Европа беше уплашена от много малко същество - патогенен щам на Escherichia coli. Дължината му е само 2-3 микрона, но е опасна и пъргава. Човек неволно ще се чуди кой е доминиращият вид на нашата планета - човек или такива малки?
Ако една Escherichia coli, която, както знаете, се възпроизвежда чрез обикновен бинарен делене, е поставена в идеална хранителна среда и се предполага, че тя и нейните потомци ще имат много храна, тогава това бебе може да образува колония с тегло около … 10 милиона тона на ден! Шокираща фигура, нали? Едноклетъчните организми са, ако не най-важните, то със сигурност най-значимите в буквалния смисъл са жителите на земното кълбо. Общата биомаса на всички микроорганизми, включително микроскопични гъби и водорасли, е 76 милиарда тона (в сухо вещество, с изключение на водата). Всички многоклетъчни растения тежат 55 милиарда тона, а масата на животните, включително хората, допринася за някои „мизерни“500 милиона тона.
И във всяко здраво човешко тяло ще има два килограма бактерии, защото човек е симбиотичен конгломерат от клетки на собственото си тяло и бактерии. Според младата наука за метаболомиката хората са свръхарганизми, в които само 2-3 трилиона клетки са пряко наши, роднини. Още сто трилиона са микроорганизмите - в човешкото тяло има
повече от 500 вида от тях. В този супераганизъм човешката ДНК изобщо не преобладава, казва основателят на метаболомиката, британският биохимик Джеръми Никълсън.
Всеки от нас има уникален геном, който е изграден от нашия собствен генетичен материал и ДНК на многобройните едноклетъчни организми, които ни обитават.
КОЙ ЖИВА В ЛИЦЕ?
В повечето случаи бебетата се раждат стерилни. Въпреки това, още на първия ден от живота им започва създаването на микробиоценоза: човек е колонизиран от много микроорганизми. Отначало това е хаотичен процес, по време на който бактериите ожесточено се борят за „място на слънцето” както отвътре, така и отвън. След 2-3 дни резистентните колонии получават разрешение за пребиваване в различни части на тялото. Това са така наречените облигати - полезни и. освен това необходимите микроби. Можем да кажем, че живите същества са най-близо до хората в този свят.
По цялата повърхност на кожата и в горния й слой удобно се сгушват пропионибактерии, дифтероиди и коринебактерии. Те знаят как да абсорбират патогенни бактерии, идващи отвън, държат първата линия на защита. Лигавицата на очите се обитава от стафилококи и микоплазма, които не позволяват на случайни извънземни да се укрепят тук и да започнат да се възпроизвеждат. В стомаха плува приятелски екип от стрептококи, лакто- и бифидобактерии, заобиколен от гъбички, подобни на дрожди; всички те понасят добре киселата среда на стомашния сок и дават начало на процеса на храносмилане. Повече от 15 основни вида анаеробни бактерии и гъбички от рода Candida живеят в червата в тесни, но не и обидени. И сред тях е същият E. coli E. coli, непатогенните щамове от който хората наистина се нуждаят. Именно тя произвежда витамин К2 в нашето тяло, който е отговорен за съсирването на кръвта.
„Въпреки че вече навърших 50 години, зъбите ми са много добре запазени, тъй като имам навика да ги търкам със сол всяка сутрин и след почистване на големи зъби с гъши пух, ги избърсвам старателно с носна кърпа“- тези думи могат да се прочетат в писмото на пазача на съдебната палата от холандския град Делфт Антъни ван Левенхук (1632-1723), който той изпраща в Лондонското кралско общество. Не можете да кажете нищо, оригиналният начин на спазване на устната хигиена, но Левенгук стана известен, разбира се, не с това - а с това, че научи човечеството да вижда скритите страни на живота на природата. Левенгук нямаше образование „учен“, но имаше истински пламенна страст: лупа. Той беше един от първите, който предположи да комбинира няколко обектива в телескоп, за да изучи не макроса, а микровъра. И така той получи микроскоп.
Той избра материали за своето изследване случайно: вливане на пипер, влакна от хрян, люспи от кожата, мушични очи, миди, уловени в каналите на Делфт. Той разреждаше изстъргването от зъбите с вода и наблюдаваше във вълшебните чаши „невероятен брой малки животни и освен това с толкова малко парченце от горното вещество, че беше почти невъзможно да повярваш, а ако не и да се убедиш със собствените си очи.
Самоук Левенгук за 50 години наблюдение скицира над 200 вида "мънички животни", както той нарече новите си познати. Научната революция обаче не се случи тогава - в продължение на сто години след Левенгук, микрокосмосът остава за научния свят своеобразна „палатка в микроскоп“.
ПРИЯТЕЛИ И ВРАЖЕНИЯ
Може би, почти всички най-познати за нас хранителни продукти - хляб, сирене, кисело мляко, бира, вино, шоколад и много други - не са нищо повече от ферментационни продукти. Цялата основна работа по приготвянето им се извършва от анаеробни бактерии и дрожди. Човек може само внимателно да съхранява, подбира и отглежда култури за начало - бактериални колонии. И той прави това от хилядолетия. Дори пет хиляди години преди раждането на Христос в древен Вавилон, те знаеха как да ферментират напитки, а преди три и половина хиляди години египтяните измисляха хляб с мая. Така че човекът отдавна е опитомил своите микро-приятели.
Професионални "обучители", учени-биотехнолози, въоръжени с постиженията на молекулярната биология и генното инженерство, научиха микробите да правят много неща, полезни за хората. Днес в почвата се прилагат бактериални торове, а микробните инсектициди и биоразградимите пестициди заместват опасните химически селскостопански реагенти. Тионните (окисляващи сярата) бактерии извличат ценни метали от рудни концентрати и подобряват качеството на съдържащите сяра въглища. Съвременните фармацевтични продукти са немислими без „работни кончета“- бактерии, едноклетъчни гъбички и водорасли, които произвеждат всички видове антибиотици, антинеопластични лекарства, витамини и аминокиселини.
Екип от изследователи, ръководен от професор Джоузеф Чапел от Американския университет в Кентъки, установи, че всички запаси от нефт и въглища на нашата планета са резултат от живота на една единствена микроводорасла, Botryococcus braunii. Така че, ако не беше тя, нямаше да видим нито топлинна енергия, нито автомобили.
В допълнение, някои микроорганизми са и най-старателните и щателни почистващи препарати в света. Изчислено е, че ако не беше работата на гниещи бактерии, които разлагат органична материя, костите на животни, които са живели на Земята от началото на ледниковия период, днес биха покрили цялата земя със слой и половина метър.
Взаимно изгодното съществуване на хора и микроорганизми се разваля само от едно обстоятелство: има доста голям брой протозои, които не са против ускоряването на процеса на превръщането на живи в мъртви, намаляването му до няколко дни.
От времето на Хипократ до около средата на 19 век се смяташе, че болестите, които днес наричаме инфекциозни, се причиняват от лошия въздух и вредните изпарения - „миазми“. Сред теоретиците на патогенезата съученикът на Коперник Жироламо Фракасторо беше най-близо до истината. които са живели повече от сто години преди Левенгук. Той пише за мънички „семена“, които се предават от човек на човек, заселват се вътре и причиняват болести. Въпреки това, Fracastoro дори не можеше да си представи, че тези "семена" са живи.
Човешките загуби от епидемични инфекциозни заболявания значително надвишават броя на жертвите на военни конфликти. Стотици хиляди хора загинаха на бойните полета на Стогодишната война (1337-1453 г.). А епидемията от бубонна чума, която се случи по време на онази война и продължи само пет години, отне живота на 34 милиона европейци. Общо за цялото съществуване на нашата цивилизация около 1 милиард и половина хора са загинали като жертви на едноклетъчни патогени.
Целият 19 век в научния свят не отшумя дебатите дали микроорганизмите са виновни за факта, че се разболяваме и умираме. От една страна, учените постоянно откриват патогенни агенти в тъканите на починалите от холера, туберкулоза, дифтерия; чистите им култури бяха идентифицирани от първите микробиолози, всички като едно - носителите на Нобеловата награда в медицината: Емил Беринг, Пол Ерлих, Иля Мечников и откривателят на причинителите на антракс, туберкулоза и холера, Робърт Кох. Но от друга страна, привържениците на хигиенната теория никога не са се уморили да повтарят, че всички болести идват от мръсотия. Хигиенистите бяха ръководени от Макс фон Петтенкофер, президент на Баварската академия на науките. Професорът стана известен с факта, че на 73 години, в присъствието на свидетели, той погълна чиста култура на холерата Вибрио, за да докаже своите научни теории. Холера Петтенкофер не се разболя,всичко се оказа леко лошо храносмилане. Понятието "специфичен имунитет" все още не съществуваше в този момент и професорът беше здрав като бик. Силата на вътрешното убеждение за собствената праведност вероятно също работеше.
Петтенкофер толкова много ценеше здравето си и не искаше да се разболее, че, като се чувстваше като дремен старец на 82 години, предпочиташе да се застреля.
Днес знаем със сигурност: болести като чума, дифтерия, холера, туберкулоза и много други определено са причинени от бактерии, които отделят токсини в течение на живота си. Едрата шарка, морбили, хепатит, полиомиелит се провокират не от бактерии, а от вируси. Вирусите са много по-малки от бактериите (20-500 нанометра в целия) и все още не е напълно ясно дали са живи или не. Самият вирус не е способен да се размножава - той произвежда потомство, използвайки ДНК на клетката, в която е въведен.
НЯМА БИЛКА СИЛНА КАТА
За разлика от вирусите, бактериите са независими в потомството. Високата степен на възпроизвеждане им осигурява оцеляване на видовете, а сравнително късата ДНК им позволява да мутират бързо, принуждавайки човечеството да измисля все повече и повече антибиотици. „Трикът“на микроорганизмите не се ограничава до мутация - има случаи, когато бактериите манипулират своите носители. Такава удивителна способност се демонстрира например от едноклетъчния паразит Токсоплазма.
Основните домакини на паразита са представители на котешкото семейство. Токсоплазмата се размножава именно в техните организми. Преносители могат да бъдат мишки, плъхове, прасета, птици и хора. Доскоро паразитолозите вярваха, че токсоплазмата представлява опасност само за бебета в утробата: с вродена токсоплазмоза се увреждат централната нервна система и очите и често бебето умира напълно. Въпреки това, някои изследователи смятат, че токсоплазмата може да повлияе и на поведението на възрастните.
През 2007 г. учени от университета в Станфорд доказаха, че тези паразити контролират инстинкта за самосъхранение на мишките. Здравите мишки са програмирани от природата, за да избягват етикетите на котките, но ако Токсоплазма навлиза в тялото на гризачи, тогава котешките маркери, напротив, започват да ги привличат. В този случай останалите рефлекси не се нарушават. Така Токсоплазма контролира своя собствен жизнен цикъл, контролирайки вектора: за него е полезно, че мишката умира, след като е изядена от котка.
Паразитът също е способен да се трансплантира в хора. Разбира се, това не ни кара да искаме да ядем котки, но настъпват определени промени в съзнанието. Можете например да си припомните познатите на всички баби котки, които са готови да приютяват цялото си опашено стадо в апартаментите си.
Въпреки това, учените все още трябва да установят истинската роля на токсоплазмата. Засега може да се каже само едно - тя никога не е била „друг човек“. За разлика от нашия симбионт - E. coli. Как незаменимият помощник стана убиец? Тази детективска интрига все още чака да бъде решена.
Докато учените търсеха виновника, подреждайки всички възможни заподозрени, като се започне с испанската краставица и завърши с сминдух от Египет, самата епидемия изчезна. Сега вече не е възможно да се определи нито "местопрестъплението", нито която и да е от милионите други видове бактерии, прехвърлили част от генома си на "доброто" Е. коли, след което тя придоби неприятната особеност да произвежда токсини, които са фатални за бъбреците и унищожават червените кръвни клетки. В допълнение, новият щам, обозначен O104: H4, е получил невероятна антибиотична резистентност от някои други микроорганизми.
Протозоята също може да се каже. Изглежда, че всичко е просто: едноклетъчните организми се възпроизвеждат чрез разделяне или пъпкуване, което означава, че целият геном трябва да бъде прехвърлен от „майка” в „дъщеря *” непокътнат. Но има и така нареченият хоризонтален трансфер на гени - процес, който смътно прилича на чифтосване. Настъпва физически контакт, по време на който бактериите обменят генетична информация. Освен това индивидите от напълно различни видове могат да контактуват - и то успешно. В резултат на това възникват нови подвидове - щамове, които стават връзка в непредсказуемата еволюция на бактериите, еволюция много по-бързо от тази на многоклетъчните организми. Тази скорост осигурява тяхното невероятно разнообразие от видове.
През 2009 г. израелските микробиолози изследват Paunibacillus dentintiformis bacillus и решават да проведат експеримент: какво ще се случи, ако започнете да ги гладувате? Предполагаше се, че при условия на хранителен дефицит клетките ще започнат активно да се размножават, за да запазят вида. Всичко обаче отиде съвсем различно: бактериите не само спряха да се размножават, но и започнаха да убиват роднини, като се отървават от „допълнителни уста“. Когато размерът на колонията започна да съответства на количеството хранителни вещества, ситуацията се стабилизира.
Учените все още не твърдят, че микробите имат колективен ум, но наличието на примитивни социални механизми в тях се счита за доказано.
„Бактериите имат примитивна форма на социално съзнание. - каза ръководителят на проучването, професор Ешел Бен-Якоб. „Те знаят как да събират информация от околната среда и да я предават една на друга. Те могат да разпространяват задачи и да съхраняват "споделена памет". Химическият език, който използват за комуникация, превръща колонии от микроби в голям мозък."
Бих искал да се науча да разбирам този „голям мозък“и още по-добре - да бъда приятел с него. Но микрокосмосът живее според собствените си закони и нашите знания за него все още са твърде малко, за да сключим дългосрочно споразумение за уреждане.
Списание Discovery ноември 2011 г.
Промоционално видео:
