Александр Волков - Тайны открытий XX века

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.

… 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».

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.

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.

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 -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.

Мы открываем все новые способности микробов. Одни — бактерии рода Rhodococcus — выращивают в водном растворе золота крупицы драгоценного металла размером, правда, всего несколько нанометров.

Другие могут вырабатывать полимеры. Так, в бактериях Ralstonia euthropia при избытке пищи, содержащей углерод, образуются молекулы полигидроксиалканоата — вещества, которое обладает теми же свойствами, что и термопласт, но зато, выброшенное на свалку, полностью перегнивает, как жухлая листва. Сейчас ДНК этой бактерии полностью расшифрована. Ученые намерены внедрить ее гены некоторым культурным растениям. Тогда биопластик можно было бы получать из картофеля или кукурузы. По-видимому, из него будет изготавливаться упаковка для продуктов питания. Биопластик произведет революцию и в медицине.