Eiropu biedēja ļoti maza būtne - patogēns Escherichia coli celms. Tās garums ir tikai 2-3 mikroni, bet tas ir bīstams un veikls. Var neviļus domāt, kura ir dominējošā suga uz mūsu planētas - cilvēks vai tik mazi bērni?
Ja vienu Escherichia coli, kas, kā jūs zināt, reproducē ar vienkāršu bināru dalīšanos, ievieto ideālā uzturvielu barotnē un tiek pieņemts, ka viņai un viņas pēcnācējiem būs daudz barības, tad šis mazulis var veidot koloniju, kas sver apmēram … 10 miljonus tonnu dienā! Šokējošs skaitlis, vai ne? Vienšūnu organismi ir, ja ne vissvarīgākie, tad noteikti visnozīmīgākie, tiešā nozīmē, zemeslodes iedzīvotāji. Visu mikroorganismu, ieskaitot mikroskopiskās sēnes un aļģes, kopējā biomasa ir 76 miljardi tonnu (sausnā, izņemot ūdeni). Visi daudzšūnu augi sver 55 miljardus tonnu, un dzīvnieku, ieskaitot cilvēkus, masa ir aptuveni "nožēlojami" 500 miljoni tonnu.
Katrā veselīga cilvēka ķermenī būs divi kilogrami baktēriju, jo cilvēks ir simbiotisks sava ķermeņa šūnu un baktēriju konglomerāts. Saskaņā ar jauno metabomikas zinātni cilvēki ir superorganismi, kuros tikai 2-3 triljoni šūnu ir tieši mūsu, radinieki. Vēl simts triljoni ir mikroorganismi - cilvēka ķermenī ir
vairāk nekā 500 sugu no tiem. Šajā superorganismā cilvēka DNS nepavisam nav pārsvarā, saka metabomikas dibinātājs, britu bioķīmiķis Džeremijs Nikolsons.
Katram no mums ir unikāls genoms, kuru veido mūsu pašu ģenētiskais materiāls un daudzo vienšūnu organismu, kas mūs apdzīvo, DNS.
KAS DZĪVOTI PERSONĀ?
Vairumā gadījumu mazuļi piedzimst sterili. Tomēr jau pirmajā dzīves dienā sākas mikrobiocenozes veidošanās: cilvēku kolonizē daudzi mikroorganismi. Sākumā tas ir haotisks process, kura laikā baktērijas sīvi cīnās par “vietu saulē” gan iekšpusē, gan ārpusē. Pēc 2-3 dienām izturīgās kolonijas saņem mūža uzturēšanās atļauju dažādās ķermeņa daļās. Tie ir tā sauktie obligāti - noderīgie un. turklāt nepieciešamie mikrobi. Mēs varam teikt, ka dzīvās būtnes, kas ir vistuvāk cilvēkiem šajā pasaulē.
Uz visas ādas virsmas un tās augšējā slānī propionibaktērijas, difterīdi un korinebaktērijas atradās ērti. Viņi zina, kā absorbēt patogēnās baktērijas, kas nāk no ārpuses, viņi tur pirmo aizsardzības līniju. Acu gļotādu apdzīvo stafilokoki un mikoplazmas, kas neļauj nejaušiem citplanētiešiem šeit nostiprināties un sākt vairoties. Darbā vēderā peld draudzīga streptokoku, lakto- un bifidobaktēriju komanda, ko ieskauj raugam līdzīgas sēnītes; visi tie labi panes kuņģa sulas skābo vidi un sāk gremošanas procesu. Vairāk nekā 15 galvenie Candida ģints anaerobo baktēriju un sēnīšu veidi zarnās dzīvo ierobežotā stāvoklī, bet nav aizskarti. Un starp tiem ir tie paši E. coli E. coli, kas nav patogēni celmi, kas cilvēkiem patiešām nepieciešami. Tieši viņa ražo K2 vitamīnu mūsu ķermenī, un tā ir atbildīga par asins recēšanu.
“Lai arī man jau ir apritējuši 50 gadi, mani zobi ir ļoti labi saglabājušies, jo man ir ieradums katru rītu tos berzēt ar sāli un pēc lielu zobu tīrīšanas ar zosu spalvu tos rūpīgi noslaucīt ar kabatlakatiņu” - šos vārdus var lasīt tiesas palātas apsarga vēstulē. no Nīderlandes pilsētas Delftas Entonijs van Lēvenhoeks (1632-1723), kuru viņš nosūtīja Londonas Karaliskajai biedrībai. Jūs neko nevarat pateikt, oriģinālais mutes dobuma higiēnas ievērošanas veids, taču Levenguk, protams, kļuva slavens, protams, nevis par to - bet gan par to, ka iemācīja cilvēcei saskatīt dabas dzīves slēptās puses. Levengukam nebija “zinātnieka” izglītības, taču viņam bija patiesi ugunīga aizraušanās: palielināmie stikli. Viņš bija viens no pirmajiem, kurš uzminēja teleskopā apvienot vairākus objektīvus, lai pētītu nevis makro, bet mikro pasauli. Un tā viņš ieguva mikroskopu.
Materiāli pētniecībai viņš izvēlējās nejauši: piparu uzlējums, mārrutku šķiedras, ādas pārslas, mušu acis, gliemenes, kas nozvejotas Delftas kanālos. Viņš atšķaidīja skrāpējumus no zobiem ar ūdeni un burvju brillēs novēroja “neticami daudz mazu dzīvnieku un turklāt tik niecīgā iepriekšminētās vielas gabaliņā, ka tam bija gandrīz neiespējami ticēt, un, ja jūs to neredzējāt savām acīm.
Pašmācītais Levenguks 50 gadu novērošanas laikā ieskicēja vairāk nekā 200 "sīku dzīvnieku" sugas, kā viņš sauca savus jaunos paziņas. Tomēr zinātniskā revolūcija toreiz nenotika - simts gadus pēc Levenguka mikrokosms zinātniskajai pasaulei bija sava veida "telts mikroskopā".
DRAUGI UN IENĀKUMI
Varbūt gandrīz visi mums vispazīstamākie pārtikas produkti - maize, siers, jogurts, alus, vīns, šokolāde un vēl daudz vairāk - nav nekas vairāk kā fermentācijas produkti. Visu galveno darbu pie to sagatavošanas veic anaerobās baktērijas un raugi. Cilvēks var tikai rūpīgi uzglabāt, atlasīt un kultivēt sākuma kultūras - baktēriju kolonijas. Un viņš to ir darījis gadu tūkstošiem ilgi. Pat piecus tūkstošus gadu pirms Kristus dzimšanas senajā Babilonijā viņi zināja, kā raudzēt dzērienus, un pirms trīsarpus tūkstošiem gadu ēģiptieši izgudroja rauga maizi. Tātad cilvēks jau sen ir pieradinājis savus mikro draugus.
Profesionāli "pasniedzēji", zinātnieki-biotehnologi, bruņojušies ar molekulārās bioloģijas un gēnu inženierijas sasniegumiem, iemācīja mikrobiem padarīt daudz cilvēkiem noderīgu lietu. Mūsdienās laukos augsnei tiek uzklāts baktēriju mēslojums, un mikrobiālie insekticīdi un bioloģiski noārdāmie pesticīdi ir aizstājuši bīstamās lauksaimniecības ķimikālijas. Thioniskās (sēru oksidējošās) baktērijas no rūdu koncentrāta izskalo vērtīgus metālus un uzlabo sēru saturošu ogļu kvalitāti. Mūsdienu farmācija nav iedomājama bez "darba zirgiem" - baktērijām, vienšūnu sēnītēm un aļģēm, kas ražo visu veidu antibiotikas, pretvēža zāles, vitamīnus un aminoskābes.
Pētnieku grupa, kuru vadīja profesors Džozefs Čapells no Amerikas Kentuki universitātes, atklāja, ka visas naftas un ogļu rezerves uz mūsu planētas ir vienas mikroalga Botryococcus braunii dzīves rezultāts. Tātad, ja tas nebūtu viņai, mēs neredzētu ne siltumenerģiju, ne automašīnas.
Turklāt daži mikroorganismi ir arī rūpīgākie un rūpīgākie tīrīšanas līdzekļi pasaulē. Aprēķināts, ka, ja tas nebūtu saistīts ar puves baktērijām, kas noārda organiskās vielas, tad dzīvnieku kauli, kuri uz Zemes dzīvojuši kopš ledus laikmeta sākuma, šodien visu zemi pārklātu ar pusotra metra slāni.
Cilvēku un mikroorganismu abpusēji izdevīgo eksistenci sabojā tikai viens apstāklis: ir diezgan daudz vienšūņu, kas nemēdz paātrināt dzīves pārvēršanu mirušos, samazinot to līdz pāris dienām.
No Hipokrāta laikiem līdz aptuveni 19. gadsimta vidum tika uzskatīts, ka slimības, kuras mēs šodien saucam par infekciozām, izraisa slikts gaiss un kaitīgi izgarojumi - "miasms". Starp patoģenēzes teorētiķiem vistuvākais patiesībai bija Kopernika klasesbiedrs Girolamo Fracastoro. kurš dzīvoja vairāk nekā simts gadus pirms Levenguka. Viņš rakstīja par niecīgām "sēklām", kuras tiek nodotas vienam cilvēkam, apmetas iekšā un izraisa slimības. Tomēr Fracastoro pat nevarēja iedomāties, ka šīs "sēklas" ir dzīvas.
Cilvēku zaudējumi no epidēmiskām infekcijas slimībām ievērojami pārsniedz militāro konfliktu upuru skaitu. Simtgadu kara (1337-1453) kaujas laukos gāja bojā simtiem tūkstošu cilvēku. Un buboņu mēra epidēmija, kas notika šī kara laikā un ilga tikai piecus gadus, prasīja 34 miljonu eiropiešu dzīvības. Kopumā visā mūsu civilizācijas pastāvēšanas laikā apmēram pusotrs miljards cilvēku ir miruši kā vienšūnu patogēnu upuri.
Viss 19. gadsimts zinātnes pasaulē neatslāba diskusijās par to, vai mikroorganismi ir vainīgi faktā, ka mēs saslimstam un mirstam. No vienas puses, zinātnieki pastāvīgi atrada patogēnos ierosinātājus audos, kas miruši no holēras, tuberkulozes, difterijas; viņu tīro kultūru identificēja pirmie mikrobiologi, visi kā viens - Nobela prēmijas laureāti medicīnā: Emīls Berings, Pols Ehrlihs, Iļja Mehņikovs un Sibīrijas mēra, tuberkulozes un holēras izraisītāju atradējs Roberts Kočs. Bet, no otras puses, higiēnas teorijas piekritēji nekad nav noguruši atkārtot, ka visas slimības rodas no netīrumiem. Higiēnistus vadīja Bavārijas Zinātņu akadēmijas prezidents Makss fon Pettenkofers. Profesors kļuva slavens ar to, ka 73 gadu vecumā liecinieku klātbūtnē viņš norija tīru Vibrio holēras kultūru, lai pierādītu savas zinātniskās teorijas. Holera Pettenkofere neslimoja,viss izrādījās neliels gremošanas traucējumi. Jēdziens "specifiska imunitāte" tajā brīdī vēl neeksistēja, un profesors bija tikpat veselīgs kā buļlis. Droši vien arī darbojās iekšējās pārliecības spēks par savu taisnību.
Pettenkofers tik ļoti novērtēja savu veselību un nevēlējās slimot, ka, jūtoties kā pazemīgs sirmgalvis 82 gadu vecumā, deva priekšroku šaušanai.
Šodien mēs droši zinām: tādas slimības kā mēris, difterija, holēra, tuberkuloze un daudzas citas viennozīmīgi izraisa baktērijas, kuras dzīves laikā izdala toksīnus. Baku, masalu, hepatītu, poliomielītu provocē nevis baktērijas, bet vīrusi. Vīrusi ir daudz mazāki nekā baktērijas (20-500 nanometri pāri), un joprojām nav pilnībā skaidrs, vai tie ir dzīvi vai nē. Pats vīruss nav spējīgs vairoties - tas rada pēcnācējus, izmantojot tās šūnas DNS, kurā tas tiek ievadīts.
KAZIEM NAV JEBKĀDA ZVAIGZNES
Atšķirībā no vīrusiem, baktērijas ir neatkarīgas reprodukcijā. Augstais reprodukcijas līmenis nodrošina viņiem sugu izdzīvošanu, un salīdzinoši īsais DNS ļauj viņiem ātri mutēt, liekot cilvēcei izgudrot arvien vairāk antibiotiku. Mikroorganismu "triks" neaprobežojas tikai ar mutāciju - ir gadījumi, kad baktērijas manipulē ar saviem nesējiem. Šādu pārsteidzošu spēju pierāda, piemēram, vienšūnu parazīts Toxoplasma.
Galvenie parazīta saimnieki ir kaķu ģimenes pārstāvji. Tieši viņu organismos toksoplazma vairojas. Pārvadātāji var būt peles, žurkas, cūkas, putni un cilvēki. Vēl nesen parazitologi uzskatīja, ka Toxoplasma rada briesmas tikai mazuļiem dzemdē: ar iedzimtu toksoplazmozi tiek bojāta centrālā nervu sistēma un acis, un bērniņš bieži mirst pavisam. Tomēr daži pētnieki uzskata, ka Toksoplazma var ietekmēt arī pieaugušo uzvedību.
2007. gadā Stenfordas universitātes zinātnieki pierādīja, ka šie parazīti kontrolē peļu pašsaglabāšanās instinktu. Veselīgas peles pēc būtības ieprogrammē, lai izvairītos no kaķu atzīmēm, bet, ja Toxoplasma nonāk grauzēju ķermenī, tad kaķu zīmes, gluži pretēji, sāk tās pievilināt. Šajā gadījumā pārējie refleksi netiek traucēti. Tātad Toksoplazma kontrolē savu dzīves ciklu, kontrolējot vektoru: tas ir izdevīgi, ja peles mirst pēc tam, kad kaķis to ir ēdis.
Parazīts ir arī spējīgs pārstādīt cilvēkiem. Protams, tas neliek mums vēlēties ēst kaķus, taču zināmas apziņas izmaiņas tomēr notiek. Piemēram, jūs varat atsaukt pazīstamās visām vecmāmiņām ar kaķu jaunkundzēm, kuras ir gatavas savos dzīvokļos patvert veselu astes ganāmpulku.
Tomēr zinātniekiem joprojām ir jāizdomā Toxoplasma patiesā loma. Pagaidām var pateikt tikai vienu lietu - viņa nekad nav bijusi “cita persona”. Atšķirībā no mūsu simbionta - E. coli. Kā neaizstājamais palīgs kļuva par slepkavu? Šī detektīvu intriga joprojām tiek atrisināta.
Kamēr zinātnieki meklēja vainīgo, sakārtojot visus iespējamos aizdomās turamos, sākot ar Spānijas gurķi un beidzot ar Ēģiptes fenugreek, pati epidēmija nonāca bezizejā. Tagad vairs nav iespējams noteikt ne "nozieguma vietu", ne kādu no miljoniem citu baktēriju sugu daļu sava genoma pārnesa uz "labo * E. coli", pēc tam tā ieguva nepatīkamo īpašību - ražot toksīnus, kas nāvējoši nierēm un iznīcina sarkanās asins šūnas. Turklāt jaunais celms ar apzīmējumu O104: H4 ir saņēmis pārsteidzošu rezistenci pret antibiotikām no dažiem citiem mikroorganismiem.
Var teikt arī vienšūņi. Liekas, ka viss ir vienkārši: vienšūnu organismi pavairot dalās vai veidojas, kas nozīmē, ka viss genoms no “mātes” uz “meitu *” ir jāpārvieto droši un droši. Bet ir arī tā saucamā horizontālā gēnu pārnešana - process, kas neskaidri atgādina pārošanos. Notiek fizisks kontakts, kura laikā baktērijas apmainās ar ģenētisko informāciju. Turklāt pilnīgi dažādu sugu indivīdi var sazināties - un veiksmīgi. Tā rezultātā rodas jaunas pasugas - celmi, kas kļūst par saiti neparedzamā baktēriju evolūcijā, evolūcija notiek daudz ātrāk nekā daudzšūnu organismiem. Šis ātrums nodrošina viņu neticamo sugu daudzveidību.
Izraēlas mikrobiologi 2009. gadā izpētīja Paunibacillus dentintiformis bacillus un nolēma veikt eksperimentu: kas notiks, ja jūs sāksit tos badā? Tika pieņemts, ka barības deficīta apstākļos šūnas sāks aktīvi vairoties, lai saglabātu sugas. Tomēr viss gāja pavisam savādāk: baktērijas ne tikai pārstāja vairoties, bet arī sāka nogalināt radiniekus, atbrīvojoties no “papildu mutēm”. Kad kolonijas lielums sāka atbilst uzturvielu daudzumam, situācija stabilizējās.
Zinātnieki vēl neapgalvo, ka mikrobiem ir kolektīvs prāts, bet primitīvu sociālo mehānismu esamība tajos tiek uzskatīta par pierādītu.
“Baktērijām ir primitīva sociālās apziņas forma. - uzskata pētījuma vadītāja profesore Eshel Ben-Jakob. “Viņi zina, kā savākt informāciju no vides un nodot to viens otram. Viņi var sadalīt uzdevumus un uzglabāt "koplietojamo atmiņu". Ķīmiskā valoda, kuru viņi izmanto saziņai, pārveido mikrobu kolonijas lielās smadzenēs."
Es gribētu iemācīties izprast šīs “lielās smadzenes”, un vēl labāk - draudzēties ar viņu. Bet mikrokosms dzīvo saskaņā ar saviem likumiem, un mūsu zināšanas par to joprojām ir pārāk maz, lai noslēgtu ilgtermiņa izlīguma līgumu.
Žurnāls Discovery 2011. gada novembris
Reklāmas video: