Этим летом вся Европа была напугана очень маленьким существом — патогенным штаммом кишечной палочки Escherichia coli. Ее длина — всего 2-3 микрона, но она опасна и шустра. Поневоле задумаешься, кто же на нашей планете господствующий вид — человек или такие вот малютки?
Если одну кишечную палочку, которая, как известно, размножается простым бинарным делением, поместить в идеальную питательную среду и допустить, что еды у нее и ее потомков будет в достатке, то за сутки эта малышка способна образовать колонию весом около... 10 миллионов тонн! Шокирующая цифра, не правда ли? Одноклеточные — если и не самые главные, то уж точно самые весомые, в прямом смысле, жители земного шара. Суммарная биомасса всех микроорганизмов, в том числе микроскопических грибов и водорослей, составляет 76 миллиардов тонн (в сухом остатке, без учета воды). Все многоклеточные растения весят 55 миллиардов тонн, а масса животных, включая человека, составляет в сумме какие-то «жалкие» 500 миллионов тонн.
Да и в каждом здоровом человеческом теле наберется килограмма два бактерий, ведь человек — это симбиотический конгломерат клеток его собственного организма и бактерий. Как утверждает молодая наука метабономика, люди - это сверхорганизмы, в которых только 2-3 триллиона клеток непосредственно наши, родные. Еще добрую сотню триллионов составляют микроорганизмы — их в человеческом теле
более 500 видов. В этом сверхорганизме человеческая ДНК вовсе не является преобладающей, утверждает отец-основатель метабономики британский биохимик Джереми Николсон.
Каждый из нас обладает уникальным геномом, который складывается из собственного генетического материала и ДНК населяющих нас многочисленных одноклеточных.
КТО В ЧЕЛОВЕКЕ ЖИВЕТ?
В большинстве случаев младенцы рождаются стерильными. Однако в первые же сутки их жизни начинается создание микробиоценоза: человек колонизируется множеством микроорганизмов. Сначала это хаотический процесс, в ходе которого бактерии яростно борются за «место под солнцем» и внутри, и снаружи. Через 2-3 дня устойчивые колонии получают пожизненную прописку в различных частях тела. Это так называемые облигатные — полезные и. более того, необходимые микробы. Можно сказать, самые близкие людям живые существа в этом мире.
На всей поверхности кожи и в ее верхнем слое уютно устроились пропионибактерии, дифтероиды и коринебактерии. Они умеют поглощать приходящих извне патогенных бактерий, держат первый рубеж обороны. Слизистая оболочка глаз заселена стафилококками и микоплазмой, которые не дают случайным пришельцам закрепиться здесь и начать размножение, В желудке плавает дружная команда стрептококков, лакто- и бифидобактерий в окружении дрожжеподобных грибов; все они хорошо переносит кислую среду желудочного сока и дают старт процессу переваривания пищи. В кишечнике в тесноте, да не в обиде живут более 15 основных видов анаэробных бактерий и грибов рода Candida. И среди них та самая кишечная палочка Е. соli, непатогенные штаммы котором очень нужны человеку. Именно она вырабатывает в нашем организме витамин К2, отвечающий за свертываемость крови.
"Хотя мне исполнилось уже 50 лет, но у меня очень хорошо сохранились зубы, потому что я имею привычку каждое утро натирать их солью, а после очистки больших зубов гусиным пером хорошенько протирать их еще платком" — такие слова можно прочитать в письме сторожа судебной палаты из голландского города Делфта Антони ван Левенгука (1632-1723), которое он направил в Лондонское королевское общество. Ничего не скажешь, оригинальный способ соблюдения гигиены полости рта, но прославился Левенгук, конечно, не этим - а тем, что научил человечество видеть потаенные стороны жизни природы. У Левенгука не было «ученого» образования, зато была поистине пламенная страсть: увеличительные стекла. Он был одним из первых, кто догадался объединить несколько линз в зрительную трубу для изучения не макро-, а микромира. И получил таким образом микроскоп.
Материалы для своих исследований он выбирал бессистемно: перечный настой, волокна хрена, чешуйки кожи, глаз мухи, моллюски, выловленные в каналах Делфта. Соскоб с зубов он разбавлял водой и в волшебных стеклах наблюдал «невероятное количество маленьких животных, и притом в таком крошечном кусочке вышеуказанного вещества, что этому почти невозможно было поверить, а если не убедишься собственными глазами.
Самоучка Левенгук за 50 лет наблюдений зарисовал более 200 видов «крошечных зверьков», как он называл своих новых знакомцев. Впрочем, научной революции тогда не случилось — еще сотню лет после Левенгука микромир оставался для ученого мира эдаким «шапито в микроскопе».
ДРУЗЬЯ И ВРАГИ
Пожалуй, практически все самые привычные для нас продукты питания — хлеб, сыр, йогурт, пиво, вино, шоколад и многое другое — не что иное, как продукты брожения. Всю основную работу по их приготовлению производят анаэробные бактерии и дрожжевые грибы. Человеку остается только бережно хранить, селекционировать и культивировать закваски — колонии бактерий. И он делает это на протяжении тысячелетий. Еще за пять тысяч лет до Рождества Христова в древнем Вавилоне умели сбраживать напитки, а три с половиной тысячи лет назад египтяне придумали дрожжевой хлеб. Так что человек уже давно приручил своих микродрузей.
Профессиональные "дрессировщики», ученые-биотехнологи, вооружившись достижениями молекулярной биологии и генной инженерии, научили микробов делать массу полезных для человека вещей. Сегодня на полях вносят в почву бактериальные удобрения, а микробные инсектициды и пестициды, подверженные биодеградации, пришли на смену опасным химическим сельскохозяйственным реагентам. Тионовые (окисляющие серу) бактерии выщелачивают ценные металлы из рудных концентратов и повышают качество серосодержащего каменного угля. Современная фармацевтика немыслима без «рабочих лошадок» - бактерий, одноклеточных грибов и водорослей, производящих все виды антибиотиков, противоопухолевые препараты, витамины и аминокислоты.
Команда исследователей под руководством профессора Джозефа Чеппела из американского Университета Кентукки выяснила, что все запасы нефти и угля на нашей планете — результат жизнедеятельности одной-единственной микроводоросли Botryococcus braunii. Так что, если бы не она, не видать нам ни тепловой энергетики, ни автомобилей.
Кроме того, некоторые микроорганизмы — это еще и самые старательные и дотошные в мире уборщики. Подсчитано, что если бы не работа бактерий гниения, разлагающих органические вещества, то кости животных, обитавших на Земле с начала ледникового периода, покрывали бы сегодня всю сушу полутораметровым слоем.
Взаимовыгодное существование человека и микроорганизмов портит только одно обстоятельство: есть порядочное количество простейших, которые не прочь ускорить процесс превращения живого в мертвое, сократив его до пары суток.
Со времен Гиппократа и приблизительно до середины XIX века считалось, что болезни, которые мы сегодня называем инфекционными, вызываются дурным воздухом и вредными испарениями — «миазмами». Среди теоретиков патогенеза ближе всего к истине был однокашник Коперника Джироламо Фракасторо. живший за сто с лишним лет до Левенгука. Он писал о крошечных «семенах», которые передаются от человека к человеку, поселяются внутри и вызывают болезни. Однако Фракасторо и помыслить не мог, что эти «семена» живые.
Потери человечества от эпидемических инфекционных заболеваний значительно превышают число жертв военных конфликтов. На полях сражений Столетней войны (1337-1453) погибли сотни тысяч человек. А эпидемия бубонной чумы, случившаяся как раз во время той войны и продолжавшаяся всего пять лет, унесла жизни 34 миллионов европейцев. Всего же за все время существования нашей цивилизации жертвами одноклеточных возбудителей болезней пало около полутора миллиардов человек.
Весь XIX век в научном мире не утихали споры о том, виноваты ли микроорганизмы в том, что мы болеем и умираем. С одной стороны, ученые постоянно находили патогенных возбудителей в тканях умерших от холеры, туберкулеза, дифтерии; их чистые культуры выделили первые микробиологи, все как один — лауреаты Нобелевских премий по медицине: Эмиль Беринг, Пауль Эрлих, Илья Мечников и первооткрыватель возбудителей сибирской язвы, туберкулеза и холеры Роберт Кох. Но с другой стороны, приверженцы гигиенической теории не уставал и твердить, что все болезни происходят от грязи. Во главе гигиенистов стоял президент Баварской академии наук Макс фон Петтенкофер. Профессор прославился тем, что в 73 года в доказательство своих научных теорий в присутствии свидетелей проглотил чистую культуру холерного вибриона. Холерой Петтенкофер не заболел, все обошлось легким расстройством желудка. Понятия «специфический иммунитет» в тот момент еще не существовало, а профессор был здоров как бык. Наверняка сработала и сила внутренней убежденности в собственной правоте.
Петтенкофер настолько дорожил собственным здоровьем и не желал болеть, что, ощутив себя в 82 года дряхлеющим стариком, предпочел застрелиться.
Сегодня мы точно знаем: такие болезни, как чума, дифтерия, холера, туберкулез и многие другие, однозначно вызываются бактериями, которые в процессе своей жизнедеятельности выделяют токсины. Оспу, корь, гепатит, полиомиелит провоцируют не бактерии, а вирусы. Вирусы намного меньше бактерий (20-500 нанометров в поперечнике), и до сих пор не вполне понятно, живые они или нет. Сам но себе вирус размножаться не способен — он производит потомство, используя ДНК клетки, в которую внедряется.
КОВАРНЕЙ КОШКИ ЗВЕРЯ НЕТ
В отличие от вирусов, бактериям в деле продолжения рода свойственна самостоятельность. Высокая скорость размножения обеспечивает им видовое выживание, а относительно короткая ДНК позволяет оперативно мутировать, вынуждая человечество изобретать все новые и новые антибиотики. «Хитрость» микроорганизмов не ограничивается мутацией — известны случаи, когда бактерии манипулируют своими носителями. Такую удивительную способность демонстрирует, например, одноклеточный паразит токсоплазма.
Основные хозяева паразита — представители семейства кошачьих. Именно в их организмах токсоплазма размножается. Переносчиками же могут быть мыши, крысы, свиньи, птицы и люди. Еще недавно паразитологи считали, что токсоплазма представляет опасность разве что для младенцев, находящихся в утробе матери: при врожденном токсоплазмозе происходит поражение центральной нервной системы, глаз, часто младенец и вовсе погибает. Однако некоторые исследователи полагают, что токсоплазма способна влиять и на поведение взрослых людей.
В 2007 году ученые из Стэнфордского университета доказали, что эти паразиты управляют инстинктом самосохранения мышей. Здоровые мыши запрограммированы природой избегать кошачьих меток, но если в организм грызунов попадает токсоплазма, то кошачьи метки, наоборот, начинают их привлекать. При этом остальные рефлексы не нарушаются. Так токсоплазма контролирует свой собственный жизненный цикл, управляя переносчиком: для нее выгодно, чтобы мышь погибла, будучи съеденной кошкой.
Паразит способен перевиваться и человеку. Конечно, он не вызывает у нас желания пойти на корм кошкам, но определенные изменения сознания возникают. Можно, например, вспомнить о знакомых всем бабушках-кошатницах, готовых приютить в своих квартирах целую хвостатую стаю.
Впрочем, подлинную роль токсоплазмы ученым еще предстоит выяснить. Пока можно сказать только одно — «другим человека» она не была никогда. В отличие от нашего симбионта — кишечной палочки Е. coli. Каким же образом незаменимый помощник превратился в убийцу? Эта детективная интрига все еще ждет своей разгадки.
Пока ученые искали преступника, перебирая всех возможных подозреваемых, начиная с испанского огурца и заканчивая пажитником из Египта, эпидемия сама собой сошла на нет. Теперь уже не определить ни «место преступления», ни какая из миллиона других видов бактерий передала часть своего генома «хорошей* кишечной палочке, после чего та приобрела неприятную особенность вырабатывать гибельные для почек токсины и разрушать эритроциты. Кроме того, новый штамм, обозначенный шифром О104:Н4, получил от какого-то другого микроорганизма удивительную стойкость к антибиотикам.
ожно сказать и о простейших. Казалось бы, все просто: одноклеточные размножаются делением или почкованием, а значит, весь геном должен передаваться от «мамы» к «дочке* в целости и сохранности. Но существует еще и так называемый горизонтальный перенос генов — процесс, отдаленно напоминающий спаривание. Происходит физический контакт, в ходе которого бактерии обмениваются генетической информацией. Причем контактировать могут особи совершенно разных видов — и успешно. В результате возникают новые подвиды — штаммы, становящиеся звеном в непредсказуемой эволюции бактерий, эволюции гораздо более быстрой, чем у многоклеточных. Эта скорость и обеспечивает их невероятное видовое многообразие.
В 2009 году израильские микробиологи изучали палочки Paunibacillus dentintiformis и решили провести эксперимент: что будет, если начать морить их голодом? Предполагалось, что в условиях дефицита питания клетки начнут активно размножаться в целях сохранения вида. Однако все пошло совсем по-другому: бактерии не только прекратили размножаться, но и принялись убивать сородичей, избавляясь от «лишних ртов». Когда численность колонии стала соответствовать количеству питательных веществ, ситуация стабилизировалась.
Ученые пока не утверждают, что микробы обладают коллективным разумом, но существование у них примитивных социальных механизмов считают доказанным.
«У бактерий есть примитивная форма социального сознания. — полагает руководитель исследования профессор Эшел Бен-Якоб. — Они знают, как собирать информацию из окружающей среды и передавать ее друг другу. Они могут распределять задачи и хранить «коллективную память». Химический язык, с помощью которого они общаются, превращает колонии микробов в большой мозг».
Хотелось бы научиться понимать этот «большой мозг», а еще лучше - с ним дружить. Но микромир живет по своим законам, и наших знаний о нем пока слишком мало для заключения долгосрочного мирового соглашения.
Журнал Discovery ноябрь 2011
Смотрели: 111687 человек 
Оставили свои мысли: 1
