Знание - сила, 2005 № 04 (934)

Симбиозе 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.

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 умирают 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...

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.

Биопленки обнаруживают всюду

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, одноклеточные, 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.

...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".

Коронавирус, вызывающий ОРВИ, гастроэнтерит и атипичную пневмонию. Процесс размножения

Сто двадцать тысяч лет одиночества

Бактерии — удивительные мастера выживания. Вот лишь некоторые открытия, сделанные в минувшем году.

* 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. Возможно, солнечный свет играет в экосистеме морей куда более важную роль, чем считалось прежде. Вообще же, предполагают некоторые ученые, до 99 процентов организмов, населяющих Мировой океан, — прежде всего беспозвоночные, — нам пока неизвестны. Их только предстоит открыть.

* Американские исследователи отыскали в одном из горячих источников на дне океана микробы, которые Moiyr 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.

* 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 лада, но очень медленно.

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.

Пока биологи не могут понять, как выжили эти микробы. Возможно, они пребывали в спячке. Исследования показывают, что микроорганизмы могут выжить в глыбе морского льда при температуре до минус 40°С. Лишь тогда замерзает тончайшая водяная оболочка, окутывающая микроб, и кристаллики льда разрезают его. До этого он борется за свое существование, выделяя определенные протеины.

Ученые обратили внимание также на то, что почти все найденные бактерии гораздо меньше обычного: их длина не превышает 0,2 микрометра. Некоторые представляют собой аномальные образцы обычных микробов, и аномальность их вызвана теми суровыми условиями, в которых они оказались. Другие, возможно, таковы по своей природе. Можно только гадать, какими свойствами обладают эти микробы, вернувшиеся с холода.

Смысл консенсуса — в кворуме

Итак, бактерии живут колониями, выстраивая свои "муравейники" повсюду. В этих крепостях они лучше одиноких собратьев защищены от солнечного света, ветра и радиоактивного излучения. Но раз они поселяются колонией, им надо общаться друг с другом. Как?