Тайны открытий XX века - Александр Волков

Как плохо мы знаем растения! Как плохо мы относимся к ним!

3.7. ТАЙНЫЙ КОСМОС БАКТЕРИЙ

Вместе мы сильны — эту истину бактерии усвоили миллиарды лет назад и разработали отменные стратегии взаимодействия. Первая заповедь: надо общаться. Бактерии постоянно пересчитывают друг дружку. Но как? В последние годы исследователи пытаются понять язык «бактерий».

Где легкий хруст ветвей и сумрачные шумы,Всепроникающий недуг.

Василий Комаровский

Они пришли побеждать

Первые жители Земли — микробы — появились около 3,8 миллиарда лет назад. В ту пору на планете практически не было кислорода, но им он был и не нужен. Два миллиарда лет они оставались единственными обитателями Земли. Со временем они изобрели фотосинтез, то есть научились превращать солнечный свет в богатые энергией углеводы. Начали вдыхать кислород. Заселили любую пригодную для жизни нишу — от глетчеров до гейзеров. Растения и животные не стали им конкурентами. Микробы изловчились создавать колонии внутри крупных организмов, процветая и размножаясь в этой богатой питательными веществами среде.

Симбиоз с некоторыми видами бактерий оказался выгоден и нам, людям: они помогают перерабатывать пищу, попавшую в кишечник. Другие же вечно досаждают нам. Они повинны в настоящей «гонке вооружений»: в фармацевтических лабораториях создают все новые, более изощренные лекарства. В каждом доме хранится целый арсенал оружия против микробов — домашняя аптечка, а их воинство все так же непобедимо. Микробы не хотят уступать ни пяди захваченного ими тела. Они проводят рекогносцировку местности, создают отряды самообороны, шлют вперед боевые дружины и по каждому поводу совещаются, совещаются — болтают без умолку.

Всего количество видов бактерий исчисляется несколькими миллионами, хотя ученые продолжают спорить о том, что означает понятие «вид» в царстве микробов. По принятым сейчас нормам, две бактерии относят к одному и тому же виду, если их ДНК совпадает на 70 процентов и более. Если применить тот же критерий к человеку, то гордое имя Homo sapiens должны по праву носить не только люди, гориллы и шимпанзе, но и, например, полуобезьяны: маки, лори и др.

В середине XX века, особенно после появления антибиотиков, дела микробов казались плохи. Многие инфекционные заболевания, сводившие в могилу миллионы людей, — туберкулез, холера, дифтерия и другие, — были почти побеждены. Но потом началось неожиданное. Все чаще смертоносные машины, созданные лучшими фармацевтами мира, давали осечку, стреляли в микробов, а попадали впросак. Микробы были живучее наших представлений о них. В сражении с ними медицинская махина стала пробуксовывать.

Начиная с 1980-х годов в промышленно развитых странах наблюдается рост инфекционных заболеваний. Так, сейчас в мире от заболевания одним лишь туберкулезом ежегодно умирает около 3 миллионов человек. А другие инфекции! Медики все чаще говорят о возможной пандемии особо опасной формы гриппа или чего-то подобного. Недаром такой переполох вызвала вспышка атипичной пневмонии. Потом заговорили о птичьем гриппе — опасности, казалось бы, поначалу далекой, но вот уже с лета 2005 года знакомой и нам, россиянам.

А микробы все продолжают что-то затевать; их колонии разрастаются; их коалиции становятся все сплоченнее. Каждое из их государств надеется — на свой лад — «покорить весь мир», то есть занять все возможные уголки тела, в котором они гнездятся, а если рядом окажется другое тело, то перепрыгнуть, перелететь в него — как в древности люди «перепрыгивали, перелетали» с одного острова на другой, понемногу покоряя весь мир. Так, по подсчетам биологов, при одном только поцелуе люди передают друг другу до 40 тысяч бактерий.

В этих городах не ступала нога человека

С середины 1990-х годов в войне с микробами ученые применили новейшее разведывательное средство — лазерный микроскоп. Так впервые открылась жизнь микробов во всей ее обыденности и разнообразии.

До этого считалось как? Бактерии — крайне примитивные организмы. Каждый их вид живет изолированно друг от друга и размножается среди себе подобных. Собственно говоря, так и было… в научных лабораториях, где каждому виду бактерий отдавался во владение свой дворец из стекла или металла — свой лабораторный сосуд. В природе, как показали недавние наблюдения, все наоборот. Микробы действуют на удивление сообща. Возможно, в этом — залог их непобедимости.

По словам американского микробиолога Уильяма Костертона, картина, увиденная им в лазерный микроскоп, напоминала «Манхэттен ночью, когда подлетаешь к нему на самолете». Посреди вязкой бактериальной пленки высились «небоскребы» из микробов, достигавшие 200 микрометров в высоту (обычный размер бактерий — 1 — 10 микрометров). Из дома в дом по целой сети каналов бесперебойно подавались ферменты, питательные вещества и молекулы кислорода, выводились отходы жизнедеятельности микробов. Целые полчища крохотных организмов — бактерии, простейшие, вирусы — слонялись по улицам этого «мегаполиса» и пожирали все, что им попадалось. В этом «городе» встречались и редкие «чужеземцы» — черви, грибы, водоросли, миниатюрные клещи и личинки насекомых.

Исследования показали, что обитатели подобных «городов» придерживались принципа разделения труда. Там, например, жили бактерии, которым кислород вреден; у них был штат «телохранителей», защищавших их от этого яда. Без них они бы погибли. Кислород же отводился по каналам «МикробОксигенСети» в те районы города, где жили давние его потребители.

Бактерия Staphylococcus aureus — источник «госпитальных инфекций» 

… Подобные колонии, получившие название «биопленок», стали обнаруживать всюду: на камнях и рифах, на растениях и памятниках, на стенках водопроводных труб и стеклышках контактных линз. Особенно прижились они в медицинских приборах: искусственные клапаны сердца и тазобедренные суставы, протезы и катетеры часто кишат колониями бактерий. Немудрено, что у многих пациентов больниц развиваются воспалительные процессы — они страдают от «госпитальных инфекций».

Сто двадцать тысяч лет одиночества

Бактерии — удивительные мастера выживания. Вот лишь некоторые открытия, сделанные в 2003 — 2004 годах.

Во время международной экспедиции в Саргассовом море — этой пустыне, лежащей посреди Атлантического океана, — было обнаружено около 1800 неизвестных прежде микробов. Генетики выявили у них более 600 генов, отвечающих за работу фоторецепторов. Очевидно, солнечный свет играет в экосистеме морей куда более важную роль, чем считалось прежде.

Американские исследователи отыскали в одном из горячих источников на дне Океана микробы, которые могут выдержать температуру до 130°С. До сих пор не был известен ни один организм, способный выдержать такую жару. Любопытно, что врачи стерилизуют операционные инструменты при более низкой температуре.

Микробы готовы жить в щелочах. Так, американские ученые выявили колонию бактерий, угнездившуюся в среде с водородным показателем 12,8. С таким же успехом она могла бы процветать в едком натре.

Среди кислотолюбивых микробов долго первенствовала Thermoplasma acidophilum — она выживала при кислотности, равной 0,4. В середине 1990-х годов было установлено, что бактерии рода Picrophilus могут размножаться в среде с водородным показателем равным 0, то есть при максимально возможной кислотности.

Биопленки можно обнаружить всюду 

Некоторым микробам нипочем и радиация. Так, бактерии рода Geobacter способны превращать уран в его оксид — уранинит. Это вещество не растворимо в воде, поэтому его легко можно собрать и тем самым очистить зараженную территорию. В опыте исследователей из Массачусетсского университета популяция бактерий за 50 дней превратила в уранинит 70 процентов выделенного им урана.

Американские исследователи обнаружили в пробах льда, взятых в Гренландии на глубине 3000 метров, — там, где лед частично смешался с вечной мерзлотой, — многочисленные колонии микробов: всего около 40 видов. Поражал их возраст — не менее 120 тысяч лет. Некоторые из них, попав в лабораторию, стали размножаться; только делали это раз в пять медленнее, чем обычные микробы. Возможно, они размножались даже в толще льда, но очень медленно.

Наружную обшивку кораблей приходится постоянно очищать от покрывающей ее биопленки 

Они выжили в самых необычных условиях: на холоде, при почти полном отсутствии кислорода и питательных веществ, при очень высоком давлении. Такие микроорганизмы могли бы населять Марс или спутник Юпитера — Европу.