα των θερμόαιμων ζώων και οδηγεί αναπόφευκτα στο θάνατο. Αυτός ο μικροοργανισμός βρίσκεται στους σιελογόνους αδένες λυσσασμένων ζώων και μεταδίδεται με το δάγκωμά τους σε άλλα ζώα ή στον άνθρωπο. Ο Παστέρ δεν κατάφερε να απομονώσει τον υπεύθυνο μικροοργανισμό, ανέπτυξε όμως ένα εξασθενημένο παρασκεύασμα αυτού του μικροοργανισμού, το οποίο μπορούσε να αξιοποιήσει ως εμβόλιο.  Το 1885 χρησιμοποίησε ο Παστέρ για πρώτη φορά αυτό το εμβόλιο σε ένα περιστατικό λύσσας σε ένα παιδί που είχε δαγκωθεί από λυσσασμένο σκυλί. Αυτή η επέμβασή του αποδείχθηκε σωτήρια για το παιδί και η μέθοδος αυτή εξελίχθηκε σε ένα σημαντικό όπλο στον αντιλυσσικό αγώνα. Έκτοτε δημιουργήθηκαν στις μεγάλες πόλεις Αντιλυσσικά Ιατρεία ή Λυσσιατρεία, στα οποία εμβολιάζονταν θύματα από επιθέσεις λυσσασμένων ζώων, κυρίως σκύλων. Το γεγονός ότι ο Παστέρ και άλλοι ερευνητές δεν ήταν σε θέση να απομονώσουν τον υπεύθυνο μικροοργανισμό για διάφορες παθήσεις οδήγησε μερικούς στη σκέψη ότι η μικροβιακή θεωρία δεν ήταν σωστή και έπρεπε να βελτιωθεί ή να αντικατασταθεί με διαφορετική θεωρία. Ο Παστέρ υπέθεσε ότι μάλλον κάποιοι μικροοργανισμοί είναι τόσο μικροί, ώστε δεν μπορούν οι ερευνητές να τους εντοπίσουν με τις γνωστές εκείνη την εποχή εργαστηριακές μεθόδους. Διάφοροι ερευνητές διαπίστωσαν παράλληλα ότι κάποια υπόλοιπα καλλιεργειών, από τα οποία είχαν αφαιρεθεί η μικροοργανισμοί με διήθηση, παρέμεναν δραστικά, άρα υπήρχαν σ' αυτά ακόμα μικροοργανισμοί. Απ' την άλλη πλευρά, οι ερευνητές δεν πίστευαν ότι υπάρχουν μικροοργανισμοί μικρότεροι από τα βακτήρια, άρα κάτι άλλο ήταν αυτό που προκαλούσε τις παθήσεις. Ο Ολλανδός βοτανολόγος Martinus W. Beijerinck (Μπέιχερινκ, 1851-1931) δημιούργησε ένα παρασκεύασμα, από το οποίο είχε αφαιρέσει όλα τα βακτήρια, το οποίο παρέμενε όμως δραστικό και το ονόμασε διηθητικό ιό (ιός = δηλητήριο). Τελικά αποδείχθηκε ότι υπήρχαν πράγματι μικρότεροι παθογόνοι οργανισμοί από τα βακτήρια, τα οποία διατήρησαν το όνομα ιοί και αποτέλεσαν ένα νέο τομέα δραστηριοποίησης της Ιατρικής. Τέτοιες ασθένειες που οφείλονται σε ιούς είναι, άλλοτε απλές όπως το κρυολόγημα και η γρίππη, άλλοτε δε επιδημικές και συχνά θανατηφόρες, όπως η ανεμοβλογιά, η παρωτίτιδα, η πολιομυελίτιδα κ.ά.