Способы и устройства для массового производства патогенных микроорганизмов. Основным способом массового получения возбудителей инфекционных болезней перед Первой мировой войной было их выращивание на поверхности плотной питательной среды в пробирках, чашках Петри и в бактериологических матрацах. Выращивание в жидкой питательной среде осуществлялось в пробирках или колбах и не давало высокого выхода биомассы бактерий. Например, Gosio получал чумные вакцины из трехсуточных бульонных культур, выращенных в плоскодонных колбах. Средний выход влажной бактериальной массы на литр бульона у него не превышал 1,05 г (цит. по Габричевскому Г. Н., 1907). Gosio даже не пытался определить, как такой способ культивирования влияет на вирулентность и жизнеспособность чумных бацилл. Ни в одном из каталогов бактериологического оборудования того времени не упоминались устройства для искусственной аэрации растущих бактериальных культур, либо другие устройства для масштабирования процесса культивирования микроорганизмов до пределов, превышавших лабораторные нужды.

Выращивание микроорганизмов производили при строго определенной температуре в специальных термостатах, которых к этому времени существовало уже большое количество модификаций. Они были оснащены терморегуляторами, подогревались газом, керосином или электричеством. Главное внимание в их конструкции обращалось на то, чтобы температура в различных частях прибора была одинаковая, и чтобы прибор хорошо сохранял температуру. Термостаты делались различной величины от небольших ящиков, вмещающих литровую колбу, до больших термостатов-комнат. Работа с опасными микроорганизмами осуществлялась в простых боксах, называемых защитными колпаками (рис. 1.10).

Рис. 1.10. Защитный колпак. По С. И. Златогорову (1916)

По крайней мере, до эпидемии легочной чумы в Маньчжурии в 1910–1911 гг., на лицах врачей, контактирующих с людьми и животными, больными чумой, невозможно увидеть защитные маски, а на руках специальные перчатки. На одной из фотографий, сделанных в форте «Александр I» в 1907 г., показана группа врачей без каких-либо средств индивидуальной защиты кожи, глаз или органов дыхания, вскрывающих погибшего от чумы верблюда (рис. 1.11).

Концентрирование суспензий микроорганизмов проводилось с помощью небольших центрифуг различных типов.

Технологии и устройства для длительного хранения микроорганизмов в жизнеспособном состоянии. Первые попытки высушивания микроорганизмов были предприняты еще в средине 1870-х гг., т. е. тогда, когда представления о них самих были еще весьма смутными. Объектом таких экспериментов стали различные неклассифицированные ортопоксвирусы, применяемые для противооспенной вакцинации населения. Разумеется, производители таких вакцин не знали ни о существовании вирусов, ни о каких-либо их видах.

Эксперименты носили исключительно эмпирический характер. Оспенный детрит («вакцинная лимфа», «вакцинная материя»), снятый с кожи теленка, помещали в небольшую чашку, а ту, в свою очередь, ставили в специальный эксикатор, в котором влага поглощалась хлористым кальцием, серной кислотой, фосфорным ангидридом и другими химическими поглотителями. В таких эксикаторах вакцинная лимфа «высыхала» через сутки-двое. Ее «прививная сила» сохранялась гораздо дольше, чем при хранении по «прежнему способу» — между стеклянными пластинками или в трубочках (Миллер Н. Ф., 1887).

Рис. 1.11. Вскрытие сотрудниками форта «Александр I» верблюда, погибшего от чумы. По Н. М. Берестеневу (1907)

С получением в начале 1890-х гг. первых лечебных сывороток, появилось осознание необходимости разработки технологий их длительного хранения. Прежний способ практиковался, но уже считался малопроизводительным и дорогим. В 1894 г. М. Чарльс, профессор физиологии в Сиднее (Австралия), описал простой и быстрый способ высушивания иммунных сывороток и сохранения их в стерильном виде. Посредством небольшого стеклянного аппарата и насоса он высушивал до литра сыворотки в течение 24 ч при температуре 40 °C.

Компания Маррель-Соуль (Сиракузы, США) в 1906 г. зарегистрировала патентную заявку (№ 30062) с описанием аппарата для «выделения твердых веществ из жидкости посредством высушивания». Суть изобретения состояла в следующем. Бактерии, фиксирующие азот, культивируются в стерилизованном снятом молоке, причем полученная жидкость распылялась и высушивалась, смешиваясь с воздухом, нагретым до температуры 65 °C. При этом бактерии оставались живыми. Однако изобретение не оказалось востребованным. Жидкость распылялась неравномерно, и высушивание потоком воздуха не могло в принципе дать однородную сухую бактериальную массу, особенно при работе с ее разными партиями. К тому же сухие бактерии тогда не имели коммерческой ценности, основным спросом на рынке биопрепаратов пользовались сухие сыворотки. Последнее обстоятельство и предопределило приоритеты развития сушильной аппаратуры не только на все предвоенные годы, но и практически до начала 1930-х гг.

Сначала производители иммунопрепаратов стремились к выпуску концентрированных (сгущенных) сывороток, используя для этой цели «слабые» сыворотки, т. е. с низким титром протективных антител. При этом они стремились к тому, чтобы вводить человеку меньше белков для уменьшения последствий тяжелой сывороточной болезни — анафилаксии. В масштабированном варианте высушивание сывороток (налитых в кюветы и чашки Петри) и других биопрепаратов производилось теплым воздухом (при температуре от 30 до 40 °C).

Наиболее популярным перед Первой мировой войной был сушильный термостат А. Форнета, позволяющий контролировать эффективность процесса высушивания. На боковой стенке он имел рычажные весы высокой чувствительности, сообщавшиеся с термостатом, где к ним была подвешена чашка с навеской. По мере высыхания биопрепарата чашка с навеской облегчалась, и стрелка на циферблате скользила вниз, указывая количество удаленной влаги. Для более глубокого высушивания сывороток были разработаны вакуум-термостаты. Они отличались от обычных сушильных шкафов тем, что имели для откачки водяных паров вакуум-масляные насосы и сушка происходит при пониженном давлении и при температуре, близкой к 100 °C. Однако получаемые в таких аппаратах сухие препараты сывороток имели много недостатков. Они представляли собой плохо растворимые в физиологическом растворе сухие пленки или комочки, которые еще надо было размалывать и просеивать. Как правило, в процессе сушки они обсеменялись посторонней микрофлорой. Попытки высушивания таким способом микроорганизмов редко оказывались удачными. Уменьшение содержания влаги в плазме бактериальной клетки приводило к увеличению концентрации солей, а это способствовало конгломерации белковых молекул и их необратимой агрегации. Методические заделы к накоплению больших количеств микроорганизмов, способных длительно храниться в жизнеспособном состоянии, перед Первой мировой войной сделаны не были.