Михаил Супотницкий - Биологическая война (Часть 1)

В 1930-х гг. технологии глубинного культивирования бактерий в условиях аэрации, способные обеспечить наработку микроорганизмов в количествах, достаточных для ведения масштабной биологической войны, находились в «зачаточном состоянии». Производственная деятельность бактериологических институтов заключалась в получении агаровой микробной эмульсии в сравнительно небольшой емкости плоских склянок (бактериологических матрацев), бьющихся и лопающихся в автоклаве. Единственно возможный путь, по которому шли в те годы разработчики способов наработки бактериальной массы, заключался в увеличении общей площади агара, одномоментно используемой для культивирования микроорганизмов. В Крымском санитарно-бактериологическом институте (Севастополь) для получения бактерийных препаратов с начала 1930-х гг. применялся оригинальный аппарат Н. Г. Щербиной, представлявший собою серию посевных плоскостей из алюминия, уложенных в особый футляр (рис. 1.15).

Рис. 1.15. Аппарат для получения бактериальной биомассы. А. Наружный вид. Б. Разрез. Аппарат мог иметь различные размеры. Общая посевная поверхность типового аппарата около 9000 см 2; при толщине слоя агара в 0,5 см в нем использовалось около 4,5 л среды на каждый посев. По Н. Г. Щербиной (1932)

К этим конструкциям культиваторов бактерий мы еще вернемся при рассмотрении технологий, используемых для создания БО в отряде 731 (см. разд. 1.9). Важно посмотреть и на то, каким образом могли в те годы длительно храниться в жизнеспособном состоянии запасы бактерий.

Технология высушивания в вакууме сред, содержащих бактерии (см. разд. 1.6), применявшаяся еще до Первой мировой войны, к началу Второй мировой войны была значительно усовершенствована. В практику были введены высокопроизводительные вальцовые (вакуумные) сушилки (рис. 1.16).

Появились и новые технологии. В 1921 г. Свифтом был описан метод консервации бактериального препарата, заключающийся в быстром предварительном замораживании жидкой культуры и в последующем выдерживании застывшей массы в глубоком вакууме до полного высушивания.

Рис. 1.16. Вальцевая сушилка. По Н. Н. Титову (1945)

Выживаемость микроорганизмов в конечном препарате резко возросла. Причиной такого качественного скачка в технологии высушивания стало удаление влаги из замороженного материала путем превращения льда непосредственно в пар, минуя жидкую фазу. С понижением атмосферного давления интенсивность испарения воды увеличивалась, скорость высушивания резко возрастала. Поэтому внутриклеточные белки не подвергались воздействию высоких концентраций солей и не денатурировали. Высушенные бактерии представляли собой губчатую массу, объем которой приблизительно соответствовал объему первоначально замороженной бактериальной культуры или концентрированной суспензии. Так как колоидно-химическая структура препарата не нарушалась, при добавлении разводящей жидкости (обычно это изотонический буферный раствор) высушенный материал легко растворялся — отсюда произошло название технологии — лиофилизация. В 1930-е гг. разработано большое количество модификаций способов лиофилизации и сушильных аппаратов, работающих на этом принципе. Даже наметились два направления их технического эволюционирования (рис. 1.17).

В начале 1930-х гг. была значительно усовершенствована технология распылительной сушки. Высушивание биологических материалов производилось в закрытой камере, в которой жидкость, распределенная под действием центробежной силы или давления тонким сплошным слоем, высушивается посредством потока пара, проходящего над жидкостью или под ней (рис. 1.18).

Однако исходным предназначением всех перечисленных технологий было консервирование лечебных сывороток, т. е. биопрепаратов, не содержащих живые микроорганизмы. При их применении к микроорганизмам, и в особенности к вирулентным, исследователя поджидали неприятные неожиданности. Например, по данным Н. Н. Титова (1945), в его собственных экспериментах по высушиванию культур сальмонелл Данича, выполненных в 1936 г. на распылительном аппарате, основная масса бактерий погибала, а вирулентность оставшихся в живых по отношению к крысам была не более 50 % от исходной.

Рис. 1.17. Аппараты для лиофильного высушивания биопрепаратов конца 1930-х гг. А. Аппарат камерного типа конструкции Гревеса и Эдера: 1 — компрессорная установка; 2 — сушильник; 3 — конденсатор (змеевик); 4 — вакуум-масляный насос. Б. Коллекторный аппарат Флосдорфа и Мэца: 1 — коллектор с ампулами; 2 — ванна для сухого льда; 3 — конденсатор; 4 — вакуум-масляный насос; 5 — манометр Мак-Леода. По Н. Н. Титову (1945)

Такие же результаты были получены в 1940 г. в лаборатории по борьбе с грызунами, с амбарными и другими вредителями Института микробиологии Всесоюзной академии сельскохозяйственных наук (Ленинград), с этими же бациллами, но высушенными лиофильно.

Рис. 1.18. Распылительная центрифуга. Посредством диска g, имеющего большое число оборотов, жидкость, притекающая по трубке а, мелко распыляется горизонтальным слоем. Ниже этого слоя по трубе с подается из распределителя пар, высушивающий распыленную жидкость, твердые частицы которой улавливаются на наклонных стенках кожуха е и собираются в приемник g. Выделившиеся пары осаждаются на крышках i и h, вокруг которых имеется желобок для конденсационной воды. Из желобков вода удаляется по трубе К. По Н. Н. Титову (1945)

Выяснилось, что некоторые микроорганизмы не выносят быстрого охлаждения, что большое значение для сохранения их в жизнеспособном состоянии имеют среда высушивания, возраст культуры, концентрация бактерий в высушиваемых суспензиях, режим высушивания, содержание остаточной влаги в препарате, условия последующего хранения и еще многие другие факторы.

Оказалось также, что способ тяжело масштабируется из-за проблем с равномерным замораживанием субстрата. Коллекторные сушилки в принципе не могут быть высокопроизводительными. Камерные сушилки при манипуляциях с сухим микробным материалом создают значительные количества бактериального аэрозоля, представляющего опасность для персонала. Их разгрузка не может произойти без нарушения вакуума, что приводит к повышению влажности высушенного материала и к интенсивному отмиранию микроорганизмов. К концу 1930-х гг. ситуацию с производством «контагия» для «оружия бедных» можно охарактеризовать поговоркой: «Осталось только начать и кончить». Титов писал в 1945 г. о неудачах технологий высушивания бактерий, что ситуация «может быть изменена подбором сред, на которых изготовляется культура перед высушиванием». Остальные проблемы еще только предстояло дифференцировать друг от друга. В 1945 г. американские специалисты считали необходимым иметь для нормального выполнения боевых задач мощности по производству биоагентов в количестве не менее чем 5 т/сутки (Dando М., 1994).