Знание - сила, 2005 № 04 (934)
Шрифт:
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
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:
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?
Еще в 1960-е годы ученые выяснили, что микробы могут обмениваться информацией. К этому выводу пришли, исследуя поведение морских светящихся бактерий Vibrio fischeri. Эти микробы паразитируют в органе свечения каракатицы и — "в награду за гостеприимство" — излучают свет. Благодаря "фонарику", вросшему в тело, каракатица находит пищу и высматривает врагов.
Однако светиться есть смысл, когда колония бактерий достаточно велика. Одиночные огоньки микробов ей, каракатице, не нужны. Они хороши, когда сливаются в мощный луч прожектора. Но откуда бактерии знают, сколько их?
Ответ был найден лишь в 1990-е годы. Оказалось, бактерии используют для подсчета сородичей химическую систему связи — так называемый Quorum sensing. В политике кворум — это минимально допустимое число участников собрания, при котором оно правомочно принимать решения. Кворум определяют, сверяясь со списочным составом.
Бактерии же свой кворум подсчитывают химическим путем, выделяя особые сигнальные вещества — феромоны. Их концентрацию они измеряют с помощью специфического рецептора. Пока феромонов мало, а значит и микробов мало, и действовать сообща им невыгодно — этот рецептор бездействует. Но весточка летит за весточкой, подтверждая: "Мы вместе!" И вот от былой благочинности нет следа. Начинается шабаш.
Как только "кворум" достигнут, срабатывает рецептор: и каракатица светится, и — речь уже о бактериях, поселившихся внутри нас, — вся колония дружно выделяет токсин, от которого человеку становится плохо. Вот так и толпа людей, достигнув некоего предела, начинает коллективно действовать, выпуская в окружающую среду свой яд — кипучую ненависть к властям, врагам, инородцам. Quorum sensing! Ничто человеческое микробам не чуждо...
Теперь становится ясно, почему бактерии, сколько мы их ни травим, — а в фармацевтике одно супероружие спешит сменить другое, — хилее не становятся. Ведь сообща обитатели "городов-биопленок" в тысячи раз устойчивее к действию антибиотиков, чем одинокие "микробы-хуторяне". Антибиотики хоть и проникают внутрь биопленки, не истребляют там всех микробов. Выживают сильнейшие. Их потомки становятся основным населением колонии, а значит, та будет куда опаснее, чем прежде.
В 2002 году американские микробиологи Элиана Дренкард и Фредерик Осьюбел опытным путем убедились, что из безобидных бактерий можно путем впрыскивания в их колонию нескольких доз антибиотика получить опасных возбудителей заболеваний. Даже когда от колонии микробов остается несколько особей, это не помогает. Вскоре вырастет колония "продвинутых микробов", способных не погибнуть от лекарств. Да, их не истребишь как каких-нибудь квагг или стеллеровых коров. Даже если бы — вообразите себе! — мы могли стрелять по микробам из ружей, наверняка появилась бы популяция микробов, покрытая броней.