Europu je plašilo vrlo malo stvorenje - patogeni soj Escherichia coli. Duljina mu je samo 2-3 mikrona, ali je opasna i brza. Netko će se nehotice zapitati tko je dominantna vrsta na našem planetu - čovjek ili takvi mališani?
Ako se jedna Escherichia coli, koja se, kao što znate, reproducira jednostavnom binarnom fisijom, stavi u idealan hranjivi medij i pretpostavlja se da će ona i njeni potomci imati dosta hrane, tada ova beba može formirati koloniju tešku oko … 10 milijuna tona dnevno! Šokantna brojka, zar ne? Jednoćelijski organizmi su, ako ne i najvažniji, onda svakako najznačajniji, u doslovnom smislu, stanovnici kugle. Ukupna biomasa svih mikroorganizama, uključujući mikroskopske gljivice i alge, je 76 milijardi tona (u suhoj tvari, bez vode). Sve višećelijske biljke teže 55 milijardi tona, a masa životinja, uključujući ljude, sačinjava i nekih "bijednih" 500 milijuna tona.
A u svakom zdravom ljudskom tijelu naći će se dva kilograma bakterija, jer je čovjek simbiotski konglomerat stanica vlastitog tijela i bakterija. Prema mladoj znanosti o metabolomiji, ljudi su suparganizmi u kojima su samo 2-3 trilijuna stanica izravno naši, rođaci. Još stotinu bilijuna čine mikroorganizmi - u ljudskom tijelu postoji
više od 500 vrsta. U ovom suverenizmu ljudski DNK uopće ne prevladava, kaže otac utemeljitelja metabolomija, britanski biokemičar Jeremy Nicholson.
Svatko od nas ima jedinstveni genom, koji je sastavljen od našeg vlastitog genetskog materijala i DNK brojnih jednoćelijskih organizama koji nas nastanjuju.
TKO ŽIVI U OSOBI?
U većini slučajeva bebe se rađaju sterilno. Međutim, već prvog dana njihova života započinje stvaranje mikrobiocenoze: čovjek je koloniziran mnogim mikroorganizmima. U početku je to kaotičan proces tijekom kojeg se bakterije žestoko bore za "mjesto na suncu" i izvana i izvana. Nakon 2-3 dana, otporne kolonije dobivaju dozvolu doživotnog boravka u raznim dijelovima tijela. To su takozvani obligati - korisni i. štoviše, potrebni mikrobi. Možemo reći da su živa bića najbliža ljudima ovog svijeta.
Na cijeloj površini kože i u njenom gornjem sloju ugodno su se ugnijezdile propionibakterije, difteri i korinebakterije. Znaju apsorbirati patogene bakterije koje dolaze izvana, drže prvu liniju obrane. Sluznicu očiju naseljavaju stafilokoki i mikoplazma koji ne dopuštaju slučajnim vanzemaljcima da se ovdje zaustave i počnu razmnožavati. U želucu pliva prijateljski tim streptokoka, lakto- i bifidobakterija, okružen gljivicama sličnim kvasacima; svi dobro podnose kiselo okruženje želučanog soka i pokreću proces probave. Više od 15 glavnih vrsta anaerobnih bakterija i gljivica roda Candida živi u crijevima skučeno, ali ne i uvrijeđeno. A među njima je isti E. coli E. coli, nepatogene sojeve od kojih ljudi stvarno trebaju. Upravo ona proizvodi vitamin K2 u našem tijelu koji je odgovoran za zgrušavanje krvi.
"Iako sam već navršio 50 godina, zubi su vrlo dobro očuvani, jer ih imam naviku trljati solju svako jutro i nakon čišćenja velikih zuba guskastim perjem dobro ih obrišem maramicom" - ove se riječi mogu pročitati u pismu čuvara sudskog vijeća iz nizozemskog grada Delfta Anthonyja van Leeuwenhoeka (1632. - 1723.), koji je poslao u London London Royal Society. Ne možete reći ništa, izvorni način promatranja oralne higijene, ali Levenguk je postao poznat, naravno, ne zbog toga - već zbog učenja čovječanstva da vidi skrivene strane života prirode. Levenguk nije imao obrazovanje "znanstvenika", ali imao je uistinu vatrenu strast: povećale. Bio je jedan od prvih koji je pretpostavio da je kombinirao nekoliko leća u teleskop kako bi proučavao ne makro, nego mikrova svijet. I tako je dobio mikroskop.
Za svoje je istraživanje odabrao materijale: infuzija paprike, vlasa od hrena, pahuljice kože, muhe oči, školjke uhvaćene u kanalima Delft. Vodom je razrjeđivao struganje zuba i opažao u čarobnim čašama nevjerojatan broj malih životinja, a štoviše, u tako sićušnom komadu gornje tvari da je bilo gotovo nemoguće povjerovati, a ako to niste vidjeli vlastitim očima.
Sam samouk Levenguk za 50 godina promatranja nacrtao je više od 200 vrsta "sićušnih životinja", kako je nazvao svoje nove poznanike. Međutim, znanstvena revolucija se tada nije dogodila - stotinu godina nakon Levenguka, mikrokosmos je za znanstveni svijet ostao svojevrsni "šator u mikroskopu".
PRIJATELJI I ENEMIJE
Možda, gotovo svi najpoznatiji prehrambeni proizvodi za nas - kruh, sir, jogurt, pivo, vino, čokolada i još mnogo toga - nisu ništa drugo do fermentacijski proizvodi. Sve glavne radove na njihovoj pripremi obavljaju anaerobne bakterije i kvasci. Osoba može samo pažljivo pohranjivati, odabrati i uzgajati starter kulture - kolonije bakterija. I to radi već tisućljećima. Još pet tisuća godina prije Kristova rođenja u drevnom Babilonu znali su fermentirati pića, a prije tri i pol tisuće godina Egipćani su izumili kruh s kvascima. Tako je čovjek odavno pripitomio svoje mikro prijatelje.
Profesionalni "treneri", znanstvenici-biotehnolozi, naoružani dostignućima molekularne biologije i genetskog inženjeringa, podučavali su mikrobe da učine mnogo stvari korisnim za ljude. Danas se na tlo na poljima primjenjuju bakterijska gnojiva, a mikrobni insekticidi i biorazgradivi pesticidi zamijenili su opasne kemijske poljoprivredne reagense. Tionske (oksidirajuće) bakterije ispuštaju vrijedne metale iz rudnih koncentrata i poboljšavaju kvalitetu ugljena koji sadrži sumpor. Suvremeni farmaceutski proizvodi nezamislivi su bez „radnih konja“- bakterija, jednoćelijskih gljivica i algi koje proizvode sve vrste antibiotika, antineoplastičnih lijekova, vitamina i aminokiselina.
Tim istraživača pod vodstvom profesora Josepha Chappella s američkog Sveučilišta u Kentuckyju otkrio je da su sve rezerve nafte i ugljena na našem planetu rezultat života jedne mikroalge, Botryococcus braunii. Dakle, da nije bilo nje, ne bismo vidjeli ni toplinsku energiju, ni automobile.
Pored toga, neki su mikroorganizmi ujedno i najuporniji čistači na svijetu. Procjenjuje se da ne bi bilo rada trulih bakterija koje razgrađuju organske tvari, kosti životinja koje su živjele na Zemlji od početka ledenog doba danas bi prekrile cijelu zemlju slojem i pol metra.
Uzajamno korisno postojanje ljudi i mikroorganizama razmaženo je samo jednom okolnošću: postoji priličan broj protozoja koji nisu protivni da ubrzaju proces pretvaranja živih u mrtve i da ga smanje na nekoliko dana.
Od doba Hipokrata do oko sredine 19. stoljeća, vjerovalo se da bolesti koje danas nazivamo zaraznim uzrokuju loš zrak i štetni ispadi - "miasmi". Među teoretičarima patogeneze najbliži je istini bio Kopernikov razrednik Girolamo Fracastoro. koji su živjeli više od stotinu godina prije Levenguka. Pisao je o sićušnim „sjemenkama“koje se prenose s osobe na osobu, naseljavaju se unutra i uzrokuju bolest. Međutim, Fracastoro nije mogao ni zamisliti da su ta „sjemena“živa.
Ljudski gubici od epidemioloških zaraznih bolesti značajno prelaze broj žrtava vojnih sukoba. Stotine tisuća ljudi poginulo je na bojnim poljima Stogodišnjeg rata (1337-1453). A epidemija bubonske kuge, koja se dogodila tijekom tog rata i trajala samo pet godina, odnijela je živote 34 milijuna Europljana. Ukupno, tijekom čitavog postojanja naše civilizacije oko milijun i pol ljudi je umrlo kao žrtve jednoćelijskih patogena.
Čitavo 19. stoljeće u znanstvenom svijetu nije potisnulo raspravu o tome jesu li mikroorganizmi krivi za činjenicu da se razbolimo i umremo. S jedne strane, znanstvenici su stalno otkrivali patogene uzročnike u tkivima onih koji su umrli od kolere, tuberkuloze, difterije; njihove čiste kulture prvi su mikrobiolozi identificirali kao jedno - dobitnici Nobelove nagrade za medicinu: Emil Bering, Paul Ehrlich, Ilya Mechnikov i otkrivač uzročnika antraksa, tuberkuloze i kolere Robert Koch. Ali s druge strane, pristaše higijenske teorije nikada se nisu umorili ponavljati da sve bolesti potječu od prljavštine. Higijene je vodio Max von Pettenkofer, predsjednik Bavarske akademije znanosti. Profesor je postao poznat po činjenici da je sa 73 godine, u prisutnosti svjedoka, progutao čistu kulturu vibrio kolere kako bi dokazao svoje znanstvene teorije. Kolera Pettenkofer nije se razboljela,sve se pokazalo kao lagana probava. Koncept "specifičnog imuniteta" u tom trenutku još nije postojao, a profesor je bio zdrav kao bik. Vjerojatno je djelovala i snaga unutarnjeg uvjerenja o vlastitoj pravednosti.
Pettenkofer je toliko cijenio vlastito zdravlje i nije se želio razboljeti da se, osjećajući se kao opušteni starac u 82. godini, radije upucao u sebe.
Danas sigurno znamo: bolesti poput kuge, difterije, kolere, tuberkuloze i mnogih drugih nedvosmisleno su uzrokovane bakterijama koje tijekom života oslobađaju toksine. Ošpice, ospice, hepatitis, poliomielitis izazivaju ne bakterije, nego virusi. Virusi su mnogo manji od bakterija (preko 20-500 nanometara) i još uvijek nije posve jasno jesu li živi ili ne. Sam virus se nije sposoban razmnožavati - stvara potomstvo pomoću DNK stanice u koju se unosi.
TAKO DA NIJE BEZ SILE MAČKE
Za razliku od virusa, bakterije su neovisne u prokreaciji. Visoka razmnožavanje omogućuje im preživljavanje vrsta, a relativno kratka DNK omogućuje im brzo mutiranje, prisiljavajući čovječanstvo na pronalazak sve više i više antibiotika. "Trik" mikroorganizama nije ograničen na mutaciju - postoje slučajevi kada bakterije manipuliraju svojim nosačima. Takvu zadivljujuću sposobnost pokazuje, na primjer, jednostanični toksoplazma parazita.
Glavni domaćini parazita su predstavnici mačje obitelji. Toxoplasma se množi u njihovim organizmima. Nositelji mogu biti miševi, štakori, svinje, ptice i ljudi. Donedavno su parazitolozi vjerovali da toksoplazma predstavlja opasnost samo za bebe u maternici: s urođenom toksoplazmozom oštećen je središnji živčani sustav i oči, a dijete često umire. Međutim, neki istraživači vjeruju da toksoplazma također može utjecati na ponašanje odraslih.
Godine 2007., znanstvenici sa Sveučilišta Stanford dokazali su da ovi paraziti kontroliraju instinkt samoodržanja miševa. Zdravi miševi priroda programira tako da izbjegavaju mačje tragove, ali ako toksoplazma uđe u tijelo glodavaca, tada ih mačji tragovi, naprotiv, počinju privlačiti. U ovom slučaju, ostali refleksi nisu poremećeni. Tako Toxoplasma kontrolira vlastiti životni ciklus, kontrolirajući vektor: za nju je korisno da miš umre nakon što ga mačka pojede.
Parazit je također sposoban presaditi na ljude. Naravno, to nas ne tjera da želimo jesti mačke, ali dolazi do određenih promjena u svijesti. Možete se, primjerice, prisjetiti poznatih svim bakama mačaka koje su spremne skloniti čitavo stado s repom.
Međutim, znanstvenici još uvijek moraju utvrditi pravu ulogu toksoplazme. Do sada se može reći samo jedna stvar - ona nikada nije bila "druga osoba". Za razliku od našeg simbionta - E. coli. Kako je nezamjenjivi pomoćnik postao ubojica? Ta detektivska intriga još čeka da se riješi.
Dok su znanstvenici tragali za krivcem, razvrstavajući sve moguće osumnjičene, počevši od španjolskog krastavca i završivši sa egipatskim pahuljama, sama epidemija je nestala. Sada više nije moguće utvrditi ni „mjesto zločina“, niti bilo koja od milijuna drugih vrsta bakterija prenijeli su dio svog genoma u „dobru * E. coli, nakon čega je stekla neugodnu osobinu stvaranja toksina koji su pogubni za bubrege i uništavaju crvene krvne stanice. Pored toga, novi soj, nazvan O104: H4, dobio je nevjerojatnu otpornost na antibiotike od nekih drugih mikroorganizama.
Protozoa se također može reći. Čini se da je sve jednostavno: jednoćelijski se organizmi razmnožavaju dijeljenjem ili pupoljkom, što znači da bi čitav genom trebao biti siguran i zvučan iz majke u majku. Ali postoji i takozvani horizontalni prijenos gena - proces koji nejasno nalikuje parenju. Dolazi do fizičkog kontakta tijekom kojeg bakterije razmjenjuju genetske informacije. Štoviše, pojedinci potpuno različitih vrsta mogu se obratiti - i to uspješno. Kao rezultat toga, nastaju nove podvrste - sojevi koji postaju poveznica u nepredvidivoj evoluciji bakterija, a razvijaju se mnogo brže nego kod višećelijskih organizama. Ova brzina pruža njihovu nevjerojatnu raznolikost vrsta.
Izraelski mikrobiolozi su 2009. godine proučavali bakteriju Paunibacillus dentintiformis bacillus i odlučili provesti eksperiment: što će se dogoditi ako ih počnete gladovati? Pretpostavljalo se da će se u uvjetima nedostatka prehrane stanice početi aktivno množiti kako bi se očuvala vrsta. Međutim, sve je krenulo potpuno drugačije: bakterije su se ne samo prestale umnožavati, već su počele ubijati i rodbinu, riješavajući se "dodatnih usta". Kad je veličina kolonije počela odgovarati količini hranjivih sastojaka, situacija se stabilizirala.
Znanstvenici još ne tvrde da mikrobi imaju kolektivni um, ali postojanje primitivnih socijalnih mehanizama u njima smatra se dokazanim.
„Bakterije imaju primitivan oblik društvene svijesti. - vjeruje voditeljica studija, profesorica Eshel Ben-Jakob. „Oni znaju prikupiti informacije iz okruženja i prenijeti ih jedni drugima. Oni mogu raspodijeliti zadatke i pohraniti "zajedničku memoriju". Kemijski jezik koji koriste za komunikaciju pretvara kolonije mikroba u veliki mozak."
Volio bih naučiti razumjeti taj "veliki mozak", a još bolje - biti prijatelj s njim. Ali mikrokozmos živi prema vlastitim zakonima, a naše znanje o njemu još je premalo za zaključivanje dugoročnog sporazuma o nagodbi.
Magazin Discovery studeni 2011
Promotivni video:
