Жизнь и деятельность обоих выдающихся бактериологов — Луи Пастера и Роберта Коха — чаще всего рассматривают в связи с диагностикой и борьбой с инфекционными болезнями человека и животных. Однако они и их ученики разработали также конкретные представления об использовании микроорганизмов для подавления болезней позвоночных. В конце концов эта идея была извращена военными применительно к микробиологической войне.
Заражение позвоночных животных патогенами происходит или непосредственно — при контакте с зараженным хозяином, или косвенно— через зараженный субстрат. Кроме того, иксодовые клещи, комары, блохи и вши как векторы могут переносить возбудителей болезней от хозяина к хозяину при укусах.
Обычно инфекционное заболевание начинается в определенном локализованном очаге — месте инвазии возбудителя. Здесь появляется характерная тканевая реакция, так называемое острое воспаление. Если защитная реакция организма недостаточна для подавления возбудителя в данном очаге, то начинается или хронический воспалительный процесс (своего рода уравновешивающее состояние), или, как следствие внедрения возбудителя в кровеносную систему, поражение особенно восприимчивых тканей и соответственно всего организма хозяина. Сопровождающая эти процессы высокая температура — микроклиматический фактор, тормозящий развитие многих вирусов.
Первым защитным барьером организма позвоночных против патогенов служит поверхность тела. Этот фактор не уступает по значению функции слизистой оболочки, с которой сталкивается возбудитель, проникший внутрь тела per or. Патоген, попавший в организм хозяина с пищей, находится длительное время под влиянием пищеварительного сока и зависит от него, поскольку и кислый и щелочной кишечный сок инактивируют многие вирусы и микроорганизмы. Кроме того, кишечная микрофлора аллелопатически тормозит развитие целого ряда микроорганизмов. Только нарушения в физиологии кишечника способствуют распространению многих возбудителей болезней.
Защитная реакция тканей, крови и лимфы основана как на активности клеток (фагоцитов), так и на гуморальных факторах специфического и неспецифического типа. Специфические защитные вещества синтезируются иммуноцитами в форме определенных иммуноглобулинов, которые могут поступать как антитела сыворотки в кровеносную систему или как копроантитела в кишечник или молоко. Образование антител индуцируется так называемыми антигенами, которыми могут служить белковые образования, вирусы и чужеродные клетки.
Антитела могут специфически реагировать с каждым антигеном, который индуцировал их образование. В результате реакции антиген—антитело широко нейтрализуется вредное действие антигенов на организм хозяина. Такого рода приобретенный иммунитет сохраняется еще длительное время после введения антигена (отсюда результативность предохранительных прививок). Специфическая защитная реакция дополняется неспецифическим действием гуморальных факторов, которые либо постоянно присутствуют в организме (комплемент, лизоцим), либо появляются адаптивно, как интерферон. Это вещество образуется в клетках позвоночных при инфицировании их вирусом. Интерферон может защищать другие клетки того же вида от новых поражений вирусом (неспецифическая вирусная интерференция).
Применение бактерий
Наиболее важными вредителями среди позвоночных несомненно являются грызуны, обладающие огромным потенциалом размножения. Как факультативные хозяева и резерваторы возбудителей болезней человека они не только вредны, но и опасны. Это прежде всего относится к возвратному тифу, сыпному тифу и чуме, возбудители которых непосредственно передаются человеку от грызунов беспозвоночными. Одной из предпосылок массового размножения грызунов является потребление ими продуктов, используемых в пищу человеком. Однако вред, наносимый грызунами, не ограничивается уничтожением продуктов, но состоит еще и в том, что оставшиеся запасы пищи становятся непригодными из-за их загрязнения зараженными (сальмонеллой и другими патогенами) экскрементами грызунов.
Бактерии рода Salmonella, к которым относятся возбудители тифа, паратифа и воспалений кишечника (их можно легко культивировать в питательном бульоне), патогенны и для грызунов, особенно Salmonella enteritidis и typhi-murium.
При мышином тифе бактерии через кишечник проникают в кровеносное русло и вызывают бактериемию. Смерть наступает в результате септицемии через 1—4 недели. Гистологические изменения можно обнаружить в тонком кишечнике, печени и селезенке, но не в легких.
На основании изучения болезней грызунов, вызываемых сальмонеллами, Лёфллер еще в прошлом столетии пытался использовать S. typhi-murium для борьбы с полевками (виды Microtus). Более или менее успешные опыты по использованию соответственно зараженных приманок проводились в Европе примерно до 1936 г. Впоследствии, однако, было доказано, что S. typhi-murium — это наиболее распространенный возбудитель опасных для человека болезней кишечника, и организации здравоохранения Германии и США запретили использование сальмонелл для борьбы с грызунами.
Высоковирулентна для мышей и крыс, но практически безвредна для человека выделенная во Франции Salmonella enteritidis var. danysz. Опыты по применению этого возбудителя во Франции, Дании, ПНР, СССР, а также на Ближнем Востоке дали очень разные результаты. В конце концов технические трудности применения привели к тому, что этот микроорганизм больше в Европе не используется. Основная сложность заключается в отсутствии способности к спорообразованию у возбудителя, быстро теряющего активность в приманках. Кроме того, хорошо известны сложности с привлечением грызунов, особенно крыс, к приманкам. Наконец, по отношению к сальмонеллам относительно быстро развивается не только иммунитет у отдельных особей, но и устойчивость всей популяции. В настоящее время над дальнейшим развитием бактериального метода борьбы с грызунами работают только в СССР, где выпущен соответствующий препарат бактероденцид на основе S. enteritidis. Он сохраняет активность до года, содержит 2—5·109 бактерий в 1 г и применяется в виде приманки из зерна пшеницы. В дозе 1—2 кг/га или 5—30 г/м3 этот родентицид обеспечивает 80—100%-ную гибель мышей и 60—80%-ную гибель крыс. В настоящее время препарат применяют на площади около 400 тыс. га. Борьба с мышевидными грызунами в поле наиболее результативна при разбрасывании приманки ранней весной (усиленное потребление пищи) или поздней осенью (с целью снижения численности вредителей на следующий год). Высокой восприимчивостью к бактероденциду обладают домовая мышь, мышь-полевка, лесная мышь, мышь-малютка, полевка-экономка; значительной устойчивостью отличаются орешниковая соня, желтогорлая мышь и хомяк.
Применение вирусов
Грызуны восприимчивы к большому числу вирусов, однако только некоторые из этих патогенов пригодны для борьбы, поскольку вирусы обычно имеют широкий круг хозяев и как неспецифические возбудители опасны с санитарной точки зрения. До настоящего времени широкое применение нашел только один подобный вирус — возбудитель миксоматоза. Этот патоген, используемый в разных частях света (Австралия, Европа) для борьбы с кроликами Oryctolagus cuniculus, относится к группе вирусов оспы; он был выделен в 1911 г. в Южной Америке как эндемик местной популяции дикого кролика Sylvilagus. В настоящее время известны 4 типа вируса миксоматоза американского происхождения (бразильский, колумбийский, панамский и калифорнийский), стабильность которых основывается на длительной совместной эволюции патогена и хозяина. При заражении новых хозяев в Австралии и Европе возникло много вариантов вируса как с более высокой, так и с более низкой вирулентностью.
Накапливание вируса можно успешно осуществлять на зародышах кур в качестве побочного хозяина. Вне хозяина вирус сохраняется очень короткий промежуток времени (в сыворотке кролика при 4 °С — 10 дней), поэтому раньше его накапливали путем серийных пассажей через хозяина. В настоящее время патоген можно хранить в активном состоянии долгие годы при глубоком замораживании (при —70 °С) или после лиофильного высушивания. Так как внесение вируса в полевых условиях осуществляется путем выпуска предварительно зараженных кроликов, его незначительная устойчивость вне хозяина не играет большой роли.
При передаче вируса кровососущими насекомыми-векторами приблизительно через 14 дней (инкубационный период) у восприимчивых кроликов появляются отеки слизистых оболочек носа, горла, ушей, глаз и половых органов. Животные становятся вялыми, перестают есть и в конце концов погибают от удушья и общей слабости. Другие домашние животные и человек невосприимчивы к вирусу.
Проведенные в 1936—1938 гг. в Великобритании, Дании и Швеции первые опыты по использованию вируса миксоматоза в биологической борьбе с европейскими дикими кроликами были безуспешными из-за отсутствия насекомых-переносчиков. Решающая попытка уничтожения огромного числа кроликов в естественных условиях была осуществлена в Австралии. На этот материк домашние кролики были завезены первыми европейскими переселенцами и широко расселились за короткое время в связи с почти полным отсутствием их естественных врагов. После тщательной подготовки в 1950— 1951 гг. в стране была вызвана первая искусственная эпизоотия, причем на площади, равной почти половине Европы. Успех оказался исключительным (в некоторых районах подопытной территории погибло до 90—95% кроликов) и основывался на переносе возбудителя мошками. Результаты этого опыта дали толчок проведению еще более обширной акции (1952 г.), которая также достигла цели. Однако в целом эффект был недолговременным. Выжившие кролики обладают иммунитетом к вирусу, поэтому их численность быстро восстановилась. Кроме того, антитела матери защищают новое потомство от инфекции приблизительно в течение двух месяцев. Заражаясь, двухмесячные кролики приобретают длительный иммунитет, и только у более взрослых животных инфекция обычно вызывает гибель. В результате возникновения иммунитета популяции кроликов постепенно разрастаются, но их численность все время регулируется весенними эпизоотиями. Они обычно вспыхивают по достижении популяциями определенной плотности и при массовом размножении переносчиков болезни — комаров.
Однако вскоре возникла еще одна неожиданность: ослабление гибели кроликов, не имевшее отношения к иммунитету. Подтвердившееся предположение, что жесткий отбор под влиянием вируса постепенно привел к развитию устойчивости кроликов к миксоматозу, объясняло снижение эффективности метода лишь частично. Не меньшее значение имело поэтому выявление слабовирулентных вирусов миксоматоза. Очевидно, наиболее вирулентные штаммы погибли вместе с хозяином вскоре после начала эксперимента, в то время как выживаемость ослабленных штаммов возросла. Наименее вирулентные штаммы действуют подобно живым вакцинам, и огромное число животных подвергается естественной активной иммунизации на всю жизнь. Именно поэтому численность кроликов в Австралии можно в течение длительного времени удерживать на низком уровне только при условии дальнейшего искусственного их инфицирования штаммами вируса миксоматоза, отбираемыми на высокую вирулентность.
В Европе этот вирус, ввезенный в 1952 г., быстро распространился из Франции по всему континенту с необычайным успехом. Значение ликвидации проблемы кроликов для лесного хозяйства Франции трудно переоценить. Использование вируса миксоматоза позволило снова облесить огромные районы без проведения дорогостоящих мероприятий по защите от кроликов (специальные изгороди). В 1954 г. во Франции было уничтожено 90% диких кроликов.
Однако гибель кроликов дала и отрицательные результаты. Охотники потеряли свои трофеи, а многие фермеры — поголовье домашних кроликов. Для защиты последних провели борьбу с комарами как переносчиками миксоматоза и, кроме того, прививку домашним кроликам вируса фиброматоза, близкого к возбудителю миксоматоза. Недавно получен штамм живой вакцины вируса миксоматоза, пригодный для профилактических прививок. Снижение численности популяций диких кроликов во Франции дало также интересный дополнительный санитарно-гигиенический эффект: резкое уменьшение случаев марсельской лихорадки, вызываемой риккетсией Rickettsia conorii. Переносчиками этого патогена на кроликов, как промежуточных хозяев, являются блохи; от кроликов инфекция переходит на человека с помощью иксодового клеща Rhipicephalus sanguineus. Очевидно, эта инфекционная цепь была разорвана при возникновении эпизоотии кроликов.
Если в Англии гибель диких кроликов была массовой (более 90%), то при распространении эпизоотий на Среднюю и затем Восточную Европу миксоматоз стал терять эффективность, а тенденция к расширению эпизоотии заметно ослабла. Это могло зависеть от различных причин; одной из них была, очевидно, низкая плотность популяций кроликов в районах нового распространения вироза.
Распространение миксоматоза по типу эпизоотии возможно только там, где, помимо восприимчивых хозяев, существуют также переносчики вируса. Основными векторами в Австралии и Франции являются комары видов Anopheles и Culex, а во Франции также виды Aedes. Отсутствие этих видов комаров в Новой Зеландии помешало внедрению вируса в этом регионе и распространению миксоматоза. В Англии и Ирландии, куда вирус был импортирован усилиями фермеров, основным его переносчиком служит кроличья блоха Spilopsyllus cuniculus. Для обеспечения эффективности переноса инфекции эту блоху завезли в 1966 г. в Австралию, где она в течение нескольких лет расселилась во всех районах завоза.
В 1970 г. в Австралии был впервые использован высоковирулентный лозаннский штамм вируса миксоматоза; его переносчиком служила S. cuniculus. Методика заражения заключалась в следующем: лиофильно высушенный вирус смешивали с разбавленной сывороткой и этой массой обрабатывали блох, партии которых (около 1000 особей) выпускали в природу. Внедрение этого штамма оказалось более успешным и проходило более быстрым темпом, чем работа с ранее применявшимся в Австралии штаммом Гленфилда.
Скорость распространения миксоматоза кроличьей блохой (и другими переносчиками) зависит от наличия низковирулентных штаммов вируса, так как зараженные ими кролики дольше сохраняют жизнеспособность и соответственно более длительный период служат источником инфекции. В Англии такое преимущество отбора постепенно привело к преобладанию слабовирулентных штаммов. Любое усиление толерантности кроликов, сопровождающееся более длительным сохранением инфекционного начала в хозяине, также благоприятствует переносу болезни векторами. По данным Росса и Сандерса, в Англии явное снижение смертности диких кроликов от миксоматоза (1970 г. — 59%, 1974 г. — 17%) в первую очередь связано с наследственной устойчивостью. Однако с ее распространением в природе под влиянием отбора должны быстро сформироваться более вирулентные штаммы, так что эпизоотии начнут появляться при новом соотношении вирулентность: устойчивость.