Текст книги "Тайная жизнь домашних микробов: все о бактериях, грибках и вирусах"

Почему я, собственно, все это вам рассказываю? А вот почему: на родословном древе можно увидеть очень разветвленную группу живых существ самых разных видов под общим названием бактерии. Это уже само по себе примечательно, люди ведь обычно не различают бактерии и сваливают их в одну кучу: и те, которые населяют кишечник, и те, которые живут на коже, и те, которые превращают молоко в йогурт. Хотя мы, люди, намного более близкие родственники с каким-нибудь шампиньоном, чем эти бактерии между собой. Однако ради одного такого претенциозного сравнения у меня бы не было необходимости заходить настолько издалека, я хочу прояснить кое-что другое: каждое живое существо состоит из клеток. Бактерии, как известно, состоят из одной-единственной клетки, и если я не очень-то похож даже на свою кузину, то вы, наверное, можете себе представить, что клетки, из которых мы с вами состоим, давно уже имеют мало общего с бактериальной клеткой. С практической точки зрения это очень удобно, поскольку позволяет, например, относительно просто найти антибиотик, который убьет клетку туберкулезной бактерии, а клетки легочных тканей в непосредственной близости от нее не затронет: ведь клеточная структура, которую атакует антибиотик, в такой форме в наших клетках вообще не встречается. Антибиотик, кстати, это такого рода химическое боевое вещество, которое первоначально получали из грибковых клеток, потому что они умели защищаться от бактерий. Достаточно посмотреть на филогенетическое древо, чтобы понять, почему это работает: клетки грибов скорее похожи на клетки животных и потому должны быть столь же невосприимчивы к антибиотикам, как и клетки человеческого организма.

 Бактерии состоят всего из одной клетки, и они не могут выстраивать сложные структуры, в отличие от грибов.

Так что грибки и бактерии друг другу не родственны, и хотя мы часто употребляем выражение «бактериальная флора», все эти организмы с растениями ничего общего не имеют. И клетки бактерий и грибков тоже в корне различаются. Это, в частности, проявляется в том, что вышеупомянутые бактериальные клетки-одиночки сами по себе жизнеспособны, а клетки грибков – не всегда. Если внимательно присмотреться к дрожжам (тем самым, с которыми мы печем хлеб и варим пиво), то такой грибок состоит из одной-единственной клетки. А с плесневым грибком (это тот, что растет на сыре камамбер) дело обстоит иначе: его клетки выстраиваются в длинные нити (гифы), которые, в свою очередь, могут собираться в трехмерные клубки – их называют мицелием.

Из этого довольно хаотического соединения удивительным образом формируются сложные формы, такие как шляпка шампиньона, например. Более того – подобная конструкция может принимать невероятно большие размеры. Чаще всего такой грибковый мицелий распространяется под землей. И как! Самый крупный мицелий был найден в штате Орегон и занимал колоссальную площадь в 9 тысяч квадратных километров – это немногим больше, чем 1200 футбольных полей. На поверхности земли мало что можно увидеть, тут мы, как правило, лицезрим лишь репродуктивные органы грибов, а именно шляпки, которые потом оказываются в жарком на сковородке.

В отличие от грибов, бактериальные клетки не могут выстраивать столь сложные структуры, поскольку единичные клетки после деления остаются более или менее независимыми. Впрочем, некоторые могут создавать цепочки, но формируются они вследствие того, что вновь образованные клетки как бы прилипают к старым; так что некоторые цепи бактериальных клеток на удивление похожи на грибковые гифы, однако отдельные клетки все так же не зависят друг от друга. Таким образом, эукариотические грибы (см. разделение на прокариотов и эукариотов на древе жизни) прошли этап, который бактериям пройти не удалось: они сделали шаг к многоклеточным организмам. В более совершенном варианте такой многоклеточный организм будет состоять из ткани и органов, то есть из в высшей степени специализированных комбинаций клеток; такое мы встречаем, только начиная с растений и животных.

Если я вас привел в замешательство многочисленными терминами и клеточными структурами, то приведенная ниже иллюстрация, надеюсь, внесет ясность.

Бактериальные клетки (в форме шариков или палочек) могут образовывать цепочки

Дрожжи – это одноклеточные грибы, размножающиеся почкованием

Грибковый мицелий – это трехмерная структура из клеточных волокон (гиф)

По рисункам слева вы видите, что бактериальные клетки также могут быть различной формы. При этом большинство бактерий имеют либо шаровидную форму, либо выглядят как палочки. По-научному шаровидная клетка называется Coccus, а продолговатая – Bacillus. По-немецки вы, впрочем, можете их называть также «кокками» и «бациллами», если вам так больше нравится. Зачем я вам все это рассказываю? Затем, что многие виды бактерий как выглядят, так и называются. Давайте рассмотрим пару примеров. Тут, кстати, есть возможность проявить себя не только знатокам латыни, но и тем, кто когда-то зубрил древнегреческий, потому что многие названия происходят из греческого. Staphylococcus, например, это шаровидная бактерия, ясное дело. А поскольку staphylos переводится как «виноградная лоза» или «виноград», то становится ясно, как эти шаровидные клетки соединяются друг с другом – в форме виноградной кисти. Желаете еще пример? Как насчет Lactobacillus? Это должна быть клетка в форме палочки, потому что она зовется Bacillus. Lacto — нам знакомо по слову «лактоза» (или на сегодняшний день скорее по словосочетанию «непереносимость лактозы»); это молочный сахар, так что Lacto — должно иметь какое-то отношение к молоку (от латинского lac – молоко). И что же мы тут имеем? Конечно же, молочнокислую бактерию, мы с ней уже познакомились, когда говорили о пробиотиках. Еще один пример напоследок? Отгадайте-ка, где живет Pediococcus? Понятия не имеете? Латинисты, ваш черед: на латыни pes – это «стопа». Теперь, если вы представите себе форму клетки (шарообразную, разумеется) и соответствующий запах, то вам будет интересно узнать, что Pediococcus используют также в производстве различных сыров. Так понемногу кое-что проясняется!

Пойдем дальше. В науке все организмы принято называть двойными именами, взять, к примеру, Staphylococcus aureus. Здесь второе слово означает вид, а первое – родовое название вышестоящего уровня. Это примерно как в Баварии, где сначала вам назовут фамилию человека, а потом его имя. Так, Хубер Шорш – это представитель семьи Хубер, а конкретно – Шорш. Соответственно, Staphylococcus aureus – это вид, относящийся к стафилококкам, и он имеет золотистую окраску: aureus происходит от латинского слова aurum, что означает золото. Не так уж и сложно, верно?

То, что микробиологи вечно сыплют латинскими словами, лишь отчасти понты; в значительной степени это результат того, что только малая часть микроорганизмов носит немецкие имена! Пивные дрожжи, например, на самом деле называются Saccharomyces cerevisiae (если вам приходилось когда-нибудь покупать пиво в Испании, вы знаете почему), но пиво варят и с другими видами дрожжей, например с Saccharomyces carlsbergensis. Ну, что это может быть за пиво?[3]3
   Saccharomyces cerevisiae – так называемые пекарские дрожжи; cerveza по-испански – пиво. Saccharomyces carlsbergensis – пивные дрожжи низового брожения; пиво Карлсберг.


[Закрыть] И вот что прекрасно: если вы увлеклись пивоварением и открыли новый вид дрожжей, то можете сами дать название этому виду. Но свое имя использовать при этом запрещено. Например, если ваша фамилия Майер (Meier), то вы не имеете права назвать новый вид Saccharomyces meieri. Вы можете назвать его, скажем, в честь кого-то, кого вы цените, или по названию города, где вы сделали открытие, и при этом вполне могут получаться такие высоко поэтичные словообразования, как, например, Saccharomyces castroprauxeli[4]4
   Сastroprauxeli – производное от Кастроп-Рауксель (Castrop-Rauxel) – названия ничем не примечательного небольшого городка в Германии, пригорода промышленного центра Дортмунд.


[Закрыть].

 Человек, открывший новый вид дрожжей, может сам дать ему название, но есть некоторые правила, которых нужно придерживаться.

Ну, а если штука во что бы то ни стало должна носить ваше имя? Вообще такая возможность существует, но есть в ней подводный камень. Дело в том, что в прошлом возбудителей болезней ученые часто открывали, героически проделывая опыты над самими собой. Они инфицировали себя и от полученной болезни умирали, а изумленные потомки в честь бесстрашного исследователя называли возбудителя его именем. Я бы лично предпочел ранее упомянутый подход к присвоению имени, но это, конечно, дело вкуса…

Наряду с грибками и бактериями есть еще одна группа микроорганизмов, которой вообще нет в нашем родословном древе. Может показаться странным, но причина вполне понятна: на самом деле вирусы не живые существа, а всего лишь нечто вроде биологических механизмов, которые хоть и могут размножаться с помощью хозяйских клеток, но не имеют практически ничего из того, что мы ожидаем от живых существ. Если я сейчас начну давать определение, что такое жизнь, то это уведет нас слишком далеко, скажу лишь, что очень многого из того, что связано с понятием «жизнь», у вирусов нет: ни клеточного строения, ни самостоятельного размножения, энергию они не преобразовывают и с окружающей средой не коммуницируют.

Нам для начала вполне достаточно отметить следующее: вирусы могут размножаться только с помощью других клеток. Что означает: вирусная частица остается на какой-либо поверхности в одиночестве, в то время как бактериальная клетка может размножаться, и из нее получаются две клетки, из двух – четыре, затем – восемь, 16, 32, 64, 128 и так далее… Это на многое влияет, и в частности на то, будет ли опасен контакт с такой поверхностью. Однако делать вывод, что загрязненная вирусами поверхность не представляет опасности, было бы неверно и, возможно, даже фатально, поскольку иногда достаточно подхватить лишь пару вирусных частиц, которые начнут размножаться в нашем организме (то есть с помощью наших клеток) и нанесут нам существенный ущерб. Также многие вирусы обладают значительной невосприимчивостью к внешним воздействиям и средствам дезинфекции, и потому их не так просто обезвредить. То есть вирусы – это такие микроорганизмы, которые надо держать под контролем, пусть даже они и «неживые».

Ну, что, теперь мы со всеми познакомились? Бактерии, грибки и вирусы – это, пожалуй, самые важные. Осталось еще разобраться с определением про «все, что меньше собаки»? Да, есть среди микроорганизмов и те, которые размером чуть больше вышеперечисленных. Так мы подходим к еще одной группе тварей, которыми занимается микробиология, группе на этот раз очень неоднородной – к паразитам. Их мы находим на разных ответвлениях нашего родословного древа, но все они расположены с той стороны, где эукариоты. Среди организмов, которых мы причисляем к паразитам, есть одноклеточные и многоклеточные организмы, например жгутиковые и амебы (одноклеточные), а также ленточные и круглые черви (многоклеточные). Почему столь разные существа объединены в одну группу? Очень просто. Их объединяет одно общее свойство, причем весьма неприятное: все паразиты живут за счет других организмов. На это вы можете заметить, что подобное можно сказать и про бюрократов от науки… и будете недалеки от правды. Но у паразитов более тесные отношения со своими кормильцами, чем у госслужащих и налогоплательщиков, поскольку паразиты живут непосредственно на и в организме своего хозяина.

 Паразиты – неоднородная группа. Единственная общая черта, которая присуща всем им: они живут за счет организма своего хозяина.

Возьмем банального плоского червя: он селится в кишечнике животных и людей и пожирает там все, что ему попадется. Не слишком аппетитно, но очень эффективно. Это «чревоугодие» функционирует настолько исправно, что пациенты с глистами сильно теряют в весе, если этому делу не положить конец. Было дело, когда один ловкач даже продавал ленточных глистов в качестве средства для похудения, и его покупатели действительно худели, но некоторые, к сожалению, столь резко, что не могли эту процедуру пережить: ленточные глисты могут достигать длины в несколько метров, и тогда обитателям кишечника от ужина остаются одни объедки. Но, как правило, паразит не очень-то заинтересован в убийстве своего хозяина, ведь он таким образом лишится источника своего питания. Однако иногда, особенно если эта мразь произвела на свет многочисленное потомство, может наступить момент, когда хозяйский организм выполнил свой долг и может уходить.

Если у вас сейчас создалось негативное впечатление о паразитах, то именно этого я и добивался. Чтобы хоть как-то реабилитировать этих тварей, должен сказать, что есть среди них и условно безобидные варианты, например те, которые всего лишь пьют нашу кровь, – комары, клещи, блохи. Надо признать, это тоже весьма неприятно, однако не так опасно, кроме тех случаев, когда из-за укусов кровопийц переносятся болезнетворные бактерии и вирусы. Один из самых трагичных примеров тому – чума. Ее вызывают бактерии, но столь масштабно она могла распространяться потому, что возбудители чумы передавались через блох и крыс: блоха кусает заболевшего чумой, затем прыгает на крысу и инфицирует бактериями ее кровь. Крыса (а она по закону подлости сама не заболевает) перебирается на каком-нибудь, скажем, корабле или на повозке в другое место, где ее опять-таки поджидают многочисленные блохи, которые выуживают из крысы возбудителей чумы и передают их следующей жертве человеческого рода. Таким образом, эта эпидемия в прошлые века неоднократно распространялась по торговым путям на полмира и за пару лет могла выкосить целые регионы. В наше время чума уже не столь страшна, потому что, к счастью, многие люди живут в условиях, не допускающих столь близкого контакта с крысами и блохами, как это было в средневековой Европе. К тому же мы теперь знаем, что истинными виновниками чумы являются бактерии, а от них у нас есть защита – антибиотики эффективны против большинства бактериальных инфекций. И от чумы в том числе.

Если вы внимательный читатель, то, возможно, вы заметили, что в начале главы я упомянул одну группу микроорганизмов, про которую еще ничего не рассказал. Я имею в виду археев. Посмотрите еще раз на родословное древо и отметьте, что они занимают довольно большую часть кроны дерева и располагаются на той ее стороне, где указаны прокариоты. Эти организмы – раньше их также называли архаичными бактериями – известны, вероятно, очень немногим, хотя их влияние на нас огромно. Своим именем археи обязаны тому, что они считаются древнейшим – то есть архаичным – видом и существовали на нашей земле еще тогда, когда она не была такой обжитой, как сегодня. И среди них мы находим непревзойденных мастеров в деле заселения жизненных пространств, в которых больше никто не желает обитать: например, в токсичных кипящих вулканах на морском дне, соляных озерах, ледяных пустынях или обжигающих горячих источниках. То есть в тех местах, про которые можно поручиться, что там не может существовать ничто живое, а все же там есть жизнь, и это археи. Но и это еще не все: животные, способные использовать целлюлозу в качестве питания (к примеру, корова, которую кормят сеном, или термиты, подтачивающие деревянное строение), могут переваривать целлюлозу только потому, что у них в пищеварительном тракте в качестве «домашних животных» содержатся археи. Только они способны биохимически расщеплять целлюлозу и приводить ее в то состояние, с которым корова может справиться. Это сложный процесс, поэтому у коровы переваривание при пережевывании также происходит трудоемко, и в результате образуется побочный продукт, доставляющий нам сегодня столько проблем. Речь идет о метане. В какой-то момент он выходит из коровы, сзади или спереди, и попадает в атмосферу, где, увы, провоцирует парниковый эффект. По данным федерального ведомства по охране окружающей среды, более половины выбросов метана в Германии приходится на сельское хозяйство и в значительной степени именно из-за этих процессов. Что еще раз свидетельствует о том, что все имеет оборотную сторону, и корова тоже, простите за каламбур.

Ну, вот, теперь мы действительно поговорили обо всех существах, которыми занимаются микробиологи, и я надеюсь, что смог вас немного «подзаразить» своей увлеченностью микробиологией и наполнить жизнью эти невидимые организмы хотя бы перед вашим умственным взором. Наверное, мне стоит еще кое-что сказать по поводу терминов, которые я употребляю. Мы уже уяснили, что между вирусами, грибами и бактериями есть разница. Когда я говорю о «микроорганизмах» в общем смысле, я в этой книге могу использовать синонимы, главным образом слово «микробы». Я делаю это преимущественно из языковых соображений, хотя самые дотошные читатели могут уличить меня в неточности, поскольку под микробами традиционно имеются в виду прежде всего возбудители болезней. И все же в этой книге я буду эти два понятия – микроорганизмы и микробы – употреблять в одинаковом смысле, немного разнообразия в конечном счете ведь не повредит. Но что-то я тут разговорился, пора уже переходить к теме нашего сосуществования с бактериями, вирусами и прочей братией, и именно к этому мы сейчас приступим.

3. Что нужно микробу для жизни

При каких условиях вы чувствуете себя наилучшим образом? Как насчет такой ситуации: лето, отпуск, на улице 28 градусов, вы сидите у бассейна в гостинице, потягиваете кофе глясе и в кругу друзей перемываете косточки окружающим или беседуете с членами вашей семьи. Нормально, да? Читатели-мужчины могут, естественно, заменить кофе глясе и бассейн на пиво и гриль, но в принципе понятно. Для хорошего самочувствия нужна комфортная температура воздуха, что-нибудь для приятных физических ощущений и хорошая компания. Если я вам теперь скажу, что у бактерий абсолютно такое же представление о приятном времяпрепровождении, вы, возможно, посчитаете, что я спятил: бактерии, без всяких сомнений, могут обитать у гостиничного бассейна, но чтобы они при этом попивали кофе глясе? Вряд ли. Но давайте представим себе эту картинку в более абстрактном варианте и будем исходить из того, что дело в температуре, питании и контакте с окружением, и вам станет понятно, что наши предпочтения схожи.

Рассмотрим детали этой картинки более подробно: для нас правильная температура окружающей среды может способствовать хорошему самочувствию, а для микроорганизмов это вопрос выживания. Возможно, вы знаете, что биологические реакции протекают тем быстрее, чем выше температура. А если и не знаете, то этот принцип все же довольно очевиден (представьте хотя бы, что случится с вашим глясе на солнцепеке, если вы будете долго плескаться в бассейне). Тепловое воздействие ускоряет процессы, вот почему мы запираем бактерии в термостаты, когда хотим, чтобы они размножались, что, попросту говоря, означает деление клеток. Это функционирует, как правило, без проблем, но в какой-то момент высокие температуры скорее вредят, чем приносят пользу, и это нам тоже знакомо хотя бы по тому, что, прокипятив воду, мы убиваем в ней возбудителей болезней.

Если 100 °C – это очевидный перебор, то остается вопрос, какая же температура благоприятна для микробов? Универсального ответа нет, потому что точно так же, как среди нас наряду с почитателями солнца есть те, кто предпочитает проводить отпуск на севере Швеции, так и у грибов с бактериями могут быть разные предпочтения. В общем и целом для большинства организмов 0 °C является нижней границей. С другой стороны, температуры выше 40 °C для подавляющей части микроорганизмов – это уже не ласковое солнышко, а показание к прекращению размножения. Почему? Дело вот в чем. Точка замерзания – это важный ограничивающий фактор, поскольку клетки наполнены водным раствором (цитоплазмой), в котором проистекают все биологические процессы. Когда вода при плюс-минус 0 °C замерзает, в клетках больше ничего не происходит. В них образуются колкие кристаллы льда, которые бактериальную клетку в буквальном смысле слова протыкают и таким образом разрушают. У нас, людей, такой проблемы нет, потому что мы великими стараниями поддерживаем температуру тела на уровне около 37 °C. У прочих же живых организмов, подвергающихся воздействию очень низких температур, например у вечнозеленых растений наших широт, в плазме есть самый настоящий антифриз – средство против замерзания содержимого клеток.

 Биологические реакции протекают быстрее при повышенной температуре.

Подобные защитные механизмы мы находим и у некоторых микроорганизмов. По этой причине такие организмы можно замораживать и снова оттаивать – как только температура повысится, они снова примутся радостно размножаться. Простой пример: когда вы кладете стейк из свиной шейки в холодильник, то при температуре 4 °C микробы, которые могут содержаться в мясе, будут делиться так медленно, что вы можете рассчитывать, что стейк сразу не испортится. Он может храниться там пару дней, но если процесс размножения бактерий на мясе нужно остановить на долгий срок, то мясо лучше заморозить. Но учтите: никаких гарантий, что от заморозки умрут все микробы, нет, и вполне возможно, что после оттаивания они снова начнут размножаться. Поэтому размороженный кусок мяса надо быстро бросить на сковородку или как вы там еще хотите его приготовить.

Уловка с холодильником срабатывает, к сожалению, не со всеми микроорганизмами. Каждый из нас когда-нибудь с таким сталкивался: забыли в дальнем углу холодильника кусок сыра, а спустя несколько недель нашли его заплесневелым. Плесневые грибки, как это ни досадно, могут расти и при очень низких температурах, и с ними у нас случаются проблемы не только в холодильнике, но и в холодном погребе.

 Вредные вещества разрушаются в воде, если нагреть ее до 60–65 °C.

Но есть и такие микроорганизмы, которые любят тепло, как, например, наши друзья из кишечной флоры, с которыми мы уже немного познакомились. 37 °C для этих бактерий оптимальны, но это не значит, что при 30 или 39 градусах они не будут размножаться. И есть даже такие бактерии, которые любят погорячее. Внимательный читатель сразу вспомнит про горячие источники и археев, их я упоминал в предыдущей главе. Но я имел в виду вовсе не их, ведь мы же хотим разобраться главным образом с явлениями, с которыми сталкиваемся в повседневной жизни. Не знаю, как вы, но я уже целую вечность не купался в 30-градусном источнике… Так что вернемся в свои пенаты, где живет один очень интересный род бактерий, доставляющий нам в последнее время массу хлопот. Речь о легионеллах, которые просто обожают горячие водопроводные трубы и отопительные батареи, причем, что удивительно, при температуре выше 50 °C!

Свое название легионеллы получили потому, что эти бактерии вызывают заболевание – нечто вроде воспаления легких, – которое изначально было описано у группы военных ветеранов. Это случилось в 1976 году: на встрече «Американского легиона» некоторые ее участники подхватили заразу, надышавшись в душе аэрозолем (это мельчайшие капельки в воздухе). На самом деле легионеллез постигает в первую очередь курильщиков и алкоголиков мужского пола старше 60 лет. Так что эти ветераны были, естественно, идеальной целевой группой…

В отличие от понтиакской лихорадки (легкой формы легионеллеза), которую некоторые эксперты считают причиной летнего гриппа, при воспалении легких, вызванном легионеллами, довольно высокий процент смертности, в результате чего на настоящий момент в Германии все объекты, где используется горячая вода, взяты под строгий контроль. В последние годы проблема усугубилась, в частности, потому, что современные домашние устройства для отопления и для подачи горячей воды работают уже не при столь высоких температурах, как прежде. Это значит, что легионеллы могут размножаться, например, в резервуаре для горячей воды, и когда человек будет принимать душ, он рискует вдыхать вредные, содержащие микробы капельки. Поэтому современные отопительные устройства сконструированы так, чтобы периодически нагревать воду до 65 °C. Это позволяет избавиться от засевших в резервуарах легионелл. Если у вас такого современного устройства нет, то во избежание проблем вам следует каждые два месяца самим подкручивать регулятор температуры.

Однако при температуре выше 60 °C даже легионеллы откидывают копыта, поскольку все процессы, происходящие в клетках – будь то клетки бактериальные или человеческие, – управляются и осуществляются ферментами. Ферменты состоят из протеинов, которым высокая температура, как правило, противопоказана: она разрушает типичную структуру протеинов, столь необходимую им для функционирования. То же происходит с яичным белком на горячей сковородке. Белок состоит в основном из протеинов, собственно, он и дал название этому классу веществ: протеин = (вот сюрприз!) белок.

Итак, высокие температуры разрушают протеины в клетках (если вы хотите произвести впечатление, то можете сказать «денатурируют»), и тогда все процессы там останавливаются. Занавес. Поскольку эта проблема касается принципиально всех клеток, то мы очень стараемся не допускать чрезмерного повышения температуры нашего тела: например, начинаем потеть, когда становится жарко. Бактерии, естественно, это делать не умеют. Вообще-то жаль, если задуматься, ведь 40 триллионов бактериальных клеток в организме человека могли бы стать очень существенной целевой группой для производителей дезодорантов. Они, правда, разработали ряд других средств от воздействия жары, но жара, как вы поняли, сама прекрасно убивает микробы.