Eropah ketakutan oleh makhluk yang sangat kecil - strain patogenik Escherichia coli. Panjangnya hanya 2-3 mikron, tetapi berbahaya dan lincah. Seseorang akan secara sukarela bertanya-tanya siapa spesies dominan di planet kita - lelaki atau anak kecil seperti itu?
Sekiranya satu Escherichia coli, yang, seperti yang anda ketahui, berkembang biak dengan pembelahan binari sederhana, diletakkan dalam medium nutrien yang ideal dan diandaikan bahawa dia dan keturunannya akan mempunyai banyak makanan, maka bayi ini dapat membentuk koloni dengan berat sekitar … 10 juta tan sehari! Tokoh yang mengejutkan, bukan? Organisma uniselular, jika bukan yang paling penting, tentu saja yang paling penting, dalam pengertian harfiah, adalah penduduk dunia. Jumlah biojisim semua mikroorganisma, termasuk kulat mikroskopik dan alga, adalah 76 bilion tan (dalam bahan kering, tidak termasuk air). Semua tanaman multisel mempunyai berat 55 milyar tan, dan jisim haiwan, termasuk manusia, menambah sejumlah 500 juta tan "menyedihkan".
Dan dalam setiap tubuh manusia yang sihat akan ada dua kilogram bakteria, kerana seseorang adalah konglomerat simbiotik sel-sel tubuh dan bakterinya sendiri. Menurut sains metabolisme muda, orang adalah superorganisma, di mana hanya 2-3 trilion sel secara langsung milik kita, saudara. Seratus trilion lagi adalah mikroorganisma - terdapat
lebih daripada 500 spesies di dalam tubuh manusia. Dalam superorganisme ini, DNA manusia sama sekali tidak dominan, kata bapa pengasas metabolomik, ahli biokimia Britain, Jeremy Nicholson.
Setiap daripada kita mempunyai genom yang unik, yang terdiri dari bahan genetik kita sendiri dan DNA dari pelbagai organisma uniselular yang menghuni kita.
SIAPA YANG TINGGAL DALAM ORANG?
Dalam kebanyakan kes, bayi dilahirkan secara steril. Walau bagaimanapun, pada hari pertama kehidupan mereka, penciptaan mikrobiocenosis bermula: seseorang dijajah oleh banyak mikroorganisma. Pada mulanya, ini adalah proses yang huru-hara, di mana bakteria berjuang keras untuk "tempat di bawah sinar matahari" di dalam dan di luar. Selepas 2-3 hari, koloni tahan mendapat izin tinggal seumur hidup di pelbagai bahagian badan. Ini adalah apa yang disebut wajib - berguna dan. lebih-lebih lagi, mikroba yang diperlukan. Kita boleh mengatakan bahawa makhluk hidup paling dekat dengan orang di dunia ini.
Di seluruh permukaan kulit dan di lapisan atasnya, propionibakteria, difteroid dan corynebacteria terletak dengan selesa. Mereka tahu bagaimana menyerap bakteria patogen yang berasal dari luar, mereka memegang barisan pertahanan pertama. Selaput lendir mata dihuni oleh staphylococci dan mycoplasma, yang tidak membenarkan alien rawak mendapat pijakan di sini dan mula berkembang biak. Pasukan streptokokus, lacto- dan bifidobacteria yang ramah, dikelilingi oleh kulat seperti ragi, berenang di perut; semuanya bertoleransi dengan persekitaran berasid jus gastrik dengan baik dan memulakan proses pencernaan. Lebih daripada 15 jenis bakteria anaerobik dan kulat genus Candida hidup di usus dalam keadaan sesak, tetapi tidak tersinggung. Dan di antaranya adalah E. coli E. coli yang sama, strain bukan patogen yang sangat diperlukan oleh orang. Dialah yang menghasilkan vitamin K2 dalam tubuh kita, yang bertanggung jawab untuk pembekuan darah.
"Walaupun saya sudah berusia 50 tahun, gigi saya terpelihara dengan baik, kerana saya mempunyai kebiasaan menggosoknya dengan garam setiap pagi, dan setelah membersihkan gigi besar dengan bulu angsa, saya mengelapnya dengan sapu tangan" - kata-kata ini dapat dibaca dalam surat pengawal kamar pengadilan dari bandar Belanda Delft Anthony van Leeuwenhoek (1632-1723), yang dia hantar ke Royal Society of London. Anda tidak boleh mengatakan apa-apa, cara asli untuk memerhatikan kebersihan mulut, tetapi Levenguk menjadi terkenal, tentu saja, bukan untuk ini - tetapi kerana mengajar manusia untuk melihat sisi-sisi tersembunyi kehidupan alam. Levenguk tidak memiliki pendidikan "saintis", tetapi dia memiliki semangat yang sangat berapi-api: kaca mata pembesar. Dia adalah salah satu yang pertama yang menduga menggabungkan beberapa lensa ke dalam teleskop untuk mempelajari bukan makro, tetapi dunia mikro. Oleh itu, dia mendapat mikroskop.
Dia memilih bahan untuk penelitiannya secara tidak sengaja: infusi lada, serat lobak, serpihan kulit, mata terbang, kerang yang terperangkap di terusan Delft. Dia mencairkan goresan dari gigi dengan air dan mengamati dalam gelas sihir sebilangan besar binatang kecil, dan, lebih-lebih lagi, dalam sekeping kecil bahan di atas sehingga hampir mustahil untuk mempercayainya, dan jika anda tidak melihatnya dengan mata anda sendiri.
Levenguk yang diajar sendiri selama 50 tahun pemerhatian membuat sketsa lebih dari 200 spesies "haiwan kecil", ketika dia memanggil kenalan barunya. Namun, revolusi saintifik tidak berlaku pada masa itu - selama seratus tahun selepas Levenguk, mikrokosmos tetap untuk dunia ilmiah semacam "khemah dalam mikroskop."
RAKAN-RAKAN DAN Musuh
Mungkin, hampir semua produk makanan yang paling biasa bagi kita - roti, keju, yoghurt, bir, wain, coklat dan banyak lagi - tidak lebih daripada produk penapaian. Semua kerja utama penyediaannya dilakukan oleh bakteria dan ragi anaerob. Seseorang hanya boleh menyimpan, memilih dan menanam budaya pemula - koloni bakteria dengan berhati-hati. Dan dia telah melakukan ini selama ribuan tahun. Bahkan lima ribu tahun sebelum kelahiran Kristus di Babilon kuno, mereka tahu bagaimana memerah minuman, dan tiga setengah ribu tahun yang lalu, orang Mesir mencipta roti ragi. Oleh itu manusia telah lama menjinakkan rakan-rakan mikro.
"Pelatih" profesional, saintis-bioteknologi, bersenjata dengan pencapaian biologi molekul dan kejuruteraan genetik, mengajar mikrob untuk membuat banyak perkara berguna kepada manusia. Hari ini, baja bakteria digunakan pada tanah di ladang, dan racun serangga mikrob dan racun perosak yang boleh terurai telah menggantikan reagen pertanian kimia berbahaya. Bakteria thionik (sulfur-pengoksidaan) mengeluarkan logam berharga dari kepekatan bijih dan meningkatkan kualiti arang batu yang mengandungi sulfur. Farmaseutikal moden tidak dapat difikirkan tanpa "tenaga kerja" - bakteria, kulat uniselular dan alga yang menghasilkan semua jenis antibiotik, ubat antineoplastik, vitamin dan asid amino.
Sepasukan penyelidik yang diketuai oleh Profesor Joseph Chappell dari American University of Kentucky mendapati bahawa semua simpanan minyak dan arang batu di planet kita adalah hasil kehidupan mikroalga tunggal, Botryococcus braunii. Jadi, jika bukan untuknya, kita tidak akan melihat tenaga haba atau kereta.
Selain itu, beberapa mikroorganisma juga merupakan pembersih yang paling rajin dan teliti di dunia. Dikira bahawa jika bukan kerana kerja bakteria busuk yang menguraikan bahan organik, maka tulang binatang yang hidup di Bumi sejak awal Zaman Es akan menutupi seluruh tanah dengan lapisan setengah meter hari ini.
Keberadaan manusia dan mikroorganisma yang saling menguntungkan dimanjakan oleh satu keadaan sahaja: terdapat sejumlah besar protozoa yang tidak menolak untuk mempercepat proses mengubah hidup menjadi mati, mengurangkannya menjadi beberapa hari.
Dari zaman Hippocrates hingga sekitar pertengahan abad ke-19, dipercayai bahawa penyakit yang kita sebut berjangkit hari ini disebabkan oleh udara buruk dan asap berbahaya - "miasms." Di antara ahli teori patogenesis, rakan sekelas Copernicus, Girolamo Fracastoro adalah yang paling dekat dengan kebenaran. yang hidup lebih dari seratus tahun sebelum Levenguk. Dia menulis tentang "biji" kecil yang ditularkan dari orang ke orang, menetap di dalam dan menyebabkan penyakit. Namun, Fracastoro tidak dapat membayangkan bahawa "benih" ini masih hidup.
Kehilangan manusia akibat wabak penyakit berjangkit melebihi jumlah mangsa konflik ketenteraan. Ratusan ribu orang mati di medan perang Perang Seratus Tahun (1337-1453). Dan wabak wabak bubonic, yang berlaku semasa perang itu dan hanya berlangsung selama lima tahun, meragut nyawa 34 juta orang Eropah. Secara keseluruhan, sepanjang keseluruhan keberadaan peradaban kita, kira-kira satu setengah bilion orang telah mati sebagai mangsa patogen uniselular.
Seluruh abad ke-19 dalam dunia saintifik tidak meredakan perdebatan mengenai apakah mikroorganisma harus disalahkan kerana kita sakit dan mati. Di satu pihak, para saintis sentiasa menemui agen patogen dalam tisu mereka yang mati akibat kolera, tuberkulosis, difteria; budaya murni mereka dikenal pasti oleh ahli mikrobiologi pertama, semuanya sebagai satu - pemenang Hadiah Nobel dalam bidang perubatan: Emil Bering, Paul Ehrlich, Ilya Mechnikov dan penemu agen penyebab antraks, tuberkulosis dan kolera, Robert Koch. Tetapi di sisi lain, penganut teori kebersihan tidak pernah jemu mengulangi bahawa semua penyakit berasal dari kotoran. Ahli kebersihan diketuai oleh Max von Pettenkofer, presiden Akademi Sains Bavaria. Profesor menjadi terkenal kerana pada usia 73 tahun, di hadapan saksi, dia menelan budaya murni Vibrio kolera untuk membuktikan teori ilmiahnya. Cholera Pettenkofer tidak jatuh sakit,semuanya berubah menjadi gangguan pencernaan. Konsep "kekebalan spesifik" belum ada pada masa itu, dan profesor itu sihat seperti lembu. Kekuatan keyakinan dalaman akan kebenaran sendiri mungkin juga berhasil.
Pettenkofer sangat menghargai kesihatannya sendiri dan tidak mahu jatuh sakit kerana merasa seperti lelaki tua yang berusia 82 tahun, dia lebih suka menembak dirinya sendiri.
Hari ini kita tahu pasti: penyakit seperti wabak, difteria, kolera, batuk kering dan banyak lagi yang jelas disebabkan oleh bakteria, yang melepaskan toksin sepanjang hidupnya. Cacar, campak, hepatitis, poliomielitis diprovokasi bukan oleh bakteria, tetapi oleh virus. Virus jauh lebih kecil daripada bakteria (20-500 nanometer), dan masih belum jelas sama ada ia masih hidup atau tidak. Virus itu sendiri tidak dapat membiak - ia menghasilkan keturunan dengan menggunakan DNA sel di mana ia diperkenalkan.
TIDAK ADA KUCING YANG DIPERLUKAN DENGAN KEK
Tidak seperti virus, bakteria bebas dalam pembiakan. Kadar pembiakan yang tinggi memberi mereka kelangsungan hidup spesies, dan DNA yang agak pendek membolehkan mereka bermutasi dengan cepat, memaksa manusia untuk mencipta lebih banyak antibiotik. "Trik" mikroorganisma tidak terhad kepada mutasi - ada kes apabila bakteria memanipulasi pembawanya. Keupayaan luar biasa seperti ini ditunjukkan, misalnya, oleh Toxoplasma parasit uniselular.
Tuan rumah utama parasit adalah wakil keluarga kucing. Dalam organisma mereka, Toksoplasma membiak. Pembawa boleh menjadi tikus, tikus, babi, burung dan manusia. Sehingga baru-baru ini, ahli parasitologi percaya bahawa toksoplasma hanya membahayakan bayi dalam kandungan: dengan toksoplasmosis kongenital, sistem saraf pusat dan mata rosak, dan sering kali bayi mati sama sekali. Walau bagaimanapun, sebilangan penyelidik percaya bahawa Toxoplasma juga dapat mempengaruhi tingkah laku orang dewasa.
Pada tahun 2007, saintis dari Universiti Stanford membuktikan bahawa parasit ini mengawal naluri pemeliharaan diri tikus. Tikus yang sihat diprogramkan secara semula jadi untuk mengelakkan tanda kucing, tetapi jika Toxoplasma memasuki badan tikus, maka tanda kucing, sebaliknya, mula menarik perhatian mereka. Dalam kes ini, sisa refleks tidak terganggu. Oleh itu, Toxoplasma mengawal kitaran hidupnya sendiri, mengawal vektor: ada baiknya tikus itu mati setelah dimakan oleh kucing.
Parasit ini juga mampu melakukan transplantasi ke dalam manusia. Sudah tentu, ini tidak membuat kita ingin makan kucing, tetapi perubahan kesedaran tertentu berlaku. Anda boleh, sebagai contoh, mengenali yang biasa bagi semua nenek wanita kucing yang bersedia untuk melindungi kawanan ekor penuh di pangsapuri mereka.
Walau bagaimanapun, saintis masih harus mengetahui peranan sebenar Toxoplasma. Sejauh ini, hanya satu perkara yang dapat dikatakan - dia tidak pernah menjadi "orang lain". Tidak seperti symbiont - E. coli kami. Bagaimana pembantu yang tidak dapat diganti menjadi pembunuh? Intrik detektif ini masih menunggu untuk diselesaikan.
Semasa para saintis mencari pelakunya, menyusun semua kemungkinan suspek, bermula dengan timun Sepanyol dan berakhir dengan fenugreek dari Mesir, wabak itu sendiri tidak berhasil. Sekarang tidak mungkin untuk menentukan sama ada "tempat kejadian", atau mana-mana jutaan spesies bakteria lain yang memindahkan sebahagian dari genomnya ke E. coli "baik", setelah itu ia memperoleh ciri yang tidak menyenangkan untuk menghasilkan toksin yang boleh membawa maut kepada buah pinggang dan memusnahkan sel darah merah. Sebagai tambahan, strain baru, yang diberi nama O104: H4, telah mendapat ketahanan antibiotik yang luar biasa dari beberapa mikroorganisma lain.
Protozoa juga boleh dikatakan. Nampaknya semuanya mudah: organisma uniselular berkembang biak melalui pembelahan atau pemula, yang bermaksud bahawa seluruh genom harus dipindahkan dari "ibu" ke "anak perempuan" "selamat dan sihat. Tetapi ada juga yang disebut pemindahan gen mendatar - proses yang samar-samar menyerupai kawin. Sentuhan fizikal berlaku di mana bakteria bertukar maklumat genetik. Selain itu, individu dari spesies yang sama sekali berbeza dapat menghubungi - dan berjaya. Akibatnya, subspesies baru muncul - strain yang menjadi penghubung dalam evolusi bakteria yang tidak dapat diramalkan, evolusi jauh lebih cepat daripada organisma multisel. Kepantasan ini memberikan kepelbagaian spesies mereka yang luar biasa.
Pada tahun 2009, ahli mikrobiologi Israel mengkaji Paunibacillus dentintiformis bacillus dan memutuskan untuk melakukan eksperimen: apa yang akan berlaku sekiranya anda mula kelaparan? Diandaikan bahawa dalam keadaan kekurangan nutrisi, sel akan mulai berkembang biak secara aktif untuk memelihara spesies tersebut. Namun, semuanya berjalan sama sekali berbeza: bakteria tidak hanya berhenti membiak, tetapi juga mulai membunuh saudara-mara, menyingkirkan "mulut tambahan". Apabila ukuran koloni mula sepadan dengan jumlah nutrien, keadaannya stabil.
Para saintis belum mendakwa bahawa mikroba mempunyai fikiran kolektif, tetapi keberadaan mekanisme sosial primitif di dalamnya dianggap terbukti.
"Bakteria mempunyai bentuk kesadaran sosial yang primitif. - percaya ketua kajian, Profesor Eshel Ben-Jakob. “Mereka tahu bagaimana mengumpulkan maklumat dari persekitaran dan menyampaikannya kepada satu sama lain. Mereka dapat mengedarkan tugas dan menyimpan "memori bersama". Bahasa kimia yang mereka gunakan untuk berkomunikasi mengubah koloni mikroba menjadi otak besar."
Saya ingin belajar memahami "otak besar" ini, dan lebih baik lagi - untuk berkawan dengannya. Tetapi mikrokosmos hidup sesuai dengan undang-undangnya sendiri, dan pengetahuan kita mengenainya masih terlalu sedikit untuk menyimpulkan perjanjian penyelesaian jangka panjang.
Majalah Discovery November 2011
Video promosi:
