Издательство «Эксмо» представляет книгу микробиолога Дирка Бокмюля «Тайная жизнь домашних микробов. Всё о бактериях, грибках и вирусах» (перевод с немецкого Т. Б. Юриновой).
Мы живем бок о бок с крошечными организмами и даже не знаем об их существовании — до тех пор, пока они не проявят себя весьма неприятным образом. И не только в том случае, когда ребенок приносит из школы инфекцию. Стоит бабушке недожарить курицу, а вам — залить кофе недостаточно горячей водой, и вашей иммунной системе уже предстоит на одну битву больше. А знаете, со сколькими она уже справилась?
Дирк Бокмюль приоткрывает тайны невидимого мира микробов. На экскурсии по своему дому он рассказывает о микроорганизмах, их привычках и, главное, способах с ними сразиться или утихомирить.
Предлагаем ознакомиться с фрагментом книги.
Биопленки образуются на поверхностях, периодически омываемых водой. И происходит это так: сначала на поверхность попадает одиночная клетка какой-либо бактерии и обосновывается на ней. Если клетке место понравится (а мы снова делаем вид, будто бактерии — существа мыслящие, что, естественно, не соответствует действительности), то бактерия там закрепится и начнет делиться. Пока ничего особенного, ну, а сейчас — гвоздь программы! Итак, следующий шаг «проявления» пленки: бактериальные клетки начинают вести себя не как клетки-одиночки, а в некотором роде как многоклеточный организм. В ходе созревания новообразованная колония начинает строить вокруг себя защитную оболочку из слизи, то есть нечто вроде городской стены, которой микробные клетки защищают себя от внешней среды. И действительно — бактерии в биопленке более устойчивы к высыханию, ультрафиолетовому излучению и даже к антимикробным субстанциям. При этом сама крепость, которую выстраивают себе микробы, настолько устойчива, что поломать ее можно, только если упорно скоблить, и то, как правило, до конца она не разрушается, а выжившие обитатели крепости начинают строить себе новые стены.
В стенах этой крепости — настоящий город, дающий приют не одному роду жителей: там проживает пестрый народец, включающий в себя разные группы, которые даже задачи выполняют разные. Хотя распределение обязанностей там существует не в том масштабе, как в «настоящем» организме, где у клеток и органов есть специализация, но всё же в бактериальной крепости, как и в нашем с вами мире, есть особи, которые любят пребывать в темном «полусвете» (то есть на бедных кислородом участках поближе к поверхности, на которой построен город), в то время как другие, степенные члены микробиологического сообщества города Биопленка-Сити, предпочитают места поближе к свежему воздуху (то есть на богатых кислородом участках повыше).
Разделение обязанностей преимущественно состоит в том, что одни виды бактерий переваривают определенные вещества, а другие виды бактерий утилизируют продукты обмена веществ особей этого первого вида. При этом внутри биопленки возникают прямо-таки настоящие дороги и каналы для транспортировки сырья и товаров. В какой-то момент в таком окруженном стеной городе становится, естественно, тесно, и тогда некоторые жаждущие приключений особи отправляются на поиски нового счастья где-нибудь в другом месте. Бактериальные клетки высвобождаются из матрицы слизи и могут искать себе новое место поселения.
Графически это можно представить примерно так:
Как растет и развивается биопленка
1) Адгезия (сцепление)
2) Образование колонии микроорганизмов
3) Образование защитной оболочки
4) Созревание
5) Распад и распределение клеток
Вы, наверное, уже поняли, что бактерии способны на большее, чем могло бы показаться, а тут еще возникает вопрос, как управляется весь этот процесс. Ведь, например, строительство городской стены должно начинаться только тогда, когда соберется достаточно граждан, поскольку — и здесь опять прослеживается печальная мысль, что мы, люди, не далеко еще ушли от бактерий, — после привыкания к новому окружению, договоренности с соседями и возведения стены в город по возможности больше никого пускать не следует. Так что ответ на вопрос про управление вполне себе человечен и почти невероятен: бактерии между собой разговаривают! Не стоит припадать ухом к унитазу, вы ничего не услышите, потому что бактерии общаются, естественно, не акустическими сигналами, а химическими нейромедиаторами. Болтовня между микробами называется Quorum Sensing («чувство кворума»). Латинским словом quorum в политологии называют количество голосов, необходимое для имеющего силу законного выбора или согласования. Бактерии на самом деле выжидают, когда соберется достаточное количество единомышленников, прежде чем начать окружать себя стеной (я имею в виду, естественно, формирование слизистой матрицы).
Как это может работать? Вообще-то принцип настолько прост, что он вполне может стать хорошей альтернативой как основа какого-нибудь референдума или президентских выборов. Каждая бактериальная клетка выпускает из своего нутра небольшое количество некоей субстанции, зовущейся сложным именем Acylhomoserinlacton, — хорошо, что его почти всегда сокращают до AHL. AHL служит сигнальной молекулой, состыковываясь со специальным рецептором бактериальной клетки. Это напоминает момент, когда вы вставляете ключ в замочную скважину. Но AHL-ключ не дверь открывает, а запускает образование слизистого слоя. Однако для начала строительства пары выпущенных молекул AHL не хватит, это псу под хвост. Лишь когда соберется достаточное количество бактерий, образующих AHL, концентрации этого вещества хватит на запуск производства слизистой матрицы.
Вы можете себе это также представить в духе нашей модели «ключ — замок»: по комнате бегает человек с завязанными глазами и держит на вытянутой руке ключ; естественно, он всё время попадает ключом куда-то не туда. Вероятность того, что он случайно всё же попадет в замочную скважину, очень невелика. Но если в комнату поместить много таких людей с одинаковыми ключами, то вероятность, что кто-то из них попадет в замочную скважину, во много раз выше. Так что дверь, вероятно, отопрут тогда, когда в комнате окажется много людей с ключами. Вот так и с бактериями, только слово «ключ» надо заменить на «AHL», а «открывание двери» — на «образование слизистой капсулы».
Интересно, что бактерии посредством такой коммуникации управляют не только строительством защитной стены, но и многими другими процессами, в частности, связанными с инфекциями. При инфекции бактериальная клетка высвобождает в организме своей жертвы вещества, которые позволяют ей (клетке) обосноваться в инфицированном организме и продолжать там распространяться. Засада для бактерии лишь в том, что образование этих веществ активизирует нашу иммунную защиту. Поэтому со стороны бактерий очень даже разумно повременить с применением этих субстанций до тех пор, пока вокруг не соберется больше возбудителей болезней, — с такой атакой иммунная система справиться не сможет, и тогда ее можно будет подавить.
Если вам больше нравится пример с открыванием двери, то представьте себе, что люди с ключами — это налетчики. Тоже чем не план: всем скопом ворваться в здание и захватить охрану врасплох. Взломщика-одиночку поймать намного проще. А в сосредоточенной массе выше шансы, что кто-то из охранников не выдержит натиска и даст деру.
Итак, бактерии договариваются между собой о запуске определенных процессов. Кстати, известно, что бактерии могут разговаривать на разных языках и диалектах — ну, точно как мы в нашей жизни! — но вместо слов у них, разумеется, различные молекулы (помимо AHL существует целый ряд подобных веществ, да и другие вещества тоже используются для коммуникации). Так что понять друг друга могут, как правило, только родственные бактерии.
В том, что бактерии способны плести заговоры, есть для нас не только отрицательные стороны, но и положительные: болтливость микробов можно поставить себе на пользу, если попытаться нарушить их коммуникацию, что в настоящее время тестируется в качестве альтернативы антибиотикам.
Однако мы говорили о биопленках, об этих исключительно увлекательных структурах (по крайней мере для нас, микробиологов), в форме которых микроорганизмы населяют почти все омываемые водой поверхности и с помощью которых микробные клетки создают себе собственное маленькое жизненное пространство, которое снаружи очень трудно порушить. Я уже упоминал об этом: если хотите увидеть классную биопленку, порадуйте себя как-нибудь и почистите сифон в умывальнике. Там вы найдете прекрасные, просто восхитительные слизи…