Популярно о микробиологии - Михаил Бухар

Глава 16

Хлеб для Робинзона, или

Несколько слов о пользе коллекционирования

Прежде всего, у меня не было закваски; впрочем, этому горю все равно пособить было нечем, и потому о закваске я не заботился.

Д. Дефо

Даниэль Дефо, автор известного романа «Жизнь и удивительные приключения Робинзона Крузо»[3], забросив своего героя на необитаемый остров, всячески помогает ему, периодически снабжая предметами первой необходимости с потерпевших крушение кораблей. Благодаря таким счастливым «случайностям» Робинзон получает одежду, плотницкий инструмент, ружья вместе с солидным запасом пороха и пуль и многое другое. Единственное, чем не смог «обеспечить» своего героя Даниэль Дефо, — это хлебом, несмотря на то что из случайно уцелевших зерен Робинзону удалось получить через несколько лет приличный запас зерна. Однако для его превращения в хлеб нужно было иметь дрожжи, или, как их тогда называли, «закваску».

«Прежде всего, у меня не было закваски; впрочем, этому горю все равно пособить было нечем, и потому о закваске я не заботился…» Внимательному читателю эта цитата скажет о многом. Во-первых, из нее следует, что получение закваски представляет достаточно трудное мероприятие, и чтобы сохранить ее, хлебопекам того времени приходилось ежедневно обновлять или, как принято говорить теперь у микробиологов, «пересевать» ее. Во-вторых, с очевидностью следует, что во времена Дефо вопросы, связанные с хранением и пересылкой культур микроорганизмов, совершенно не были разработаны. В противном случае Даниэлю Дефо, а он считался одним из образованнейших людей своего времени, ничего не стоило бы устроить так, чтобы его герою «случайно» попала пробирка с культурой дрожжей, и таким образом, проблема получения хлеба на необитаемом острове была бы решена.

Выпечка хлеба, которого так не хватало Робинзону, — одно из крупных достижений человечества. Получение этого ценного продукта основано на использовании дрожжей. Вещества, образуемые ими в процессе ферментации, создают присущие хлебу пористость, вкус и аромат, т. е. свойства, которые получить другим путем нельзя. Для выпечки применяют специальные расы дрожжей, выделяя их и поддерживая в активном состоянии.

Однако искусством выделения и поддержания микробных культур наука овладела сравнительно недавно. Поэтому, когда в фильме «Робинзон Крузо», поставленному по одноименному роману, мы видим нашего героя с буханкой пышного круглого хлеба, нам остается только развести руками от удивления. Роман, как известно, был написан в 1719 г., а способ длительного хранения микроорганизмов на твердых питательных средах был разработан Р. Кохом значительно позднее, в конце XIX в. Простим, однако, постановщикам фильма эту ошибку — все-таки они не микробиологи — и посмотрим, каких же успехов добилось человечество со времени Даниэля Дефо в вопросе хранения микробных культур.

Каждый, кто видел зеленый налет на поверхности заплесневелого продукта, может считать, что он знаком с проблемой выращивания микроорганизмов на твердых средах. Однако такой метод несовершенен, поскольку многие микробы требуют для своего роста сложных по составу сред. Кроме того, быстро подсыхая, натуральные среды не дают возможности поддерживать культуру достаточно долгое время. Впервые твердые питательные среды с использованием желатины были предложены Р. Кохом. Жидкие питательные среды при добавлении желатины легко превращались в твердые, на поверхности которых хорошо развивались микроорганизмы. Желатина, однако, легко расщеплялась ферментами микроорганизмов и разжижалась. Таким образом, основное преимущество исчезало, и среда вновь становилась жидкой. Впоследствии желатина была заменена агаром — полисахаридом, выделяемым из водорослей. Агар значительно реже разжижается микроорганизмами и представляет незаменимую находку для микробиологии. Несмотря на огромные успехи химии, найти лучшее вещество для создания твердых или, как принято говорить, агаризованных сред, пока никому не удалось. Естественно, что микроорганизмы существенно различаются по своим потребностям в питательных веществах, поэтому, несмотря на общую агаровую основу, среды по составу значительно разнятся между собой.

Пробирки с застывшей в наклонном состоянии агаризованной средой представляют собой самый распространенный вариант хранения культур микроорганизмов. Однако такие выращенные на скошенном агаре культуры тоже необходимо периодически пересевать на свежие среды. Когда микробиологи научились выделять из природных смесей микроорганизмы только одного вида, со всей остротой встала проблема их сохранения. Пока число полученных чистых культур микроорганизмов не превышало нескольких десятков на каждого исследователя, самостоятельно занимавшегося их выделением, поддержание культур в жизнеспособном состоянии не представляло большой сложности. Однако, как только количество выделенных культур значительно возросло, сохранение их в жизнеспособном состоянии превратилось в серьезную проблему. Однажды выделенные и описанные культуры в отсутствие должного ухода гибли, заражаясь сопутствующей микрофлорой, что сводило на нет затраченные в свое время усилия по их выделению.

Первый центр по сбору и поддержанию микробных культур был создан в Голландии в 1907 г. На смену мелким лабораторным коллекциям пришли крупные, ставившие перед собой задачи по сбору, поддержанию в жизнеспособном состоянии и изучению большого числа различных микробных культур.

Методы хранения, применявшиеся до недавнего времени, основаны на периодическом обновлении популяции клеток путем пересева культур на свежие среды. Если их состав хорошо подобран, то культура сохраняет не только жизнеспособность, но и свои специфические свойства, будь то способность к сверхсинтезу каких-либо ценных веществ, умение расти на определенных субстратах или другие физиолого-биохимические свойства.

И все же, несмотря на тщательно подобранный состав среды, после многократных пересевов культуры микроорганизмов утрачивали некоторые специфические свойства, которые представляли основной интерес для исследователей или практиков.

В связи с этим возникла необходимость поиска новых методов сохранения культур. Их суть должна была состоять в максимальном замедлении процессов метаболизма при одновременном сохранении жизнеспособности культуры. Это было достигнуто либо ее хранением при пониженных температурах, включая и сверхнизкие (жидкий азот -186 °C), либо лиофилизацией (сушкой из замороженного состояния). Оба метода приводят к максимальному замедлению процессов метаболизма, а методика обратного перевода законсервированных культур в жизнеспособное состояние позволяет даже после длительного хранения получить культуры с тем же набором исходных физиолого-биохимических свойств.

В настоящее время в коллекциях культур во всем мире насчитывается свыше 70 000 различных микроорганизмов, и это количество постоянно увеличивается. 70 000 культур представляют собой уникальный набор возможных вариантов для получения не только культур-сверхпродуцентов для микробиологической промышленности, но и дают возможность получения методами генетической инженерии совершенно новых организмов с невиданными в природе свойствами. По образному выражению одного из ученых, «…в коллекции культур (имеется в виду американская коллекция микроорганизмов — одна из крупнейших в мире) заключается больше богатств, чем в кладовых всех банков Соединенных Штатов».

Результаты, добытые скрупулезным трудом микробиологов, не пропадают даром, а до поры хранятся в банке и ждут своего часа, чтобы начать платить человечеству большие проценты.

Глава 17

Честолюбивые планы Урфина Джюса и Крейга Вентера

Создание жизни — путь к пониманию природы и самой жизни.

Джим Томас

Урфин Джюс из повести-сказки Александра Волкова превращал неживые предметы в живые с помощью чудесного порошка неизвестной природы и таинственного происхождения.

Злому и недалекому Урфину Джюсу было неважно, каким образом деревянные чурбаки становятся живыми. Он просто использовал их в своих честолюбивых планах по завоеванию королевства.

Честолюбие ученых направлено в другую сторону. Их интересует происхождение жизни, что отличает живую материю от неживой и как функционируют живые организмы. Наука о происхождении живого прошла огромный путь: от представлений древних, что мыши заводятся в грязном белье, а мухи зарождаются из тухлого мяса, до современных успехов молекулярной биологии и генетической инженерии. Вехами на этом славном пути являются работы Ф. Реди, Г. Менделя, Л. Пастера, Т. Шванна, И. Мечникова и многих других.