Euroopat ehmatas väga väike olend - Escherichia coli patogeenne tüvi. Selle pikkus on vaid 2-3 mikronit, kuid see on ohtlik ja krapsakas. Võib tahtmatult imestada, kes on meie planeedil domineeriv liik - mees või sellised pisikesed?
Kui üks Escherichia coli, mis, nagu teate, paljuneb lihtsa binaarse lõhustumise teel, asetatakse ideaalsesse toitainekeskkonda ja eeldatakse, et temal ja tema järeltulijatel on palju toitu, siis võib see laps moodustada koloonia, mis kaalub umbes … 10 miljonit tonni päevas! Šokeeriv kuju, kas pole? Üksrakulised organismid on kui mitte kõige olulisemad, siis kindlasti sõna otseses mõttes kõige olulisemad maakera elanikud. Kõigi mikroorganismide, sealhulgas mikroskoopiliste seente ja vetikate kogubiomass on 76 miljardit tonni (kuivaine, välja arvatud vesi). Kõik mitmerakulised taimed kaaluvad 55 miljardit tonni ja loomade, sealhulgas inimeste, mass moodustab umbes "õnnetu" 500 miljonit tonni.
Ja igas terves inimkehas on kaks kilogrammi baktereid, sest inimene on sümbiootiline konglomeraat oma keha rakkudest ja bakteritest. Noore metaboomikateaduse kohaselt on inimesed superorganismid, milles ainult 2-3 triljonit rakku on otseselt meie, sugulased. Veel sada triljonit on mikroorganismid - inimkehas
on neid enam kui 500 liiki. Selles superorganismis ei ole inimese DNA sugugi ülekaalus, ütleb metaboomika asutaja isa, Briti biokeemik Jeremy Nicholson.
Igal meist on ainulaadne genoom, mis koosneb meie enda geneetilisest materjalist ja meid elavate arvukate üherakuliste organismide DNA-st.
KES ELAB ISIKUS?
Enamikul juhtudel sünnivad beebid steriilselt. Kuid nende elute esimesel päeval algab mikrobiotsenoosi teke: inimene on koloniseeritud paljude mikroorganismide poolt. Alguses on see kaootiline protsess, mille käigus võitlevad bakterid raevukalt "päikese käes" nii seest kui väljast. 2-3 päeva pärast saavad resistentsed kolooniad eluaegse elamisloa erinevates kehaosades. Need on nn kohustuslikud - kasulikud ja. pealegi vajalikud mikroobid. Võime öelda, et elusolendid, kes on siin maailmas inimestele kõige lähemal.
Kogu naha pinnal ja selle ülemises kihis pesitsesid propionibakterid, difteroidid ja korünebakterid mugavalt. Nad teavad, kuidas absorbeerida väljastpoolt tulnud patogeenseid baktereid, nad hoiavad esimest kaitseliini. Silmade limaskestast elavad stafülokokid ja mükoplasma, mis ei võimalda juhuslikel tulnukatel siin jalule saada ja hakkavad paljunema. Straptokokkide, lakto- ja bifidobakterite sõbralik meeskond, mida ümbritsevad pärmi-sarnased seened, ujub maos; kõik nad taluvad hästi maomahla happelist keskkonda ja annavad alguse seedimisele. Rohkem kui 15 perekonna Candida anaeroobsete bakterite ja seente peamist tüüpi elab soolestikus kitsas, kuid mitte solvunud. Ja nende seas on samad E. coli E. coli, mittepatogeensed tüved, mida inimesed tõesti vajavad. Just tema toodab meie kehas K2-vitamiini, mis vastutab vere hüübimise eest.
“Ehkki olen juba saanud 50-aastaseks, on mu hambad väga hästi säilinud, kuna mul on kombeks neid igal hommikul soolaga hõõruda ja pärast hane sulgi abil suuri hambaid puhtaks pühkida neid taskurätikuga hoolikalt” - neid sõnu saab lugeda kohtukoja valvuri kirjas. Hollandi Delfti linnast Anthony van Leeuwenhoek (1632–1723), mille ta saatis Londoni kuninglikule seltsile. Suuhügieeni järgimise algsest viisist ei saa midagi öelda, kuid Levenguk sai kuulsaks muidugi mitte selle pärast - vaid inimkonna õpetamiseks nägema looduse elu varjatud külgi. Levengukil polnud "teadlase" haridust, kuid tal oli tõeliselt tuline kirg: luubid. Ta oli üks esimesi, kes arvas, et ühendab mitu läätse teleskoobiks, et uurida mitte makro, vaid mikromaailma. Ja nii saigi ta mikroskoobi.
Ta valis uurimistöö jaoks materjalid juhuslikult: pipra infusioon, mädarõika kiud, nahahelbed, kärbseseened, Delfti kanalitest püütud koorikloomad. Ta lahjendas hammastelt kraapimist veega ja vaatas võluklaasides “uskumatult palju väikseid loomi ja pealegi nii pisikest ülaltoodud aine tükki, et seda oli peaaegu võimatu uskuda ja kui te seda oma silmaga ei näinud.
Iseõppinud Levenguk visandis 50-aastase vaatluse käigus enam kui 200 liiki "pisikesi loomi", nagu ta oma uusi tuttavaid kutsus. Teaduslikku revolutsiooni tollal siiski ei juhtunud - sada aastat pärast Levengukit jäi mikrokosmos teadusmaailmale omamoodi "telg mikroskoobis".
SÕBRAD ja vaenlased
Võib-olla pole peaaegu kõik meile kõige tuttavamad toiduained - leib, juust, jogurt, õlu, vein, šokolaad ja palju muud - midagi muud kui kääritustooted. Kõiki nende ettevalmistamise peamisi töid teostavad anaeroobsed bakterid ja pärmid. Alustamiskultuure - bakterikolooniaid - saab inimene hoiustada, valida ja kultiveerida vaid hoolikalt. Ja ta on seda teinud aastatuhandeid. Isegi viis tuhat aastat enne Kristuse sündi iidses Babüloonias teadsid nad, kuidas käärima jooke, ja kolm ja pool tuhat aastat tagasi leiutasid egiptlased pärmi leiba. Nii et inimene on juba ammu oma mikrosõpru taltsutanud.
Professionaalsed "koolitajad", teadlased-biotehnoloogid, relvastatud molekulaarbioloogia ja geenitehnoloogia saavutustega, õpetasid mikroobid tegema palju inimestele kasulikku. Tänapäeval kantakse põldudele mulda bakteriaalseid väetisi ning ohtlikud keemilised põllumajandusreaktiivid on asendatud mikroobsete insektitsiidide ja biolagunevate pestitsiididega. Tioonsed (väävlit oksüdeerivad) bakterid leostavad maagi kontsentraatidest väärtuslikke metalle ja parandavad väävlit sisaldava kivisöe kvaliteeti. Kaasaegsed ravimid pole mõeldavad ilma "tööhobuste" - bakterite, üherakuliste seente ja vetikateta, mis toodavad igat tüüpi antibiootikume, kasvajavastaseid ravimeid, vitamiine ja aminohappeid.
Kentucky Ameerika ülikooli professor Joseph Chappelli juhitud teadlaste meeskond leidis, et kõik meie planeedi nafta- ja kivisöevarud on ühe mikrovetika, Botryococcus braunii elu tagajärg. Seega, kui see poleks tema jaoks, ei näeks me ei soojusenergiat ega autosid.
Lisaks on mõned mikroorganismid ka maailma kõige hoolikamad ja põhjalikumad puhastusvahendid. On arvestatud, et kui see poleks orgaanilisi aineid lagundavate mädanemisbakterite töö, kataks Maal jääaja algusest saati elanud loomade luud täna terve maa pooleteise meetrise kihiga.
Inimeste ja mikroorganismide vastastikku kasuliku olemasolu rikub ainult üks asjaolu: on olemas üsna palju algloomi, kes ei ole hädas kiirendama elamist surnuks, vähendades seda paariks päevaks.
Hippokratese ajast kuni umbes 19. sajandi keskpaigani usuti, et tänapäeval nakkusohtlikeks haigusteks on halb õhk ja kahjulikud aurud - "miasmid". Patogeneesi teoreetikute seas oli tõele kõige lähemal Koperniku klassivend Girolamo Fracastoro. kes elas rohkem kui sada aastat enne Levenguki. Ta kirjutas pisikestest "seemnetest", mida antakse inimeselt inimesele, settivad sees ja põhjustavad haigusi. Fracastoro ei osanud aga isegi ette kujutada, et need "seemned" on elusad.
Inimkaotused epideemiliste nakkushaiguste tagajärjel ületavad märkimisväärselt sõjaliste konfliktide ohvrite arvu. Saja-aastase sõja (1337-1453) lahinguväljadel hukkus sadu tuhandeid inimesi. Ja sõja ajal juhtunud ja ainult viis aastat kestnud bluonotise katku epideemia nõudis 34 miljoni eurooplase elu. Kokku on kogu meie tsivilisatsiooni vältel surnud üherakuliste patogeenide ohvriks umbes poolteist miljardit inimest.
Terve 19. sajand teadusmaailmas ei vaibunud arutelus selle üle, kas mikroorganismid on süüdi selles, et me haigestume ja sureme. Ühelt poolt leidsid teadlased pidevalt haigustekitajaid koolerast, tuberkuloosist, difteeriast surnute kudedesse; nende puhtad kultuurid tuvastasid esimesed mikrobioloogid - kõik Nobeli meditsiini preemia laureaadid: Emil Bering, Paul Ehrlich, Ilja Mechnikov ning siberi katku, tuberkuloosi ja koolera põhjustajate Robert Koch. Kuid teisest küljest ei väsinud hügieeniteooria järgijad kunagi kordamast, et kõik haigused on pärit mustusest. Hügieniste juhtis Baieri Teaduste Akadeemia president Max von Pettenkofer. Professor sai kuulsaks seetõttu, et 73. aastal neelas ta tunnistajate juuresolekul oma teaduslike teooriate tõestamiseks puhta Vibrio koolera kultuuri. Cholera Pettenkofer ei haigestunud,kõik osutus kergeks seedehäireks. Mõistet "spetsiifiline immuunsus" sel hetkel veel ei eksisteerinud ja professor oli sama terve kui härg. Tõenäoliselt töötas ka enda õigsuse sisemise veendumuse jõud.
Pettenkofer hindas nii väga enda tervist ega tahtnud haigeks jääda, et tundis end 82-aastaseks saava vanamehena eelistades ennast tulistada.
Täna teame kindlalt: sellised haigused nagu katk, difteeria, koolera, tuberkuloos ja paljud teised on selgelt põhjustatud bakteritest, mis vabastavad elu jooksul toksiine. Rõugeid, leetri, hepatiiti ja poliomüeliiti provotseerivad mitte bakterid, vaid viirused. Viirused on palju väiksemad kui bakterid (üle 20–500 nanomeetri) ja siiani pole päris selge, kas nad on elus või mitte. Viirus ise ei ole võimeline paljunema - ta toodab järglasi, kasutades selle raku DNA-d, kuhu ta sisse viiakse.
MITTE MITTE MITTE SOODUSTATUD KASI
Erinevalt viirustest on bakterid paljunemisel sõltumatud. Kõrge paljunemisaste tagab neile liikide ellujäämise ja suhteliselt lühike DNA võimaldab neil kiiresti muteeruda, sundides inimkonda leiutama üha enam antibiootikume. Mikroorganismide "trikk" ei piirdu mutatsioonidega - on juhtumeid, kui bakterid manipuleerivad oma kandjatega. Sellist hämmastavat võimet demonstreerib näiteks üherakuline parasiit Toxoplasma.
Parasiidi peamised peremehed on kasside perekonna esindajad. Just nende organismides paljuneb Toxoplasma. Kandjateks võivad olla hiired, rotid, sead, linnud ja inimesed. Kuni viimase ajani arvasid parasitoloogid, et toksoplasma kujutab ohtu ainult emakas olevatele imikutele: kaasasündinud toksoplasmoosiga kahjustatakse kesknärvisüsteemi ja silmi ning laps sureb sageli täielikult. Kuid mõned teadlased usuvad, et Toxoplasma võib mõjutada ka täiskasvanute käitumist.
2007. aastal tõestasid Stanfordi ülikooli teadlased, et need parasiidid kontrollivad hiirte enesesäilitamise instinkti. Tervislikud hiired on looduse poolt programmeeritud nii, et väldivad kassi jälgi, kuid kui Toxoplasma satub näriliste kehasse, siis kassi jäljed vastupidi hakkavad neid meelitama. Sel juhul ülejäänud refleksid pole häiritud. Nii kontrollib Toxoplasma oma elutsüklit, kontrollides vektorit: selle jaoks on kasulik, kui hiir sureb pärast kassi söömist.
Parasiit on võimeline ka inimestele siirdama. Muidugi ei pane see meid kasse sööma tahtma, kuid teatavad teadvuse muutused toimuvad. Näiteks võite meelde tuletada tuttavad kõigile kassi-daami vanaemadele, kes on valmis varjama oma korterites terve sabaga karja.
Kuid teadlased peavad ikkagi välja mõtlema Toxoplasma tõelise rolli. Siiani saab öelda ainult ühte - ta pole kunagi olnud “teine inimene”. Erinevalt meie sümbiontist - E. colist. Kuidas sai tapjast asendamatu abiline? See detektiiviintriig ootab alles lahendamist.
Sel ajal, kui teadlased süüdlast otsisid, sorteeriti välja kõik võimalikud kahtlusalused, alustades Hispaania kurgist ja lõpetades Egiptusest pärit sarvikutega, jõudis epideemia iseenesest tühjaks. Nüüd pole enam võimalik kindlaks teha ei "kuriteopaiga" ega ka ühegi teise miljonite bakteriliikide osa, kes kandsid osa oma genoomist "heasse * E. coli", mille järel see omandas ebameeldiva omaduse - toota neerudele surmavaid ja punaseid vereliblesid hävitavaid toksiine. Lisaks sellele on uus tüvi, tähistusega O104: H4, saanud hämmastava antibiootikumiresistentsuse mõnest teisest mikroorganismist.
Võib öelda ka algloomi. Näib, et kõik on lihtne: üherakulised organismid paljunevad jagunemise või lootuse järgi, mis tähendab, et kogu genoom tuleks turvaliselt ja kindlalt üle viia emalt “tütrele”. Kuid on ka nn horisontaalset geeniülekannet - protsess, mis ebamääraselt sarnaneb paaritumisega. Toimub füüsiline kontakt, mille jooksul bakterid vahetavad geneetilist teavet. Veelgi enam, täiesti erinevate liikide isikud saavad ühendust - ja edukalt. Selle tulemusel tekivad uued alamliigid - tüved, mis muutuvad lüliks bakterite ettearvamatus evolutsioonis, evolutsioon palju kiiremini kui mitmerakuliste organismide oma. See kiirus tagab nende uskumatu liigilise mitmekesisuse.
Iisraeli mikrobioloogid uurisid 2009. aastal Paunibacillus dentintiformis bacillust ja otsustasid läbi viia eksperimendi: mis juhtub, kui hakkate neid näljutama? Eeldati, et toitumisvaeguse tingimustes hakkavad rakud liigi säilitamiseks aktiivselt paljunema. Kuid kõik läks täiesti erinevalt: bakterid mitte ainult ei peatanud paljunemist, vaid hakkasid ka sugulasi tapma, vabanedes "lisamuust". Kui koloonia suurus hakkas vastama toitainete kogusele, olukord stabiliseerus.
Teadlased ei väida veel, et mikroobidel oleks kollektiivne meel, kuid primitiivsete sotsiaalsete mehhanismide olemasolu neis peetakse tõestatuks.
“Bakteritel on ühiskondliku teadvuse primitiivne vorm. - usub uuringu juht professor Eshel Ben-Jakob. „Nad teavad, kuidas keskkonnast teavet koguda ja seda üksteisele edasi anda. Nad saavad ülesandeid levitada ja "ühist mälu" talletada. Keemiline keel, mida nad kasutavad suhtlemiseks, muudavad mikroobide kolooniad suureks ajuks."
Tahaksin õppida seda "suurt aju" mõistma ja mis veelgi parem - temaga sõbrad olema. Kuid mikrokosmos elab vastavalt oma seadustele ja meie teadmistest selle kohta on pikaajalise kokkuleppe sõlmimiseks endiselt liiga vähe.
Ajakiri Discovery november 2011
Reklaamvideo:
