Один винодел из района Лилля – человек по имени Биджо – столкнулся с такой проблемой: в нескольких бродильных чанах вместо нормальной браги получалась кислая мутная жидкость, напоминающая по вкусу испорченное молоко. Биджо поделился этой бедой с сыном, и юноша ответил, что знает профессора в своем университете, который, возможно, сумеет помочь.

Ученого, о котором говорил сын Биджо, звали Луи Пастер, и было ему тогда всего двадцать пять лет. Он был непреклонным роялистом, имел репутацию человека, хорошо разбирающегося в кристаллах, и работал с изомерами – открытыми Берцелиусом веществами с одинаковым составом, но разной структурой молекул.

Работы Пастера с оптическими изомерами к 1854 году обеспечили ему место профессора в университете Лилля. Годом позже он начал изучать изомеризацию спиртов, содержащихся в перебродившем растворе свекловичного сахара. Он обнаружил, что два из обнаруженных изомеров являются зеркальными по отношению друг к другу. Это открытие заставило Пастера углубиться в изучение удивительных и непонятных химических процессов, происходящих при брожении.

Итак, Пастер согласился взглянуть на бочки Биджо. Поездка на фабрику произошла задолго до того, как была предложена техника пастеризации; до того, как были заложены основы микробной теории инфекционных заболеваний и установлена специфичность возбудителя бешенства, – до всех его многочисленных и великих открытий и достижений. В то время процесс, при котором образовывался алкоголь, назывался «спиртовым брожением». (Впрочем, он и сейчас так называется.) Но и образование уксусной и молочной кислоты (которая сквашивает овощи и молоко) тоже было похоже на брожение. Более того, некоторые исследователи смогли привести убедительные аргументы в пользу того, что гниение – порча и разложение – тоже является разновидностью брожения. (Сейчас все такие процессы объединены термином «ферментация» [43] .) Каждый из этих процессов загадочным образом превращал одно вещество в иное вещество.

Так или иначе, прибыв на фабрику Биджо, любой бы понял, что с частью продукции происходит что-то неладное. Неудачные партии браги мало того что издавали нехарактерный и довольно неприятный запах, но были еще и мутными и нечистыми [44] . Пастер взял несколько образцов на анализ. Под микроскопом в правильно бродящем сусле из свекловичного сахара были хорошо видны те же округлые структуры, которые видели Шванн и другие ученые. В испорченных же образцах можно было различить длинные черные цепочки. А вместо алкоголя в них содержалась молочная кислота.

Пастер пришел к выводу, что круглые клетки – дрожжи – каким-то образом вырабатывают спирт. Черные элементы – чем бы они ни являлись – вырабатывают молочную кислоту. Свои догадки Пастер подкрепил остроумным экспериментом – одним из тех, что и обеспечили ему место в истории. На основе сахара он составил питательную среду, поместил ее в колбы, в одну из которых добавил осадок из «правильной» партии браги с фабрики Биджо, а в другую – из партии с молочной кислотой. В первой колбе образовался этанол, во второй – нет. Результаты эксперимента Пастера были более впечатляющими, чем догадки Шванна. Ему удалось получить доказательство! [45]

Пастер не знал, как уберечь свекловичный сахар от «неправильных» микроорганизмов, и даже не знал, что это за организмы, но он смог дать отличные советы: тщательно отмыть емкости, полностью избавиться от испорченных партий и начать все заново.

Впрочем, о достоверности этой истории есть разные мнения. Сам Пастер никогда не рассказывал анекдотов о том, как он отправился поработать на фабрику к достопочтенному мэтру Биджо. История всплыла лишь в более поздних жизнеописаниях ученого. На самом деле Пастер заинтересовался причинами брожения задолго до приезда в Лилль, хотя выпивкой как таковой сам он никогда не увлекался [46] . Свои ранние исследования он проводил на основе тартрата – эфира винной кислоты, побочного продукта виноделия. (Один из биографов Пастера Гилберт Гейсон записал: «Думаю, что уже в начале своих экспериментов Пастер надеялся найти взаимосвязь между кристаллической асимметрией, оптической активностью и самой жизнью» [47] .)

На этом его исследования не прекратились; более того, он серьезно и планомерно начал заниматься проблемами ферментации. Начиная с 1858 года Пастер опубликовал десятки статей и несколько книг, посвященных, как мы сейчас бы сказали, ферментационным технологиям. Не будет лишним заметить, что в этих работах он сделал немало открытий, на которых держится современная промышленная и медицинская микробиология.

Но вернемся чуть назад. Уже в первых опытах со сбраживанием раствора свекловичного сахара он понял, что этанол не был единственным продуктом брожения, – в зависимости от исходных компонентов ему удавалось выделить глицерол, янтарную и масляную кислоты. Он первым предположил, что микроорганизмы могут поглощать из окружающей среды некие химические соединения, проделывать с ними определенные манипуляции и выделять какие-то другие вещества. Это предположение легло в основу идеи о метаболизме – механизме получения энергии живыми существами.

В 1866 году Пастер опубликовал книгу «'Etudes sur le Vin» («Очерки о вине») – одну из фундаментальных работ на тему брожения, а еще через десять лет – аналогичную работу о пиве.

Современник Пастера Юстус фон Либих не принял его открытий и догадок. Он настаивал, что, хотя дрожжи и содержат вещества, благодаря которым сбраживание раствора сахара дает этанол, сами они не являются обязательной составляющей этого процесса. Пастер же утверждал, что дрожжи должны быть живыми, иначе они не будут действовать. Либих привел пару убедительных примеров в пользу своей точки зрения. В 1833 году французские химики выделили химическое вещество, превращающее крахмал в сахар без участия каких-либо живых организмов [48] . Тремя годами позже и сам Шванн выделил из оболочек желудков животных химическое вещество, которое он назвал пепсином. Это вещество могло разрушать мышечную ткань, сгустки крови (тромбы), а также свернувшийся яичный белок. Ученые назвали такие вещества «растворимыми ферментами». Это белки, способные ускорять биологические процессы, и в следующих главах мы поговорим о них подробнее [49] . Двое ученых вели открытую борьбу, высказывая свои точки зрения в обществе и на страницах научных журналов. Пастер продолжал настаивать на своих гипотезах и после смерти Либиха [50] .

К 1897 году все участники этого научного спора были мертвы, и отрасль должна была обходиться имеющейся информацией. В тот год немецкий химик Эдуард Бухнер на досуге посетил мюнхенскую лабораторию своего брата Ганса – микробиолога. Ганс пытался найти способ хотя бы на несколько часов сохранить активной жидкость, выделенную из дрожжей после разрушения их клеток. Одна из идей состояла в том, чтобы поместить эту жидкость в концентрированный – около 40 % – раствор сахара.

Один из образцов привлек внимание Эдуарда. Он заметил бульканье, которое, как ему было известно, означало процесс брожения. Братья принялись за работу, пытаясь выяснить, что именно произошло, и в итоге разработали способ, позволяющий бесконечно долго сохранять дрожжевой экстракт в активном состоянии: они смешали дрожжи с песком, растолкли смесь в ступке, чтобы разрушить клеточные оболочки дрожжей, добавили воду и отжали полученную пасту при помощи гидравлического пресса. Полученный «сок» они процедили через бумажный фильтр. «Самое любопытное качество отжатого сока – это его способность вызывать брожение в добавленных к нему углеводах», – писали братья. На тот момент они не знали, что полученный ими экстракт представлял собой очищенные ферменты. Бухнеры назвали его «зимазой» [51] : [52] .