Знание - сила, 2005 № 04 (934)

авторов Коллектив

Лактобактерии, содержащиеся в йогурте

Рецепторы бактерии улавливают сигнальные вещества, выделяемые другими бактериями

И бактерии нарушают процедуру голосования

С тех пор как мы узнали, что опасны не микробы сами по себе, а их кворум — их

роковое количество, стало ясно, что и бороться с ними можно иначе. Надо не уничтожать бактерии, а мешать им общаться друг с другом и подсчитывать кворум. Пусть микробы, даже образовав крупную колонию, по-прежнему верят, что разобщены. Пусть не догадываются, что им пора переходить в атаку. Значит, надо найти те особые вещества, которые подавляют химические сигналы микробов. Но для этого надо досконально понять их тайный язык.

Ключевую роль в общении микробов играют определенные сигнальные молекулы. Какие? В январе 2003 года удалось обнаружить, по-видимому, весьма важную в биологическом микромире молекулу — так называемую Autoinducer 1-2. Это своего рода "пиджин-инглиш" микробьего царства — язык межвидового общения. На нем, как установлено, общаются между собой не менее полусотни различных видов бактерий, в том числе кишечная палочка (Escherichia coli).

Фредерик Хьюджсон и его коллеги из Принстонского университета сумели даже поймать эту молекулу с поличным. На бактерии Vibrio harveyi они обнаружили рецептор, к которому и пристыковывалась [-2. Работа была не из легких. Представьте себе огромный авторынок — это будет наш рецептор. Он состоит из нескольких тысяч атомов. Одна машина на нем — всего 16 атомов! — это и есть 1-2. Дальнейшие исследования показали, что эта молекула содержит, например, атомы бора. Давно известно, что данный химический элемент как-то воздействует на живые организмы. Как именно, было неясно. Теперь мы начинаем понимать, что бактерии (хотя бы некоторые из них) пользуются этим веществом в общении друг с другом. Зная это, можно не давать им поговорить. Тому есть примеры в живой природе.

Некоторые виды водорослей выделяют фураноны — вещества, которые мешают образованию на стеблях налета бактерий. Подобную стратегию микробиологи хотят использовать и в борьбе с возбудителями болезней. Нужно понять лишь, какими веществами удастся подавить активность сигнальных молекул. Так, Ханс-Курт Флеминг из Дуйсбургского университета предлагает использовать протеазы — ферменты, расщепляющие протеины (о роли протеинов в организме смотрите "ЗС", 2004, № 6). Если сигнальные молекулы будут распадаться, то и "перепись населения" в мире бактерий не состоится.

Другой метод борьбы — найти вещества, которые деформируют сигнальную молекулу; она не пристыкуется к рецептору бактерии. Так "посол войны" превратится в посла с "китайской грамотой", которую нормальный микроб не сумеет прочесть.

Еще одна идея родилась после того, как в январе 2004 года был расшифрован геном микроба Bdellovibrio bacteriovorus. Этот микроорганизм — по своей природе хищник, но атакует не клетки высших организмов, а лишь бактерии. Он проникает внутрь микроба и пожирает его, а затем делится почти на полтора десятка клеток, которые туг же отправляются на охоту.

"Враг моего врага — мой друг". Эта истина инвариантна — она применима как в мире людей, так и в мире микробов. Ученые уже прозвали в шутку этих бактериоедов "живым антибиотиком". Вот только не станет ли шутка дурной? Не окажутся ли некоторые бактерии устойчивы к атакам микробов-убийц? И не приведет ли это к появлению новых, особенно стойких микробов, которые никаким хищникам не по зубам?

Если же надежды ученых сбудутся, то в медицине произойдет качественно новый скачок. Не секрет, что операции по протезированию или трансплантации органов нередко проходят с осложнениями. Возникают воспалительные процессы. Если же удастся помешать образованию бактериальных пленок на протезах и имплантатах, то эти операции получат самое широкое распространение. Пару веков назад простое переливание крови было своего рода "русской рулеткой". В будущем же и пересадка органов может стать чем-то вроде зубного протезирования.

Как полагают исследователи, наши успехи в изучении тайного языка микробов позволят нам наконец контролировать развитие эпидемий.

Новые строители старых соборов

От микроорганизмов страдают не только люди, но и памятники искусства. Плесневые грибы разъедают глиняных воинов армии Цинь Шихуанди. Синезеленые водоросли покрывают слизистым налетом мраморные статуи. Бактерии портят краски на витражах и подтесывают стены старинных зданий. Так по оценкам немецких биологов, Кельнский собор неустанно гложет армия из 10 квадриллионов микроорганизмов.

Но защитить памятники искусства могут... тоже микробы. Известно, что более 80 видов микробов выделяют минералы, содержащие кальций. С их помощью можно восстанавливать стены старинных зданий, сложенные из известняка.

Геолог из Гранадского университета Карлос Родригес-Наварро брал крошку известняка — из этого материала сооружены стены знаменитой мавританской крепости Альгамбра и кафедрального Гранадского собора — и клал ее в смесь, где мельтешили миллионы бактерий Myxococcus xanthus. Бактерии покрывали крошку кристалликами карбоната кальция склеивая ее в монолит. Возможна в будущем они помогут отремонтировать стены Гранадского собора.

В мастерской реставраторов в Менхенгладбахе удалось с помощью бактерий склеить полтора килограмма крошки, осыпавшейся со стен Кельнского собора. Немецкий исследователь Франц Мол надеется восстановить "живыми силами" одну из статуй у главного портала собора. Прежде известняковые статуи и стены обрабатывали с помощью химикатов. Новый способ обещает более долговечный эффект. "Известняк не забивается, — отмечает Мол, — он дышит, как и прежде".

В Италии, в Пизе, реставраторы использовали в 2003 году бактерии Pseudomonas stutzeri для восстановления фрески итальянского художника XIV века Слинелло Аретино. Традиционный способ закрепления осыпающейся краски — с помощью клея — оставляет следы, белые полоски, от которых нельзя полностью избавиться. Однако колония изголодавшихся микробов за 12 часов съела 80 процентов клея; несъедобный остаток удалось снять с помощью соленой воды и ферментов.

По мнению итальянского микробиолога Франчески Каппителли, бактерии будут играть важную роль в сохранении культурных ценностей. Одни могут удалять с произведений искусства налет сульфатов, другие — пятна нитратов и т. п. Для любой химической реакции можно найти подходящий вид бактерий.

Бактерия становится батарейкой

Мы открываем все новые способности микробов. Одни могут вырабатывать полимеры (см. "Заметки обозревателя" в "ЗС", 2004, № 11). Другие — бактерии рода Rhodococcus — выращивают в водном растворе золота крупицы драгоценного металла размером, правда, всего несколько нанометров. Третьи готовы вырабатывать электрический ток.

Идея использовать бактерии для производства тока не нова, ей уже лет сорок. Известно, что кишечные палочки выделяют из сахара водород. После ряда химических реакций возникает поток электронов, который, впрочем, настолько мал, что его невозможно использовать в промышленных целях. И все же у этого метода есть свои перспективы.

Дерек Ловли и Свадес Чодхури из Массачусетского университета использовали для выработки тока бактерии Rhodoferax fernreducens, живущие на морском дне. Эффективность выработки тока повысилась. Теперь не нужна промежуточная стадия — получение водорода. Бактерии окисляют сахар, и выделяющиеся при этом свободные электроны начинают движение к графитовому электроду. КПД такого устройства, как сообщает интернетовский журнал "Nature Biotechnology", достигает 80 процентов.

Бактерии-энергетики не очень разборчивы в выборе пищи. Они могут потреблять глюкозу, фруктозу, обычный рафинад и даже ксилозу — древесный сахар. Чодхури и Ловли убеждены, что из отходов сахарного производства со временем можно будет вырабатывать ток.