От первых антибиотиков до выращивания стволовых клеток, от наблюдения за микро­организмами до тестирования новых лекарств – всё это возможно благодаря чашке Петри, невысокому плоскому цилиндру, накрытому прозрачной крышкой аналогичной формы. И у неё есть своя занимательная история.

В 1872 году, Роберт Кох, будущий великий микробиолог, был назначен санитарным врачом в Вольштейне (ныне Вольштын в Польше), где в то время свирепствовала сибирская язва. Эта болезнь была известна с древности под названием «священный огонь»: люди считали, что только разгневанные боги могли послать на землю такую кару. Сибирская язва была угрозой для всего сельского хозяйства — чаще всего заболевал домашний скот. Однако гибли не только животные, но и люди: фермеры, пастухи, доярки.

Рассматривая в микроскоп кровь погибших животных, Кох обнаружил, что в развитии болезни виноват только один микроб — бацилла (Bacillus anthracis). Учёному удалось выделить бациллу и вырастить чистую культуру — культуру, представленную одним видом микробов. Он заразил совершенно здоровое животное чистой культурой, вызвав у него сибирскую язву. Учёный понял, что создание чистых культур — залог успешного определения причин инфекции.

Роберт Кох, как и его предшественники, выращивал бактерии в жидкой среде — мясных или зерновых отварах. Коху удалось получить чистую культуру бациллы сибирской язвы в жидком бульоне, но он искал другой метод. На это были веские причины. Если в бульон попадало несколько видов бактерий, они смешивались между собой и разделить их было чрезвычайно сложно. Приходилось не раз пересаживать бактерии. Из раствора, где нужных бактерий было больше всего, Кох брал маленькую капельку и переносил в свежий бульон. В новом бульоне посторонних бактерий было уже меньше, но следовало монотонно повторять эту операцию несколько раз, чтобы в результате в питательной среде оказался только один вид микробов.

Роберт Кох (1843–1910) — немецкий микробиолог. Открыл бациллу сибирской язвы, холерный вибрион и туберкулёзную палочку (палочку Коха). В 1905 году удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине «за исследования и открытия, касающиеся лечения туберкулёза».

До Роберта Коха исследователи наблюдали микроорганизмы бесцветными, что приводило к многочисленным ошибкам. Кох применил анилиновые красители, которые избирательно окрашивали только микробы. После опытов Коха учёные по всему миру стали изобретать методики окрашивания бактерий. Так, в 1884 году врач Ганс Кристиан Грам придумал метод окрашивания, который стал одним из основных для определения наличия и типа бактерий в определённом субстрате.

Микробы очень маленькие (в среднем 0,5–5 мкм), не сильно отличаются внешне, что вызывает определённые трудности в их изучении. Для исследования нужно выделить микроб из окружающего мира, полного самыми разными микроорганизмами. Микробная клетка, попав на питательную среду, даёт потомство — сгусток одинаковых клеток, колонию, которую можно изучать как один микроорганизм. Оказалось, что, подобрав условия культивирования, можно получить в чистом виде клетки любого микроорганизма. А значит — дать ему имя, описать свойства, классифицировать. Благодаря этому открытию Роберта Коха, микробиология была выделена в самостоятельную науку.

После доклада об открытии возбудителя сибирской язвы Роберта Коха пригласили заведовать лабораторией в микробиологическом институте в Берлине и предложили должность советника при министерстве здравоохранения. У Коха появилось хорошее оборудование, талантливые ассистенты и возможность решить загадку, которая давно его мучила. Было известно, что туберкулёз тоже вызывает какой-то микроб: тканями больного человека удавалось заразить здоровых животных. Коху удалось подобрать методику окрашивания препаратов тканей, чтобы разглядеть бактерию-возбудителя в микроскоп. Но его радость была недолгой — бактерия не желала расти на обычных питательных средах.

Макроснимок колоний туберкулёзной палочки (Mycobacterium tuberculosis). Их отличает бесцветная неровная поверхность.

Однажды учёный заметил брошенную на столе заплесневевшую картошку с обилием разноцветных пятнышек-колоний — серых, жёлтых, зелёных. Он собрал образцы с каждой колонии и увидел в микроскопе, что каждое пятнышко — это колония одного вида микробов! В жидкой среде микробы смешивались и разделить их было чрезвычайно сложно. А на твёрдой среде оставались на одном месте, размножались и давали чистую культуру!

Случайное наблюдение Коха сделало революцию: свежий картофель стал одной из первых твёрдых сред для выращивания микроорганизмов. Однако такой питательный субстрат подходит не для всех микробов, поэтому поиски альтернативной твёрдой среды продолжались.

Кох вновь с усердием принялся выращивать туберкулёзную культуру. На срезах картофеля бактерия не росла. Тогда он стал использовать желатин, чтобы превращать бульон в твёрдую питательную среду. После многих неудачных попыток Кох добавил в среду и кровяную сыворотку, чтобы воссоздать условия живого организма. Через 15 дней (небывало долго для бациллы сибирской язвы) на поверхности среды показались капельки колоний опасной туберкулёзной палочки.

Микроорганизмы делятся каждые 20 минут, поэтому уже через 3 часа после пересаживания микробов на чашке Петри можно увидеть колонии, а через сутки количество бактерий в них исчисляется миллионами.

В то время единственной лабораторной склянкой, которая годилась для выращивания микробов, была пробирка. Но обращение с ней требовало сноровки: если положить пробирку горизонтально — незастывшая среда прольётся, поставить под углом — может упасть и разбиться. Шанс заразиться опасной болезнью множился на глазах! Тогда Кох и его лаборанты придумали заливать питательную среду в чашки и накрывать высокими стеклянными колпаками. Но чтобы посмотреть на колонии, колпак приходилось снимать, а это прямой путь заражения. Тогда-то и наступил звёздный час одного из лаборантов — Юлиуса Петри. Он уменьшил высоту стенок чашки, в которой выращивали микробов, оставив невысокие бортики. А вместо огромного колпака накрыл ещё одной прозрачной чашкой — так наблюдать за колониями оказалось удобнее.

Петри проработал под руководством Коха всего пару лет (1877–1879), но за это время кардинально повлиял на будущее микробиологии. Инновация Юлиуса Петри дала сильнейший толчок медицине и спасла миллионы жизней. После работы под началом Роберта Коха он возглавил санаторий Гоберсдорф — первый европейский центр для лечения больных туберкулёзом.

В лаборатории Коха появилась не только чашка Петри, но и стандартное наполнение к ней — агаризованная питательная среда. Её предшественница — среда, содержащая желатин — легко плавилась при нагревании, как холодец, поставленный в тёплое место. Колонии на такой среде превращались в кашу.

Среду на основе агара придумал ­Уолтер Гессе, ещё один лаборант Коха. Он поступил на службу вместе с женой Фанни. Она не значилась сотрудником лаборатории, но выполняла работу научного иллюстратора — зарисовывала микроорганизмы, которые видела в микроскоп.

Однажды Фанни приготовила желе. Гессе заметил, что оно не тает на солнце и сохраняет форму. Он выяснил, что основной компонент желе — агар-агар — вещество, которое добывают из красных и бурых водорослей. Уолтер заменил им стандартный желатин, и бактериальные питательные среды стали твёрже. Агар-­агар и сегодня используют для приготовления сред, но его особым образом очищают.

Для определения эффективности антибиотиков в фармацевтичес­кой промышленности используют специальные тесты. Например, метод диффузии в агар. В чашки Петри засевают микроорганизмы. На засеянную поверхность на равном расстоянии друг от друга помещают диски, содержащие определённые дозы разных антибиотиков. Чем больше радиус зоны подавления роста, тем эффективнее препарат против данного микроорганизма.

Сначала чашку Петри использовали только для выращивания культур клеток, но сейчас эта посуда применяется в разных областях науки. Например, на чашках Петри изучают эффективность антибиотиков, их используют для исследования безопасности пищевых продуктов и выращивания генно-инженерных бактерий, которые синтезируют необходимый больным диабетом инсулин.

Чашки Петри делают разных размеров и из самых разных материалов — стекла, пластика и даже нержавеющей стали. Для работы учёный может подобрать подходящую.