Бактерии

Бактерии

Чтобы уметь побеждать возбудителей инфекций, ученые постоянно изучают не только внешний вид, повадки, свойства микроорганизмов, но и особенности их взаимоотношений с организмом человека и друг с другом.

Микробы, как известно, живут повсюду: в почве, воздухе, воде, в организме человека и животных, причем не обособленно в виде одной клетки, а колониями, или микробными популяциями, насчитывающими миллиарды клеток. Естественно, что между ними складываются разнообразные сложные взаимоотношения.

О тех, кто не может жить друг без друга

Нередко рядом существуют две и более микробных популяций, не только не мешая, но даже способствуя развитию друг друга. Такое добрососедство, основанное на взаимовыгодной дружбе, носит название симбиоза. Примером симбиоза может служить жизнедеятельность микробов — аэробов, которые интенсивно поглощают кислород и благодаря этому создают условия для размножения других микробов — анаэробов, жизнь которых обусловливается полным отсутствием кислорода.

Иногда между микроорганизмами складывается другой вид сосуществования — метабиоз. Так живут, например, микробы, обитающие в почве и расщепляющие белки. В сложном процессе расщепления белков участвуют несколько групп бактерий. Каждая группа использует для своего развития продукты жизнедеятельности других бактерий и образует новые химические соединения. Конечным продуктом расщепления белков становятся нитраты, которые утилизируются растениями.

И о тех, кто враждует между собой

Однако чаще всего взаимоотношения между различными видами микробов носят антагонистический характер. В процессе длительной эволюции борьба за существование выработала у бактерий различные способы защиты и агрессии.

Каковы основные приемы, которые применяют одни бактерии в борьбе с другими? Некоторые из них запрограммированы природой так, что они очень быстро размножаются, а значит, и быстрее других поглощают питательные вещества и, таким образом, препятствуют развитию соперников. Другие создают слишком кислую или слишком щелочную среду, в которой не могут развиваться их соседи. Приведем пример. В кишечнике у новорожденных бактерии-молочнокислые палочки создают кислую среду и этим подавляют гнилостную флору. Существуют и такие бактерии, которые вырабатывают вещества, убивающие конкурентов. Есть среди микробов «волки», пожирающие другие микроорганизмы.

Мощное оружие микробов — антибиотик

В борьбе с другими микробами за «место под солнцем» микроорганизмы — плесневые грибы — используют особое антибиотическое (от греческого anti — против и bios — жизнь) — вещество, которое они производят в процессе своей жизнедеятельности. При контакте даже чрезвычайно малых количеств этого вещества с микробной клеткой нарушаются ее основные жизненные функции — дыхание, питание, размножение.

Впервые способность зеленого плесневого гриба угнетающе действовать на некоторых бактерий обнаружили в середине прошлого века русские микробиологи В. Манассеин и А.Полотебнов. Это удивительное свойство гриба они использовали для лечения инфицированных язв.

В 1929 году английский микробиолог А. Флеминг установил, что фильтраты, полученные из зеленых плесневых грибов рода Penicillium notatum, способны задерживать рост ряда болезнетворных микробов. Несколько позже из этих фильтратов был выделен пенициллин. В России академик 3. Ермольева и ее ученики нашли другой вид плесени — Penicillium crustosum, из которого был получен первый отечественный антибиотик — пенициллин-крустозин.

Так ученые использовали борьбу живого с живым для лечения человека. Но, несмотря на столь выраженное антагонистическое отношение грибов, продуцирующих пенициллин, к другим микроорганизмам, наблюдения показали, во-первых, что далеко не все микробы поддаются его губительному воздействию, а во-вторых, большое число ранее чувствительных к пенициллину бактерий со временем утрачивает это свойство.

Опыты и наблюдения показали, что одной из причин возникновения у микробов устойчивости к антибиотикам оказалось их чрезвычайно широкое, не всегда действительно нужное использование. В результате микробы в организме не погибают, а, наоборот, приобретают устойчивость к данному антибиотику, которую передают следующим поколениям бактерий.

В настоящее время ученые считают, что в механизме утраты чувствительности микробов к антибиотикам большое участие принимают особого рода генетические элементы — плазмиды. Полагают, что они способствуют выработке некоторыми микроорганизмами специальных ферментов, разрушающих антибиотик. Появление у микробов лекарственной устойчивости — не что иное, как совершенствование защитных видовых приспособлений микроорганизмов к вредным факторам внешней среды.

Родственники против родственников

Еще в 1925 году была обнаружена кишечная палочка, которая выделяла вещество, подавляющее развитие других кишечных палочек, некоторых типов дизентерийных бактерий и сальмонелл — микробов этой же группы. Вещество было названо колицином. Дальнейшие исследования показали, что не только кишечные палочки, но и другие микроорганизмы способны вырабатывать бактерицидные вещества, действие которых распространяется не на все виды бактерий, а только на родственные. Их стали именовать в соответствии с названием продуцирующих их бактерий: колицины, вибриоцины, туберкулоцины и т. д. В настоящее время есть все основания полагать, что способность продуцировать бактериоцины присуща большинству, если не всем бактериям.

Бактериоцины — это вещества белковой природы. Попадая на чувствительную к ним клетку, они быстро вызывают ее гибель. Каким образом это происходит, в настоящее время точно не установлено. Известно, что после воздействия бактериоцина в клетке резко нарушаются обменные процессы, подавляется синтез рибонуклеиновой и дезоксирибонуклеиновой кислот, прекращается рост и деление клетки. Вслед за этим она деформируется и разрушается.

Удивительная особенность этого явления заключается в том, что выделение бактериоцина в окружающую среду происходит во время гибели продуцирующей его клетки. Интересен и другой факт: все оставшиеся в живых представители микробной популяции, к которой относилась погибшая клетка, не восприимчивы к этому бактериоцину.

Пожиратели микробов

Русский ученый академик Н. Гамалея в 1898 году, во время одного из опытов с возбудителями сибирской язвы, обнаружил, что произошло растворение (лизис) микробов.

Позже это явление наблюдал французский ученый д'Эрель. В течение нескольких дней он вводил ежедневно несколько капель испражнений больного дизентерией в пробирку с питательной средой—бульоном и ставил эти посевы в термостат на ночь. На следующий день он фильтровал проросший бактериями бульон, несколько капель фильтрата вносил в другую питательную среду, содержащую дизентерийные бактерии, и ставил ее на сутки в термостат. Этот опыт д'Эрель повторял много раз. Когда состояние больного начало улучшаться, ученый обнаружил, что питательная среда, содержащая дизентерийные бактерии, после добавления фильтрата оставалась прозрачной, поскольку не было роста микробов. Это дало основание д’Эрелю предположить, что в испражнениях выздоравливающего появился какой-то агент, вызвавший лизис дизентерийных бактерий в питательной среде. Обнаруженный таким образом растворяющий агент был назван им бактериофагом, что значит «пожиратель бактерий».

Что представляет собой бактериофаг и как он пожирает микробов, удалось выяснить лишь после создания электронного микроскопа. Оказалось, что бактериофаги — особые вирусоподобные микроорганизмы, состоящие из двух частей: отростка и головки. Если добавить к микробам бактериофаг, действующий именно на данный вид микробов, через несколько минут его можно обнаружить на поверхности микробной клетки, к которой он прикрепляется отростком. Затем бактериофаг выделяет фермент, растворяющий оболочку бактерии в месте прикрепления отростка. Сквозь это отверстие содержимое тела бактериофага попадает внутрь клетки, где и происходит его размножение. По истечении некоторого времени, обычно через 1—3 часа, в клетке образуется огромное количество бактериофагов, которые разрывают ее оболочку и выходят наружу.

Фаги избирательно поражают отдельные виды бактерий и даже внутри одного вида специфичны для разных типов. Эта особенность бактериофагов позволила применить их не только с лечебной целью, но и для распознавания видов и типов бактерий, при микробиологической диагностике инфекционных болезней.

Вибрион — борец за чистоту природы

Несколько десятков лет тому назад из земли был выделен мелкий вибрион Bdeliovibrio bacteriovorus, который способен уничтожать многие, в том числе болезнетворные, бактерии. Позже этот микроорганизм был обнаружен и в воде. При изучении проб воды из различных водоемов был установлен следующий факт. Вода, мутная от взвешенных в ней бактерий, постояв в пробирках, начинала проясняться и через несколько дней становилась совершенно прозрачной.

Чем сильнее была загрязнена вода, тем быстрее происходило просветление. При внесении в такую воду болезнетворных микробов — возбудителей брюшного тифа, дизентерии и других — процесс просветления воды не приостанавливался и бактерии в ней погибали. Вода, прогретая в течение 15 минут при 60 градусах, эти свойства теряла. Это свидетельствовало о живой природе антагонистического фактора, имеющегося в воде, а также о его высокой чувствительности к нагреванию: ведь большинство микроорганизмов погибает лишь при 100 градусах.

Дальнейшие исследования показали, что этим фактором был тот же фильтрующийся вибрион, который обнаружили в земле. Ученые предполагают, что он не единственный антагонист болезнетворных бактерий в почве и водоемах. Природа, заботясь о своем самоочищении, предусмотрела, по-видимому, и другие формы борьбы между бактериями.

Итак, из всего сказанного нетрудно сделать вывод, что микробы чаще всего не ладят между собой. Совместные усилия микробиологов, вирусологов, эпидемиологов и клиницистов направлены на то, чтобы эти взаимоотношения между микробами использовать на благо человека в борьбе с болезнями.

Ю. Сидоровский, кандидат медицинских наук

© Ваш домашний доктор