Чтение онлайн

Со времени открытия Флеминга было выявлено около 5000 различных антибиотиков, но в медицине применяется лишь 100 из них. Итак, на дешёвых питательных смесях «трудятся» микроорганизмы, в результате образуются антибиотики; мировое производство этих веществ оценивается стоимостью 4 миллиарда долларов. Таковы первые многообещающие «результаты приручения» микробов человеком.

Согласно одной древней индийской легенде, могущественный брахманский властитель Шерам обещал своему визирю Зессе ибн Дахеру, изобретателю игры в шахматы, исполнить любое его желание. Мудрец попросил пшеницы, притом столько, сколько получится, если на первую из 64 клеток шахматной доски положить одно пшеничное зерно, на вторую — два, на третью — четыре, на четвёртую — восемь, т. е. на каждую последующую клетку надо было положить удвоенное число зёрен. Царь был в высшей степени удивлён этой, казавшейся ему смехотворной, просьбой и приказал принести мешок пшеницы. Однако его лицо всё больше вытягивалось по мере того, как содержимое мешка постепенно исчезало, а незаполненных клеток на доске оставалось ещё очень много. Наконец расчёт показал, что для заполнения одной только 64-й клетки потребовалось бы 18,5 триллионов зерен! Таким количеством можно было бы засыпать всю Землю слоем в 1 см! Для этого не хватило бы даже всего нынешнего урожая зерновых.

Такие же несметные количества получаются, если посчитать, сколько микробов может произойти из одной-единственной клетки. Бактерии — это рекордсмены клеточного деления: в зависимости от условий и бактериального вида требуется от считанных минут до нескольких часов на то, чтобы клетка бактерии произвела перетяжку посредине и разделилась. Если принять во внимание, что одна бактериальная клетка делится каждые 20 мин (в среднем), то, стало быть, через 20 мин образуются две «дочерних» бактерии, спустя 40 мин — четыре «внучки», через 60 мин — восемь «правнучек», через 80 мин — 16 «праправнучек» и т. д. Число бактерий увеличивается лавинообразно. Спустя всего лишь 10 ч 40 мин из одной бактериальной клетки возникло бы свыше 4 миллиардов потомков, т. е. столько, сколько людей живёт в данное время на Земле. Через 44 ч, то есть через неполных двое суток беспрепятственного размножения одна бактерия, несмотря на её массу, составляющую всего лишь 0,000 000 000 001 г, сумела бы образовать такое потомство, масса которого соответствовала массе нашей планеты (около 6 000 000 000 000 000 000 000 тонн)!

К счастью, дело не доходит до того, чтобы наша Земля полностью «заросла» бактериями! Для того чтобы микробы могли быстро размножаться, им необходимо достаточное количество пищи и благоприятные условия существования, подобные тем, какие искусственно создаются в биореакторе. В природе же питательные вещества имеются в наличии лишь в ограниченном количестве, да и то не всегда. Кроме того, огромные количества микробов гибнут от воздействия ультрафиолетовых лучей и солнечного света. Недаром врачи уверяют, что для того, чтобы остаться здоровым, необходимо как можно чаще бывать на свежем воздухе под лучами солнца. Местности с высокой ультрафиолетовой радиацией (обычно берег моря, поросший соснами) характеризуются очень низким содержанием микроорганизмов в воздухе. В больницах и научно-исследовательских лабораториях помещения нередко стерилизуют путём облучения ультрафиолетовым светом.

Итак, микробы невероятно продуктивны. В то время как одна корова с живой массой в 500 кг образует за сутки около 0,5 кг белка, а 500 кг растений сои продуцируют за тот же срок 5 кг белка, равная масса дрожжей (то есть тоже 500 кг) способна выработать в биореакторе за сутки 50 т белка, что в 100 раз превышает их собственную массу и примерно равно массе 10 взрослых слонов! Вообразите, что корова в течение одних суток вырастет в гиганта, равного по массе 10 слонам! А ведь именно так растёт микробная масса, беря начало с крошечной невидимой глазом одной-единственной клетки! Таким образом, при определённых условиях микробная клетка способна за равное время продуцировать в 100 000 раз больше белка, чем животная клетка. При этом она потребляет дешёвые вещества, например крахмальные растворы или даже сточные воды. Корове же требуются хорошие и, следовательно, дорогие корма.

Сравнение способности образовывать новый белок животными (корова), растениями (соя) и микробами (дрожжи).

Каждый из этих организмов на 500 кг своей массы за 1 сут производит следующие количества новообразованного белка: корова — 0,5 кг, то есть примерно это масса хомяка; соя — 5 кг, то есть масса кошки; дрожжи — 50 000 кг, то есть масса десяти взрослых слонов. Если бы корова обладала производительностью дрожжей, то её привес за одни-единственные сутки, по всей вероятности, был равен массе десяти слонов.

Поскольку микробов отличает чрезвычайная приспособляемость, их можно быстро и легко селекционировать. Если над тем, чтобы вывести новую породу животных или новый сорт хлебного злака, нередко приходилось биться десятилетиями или даже столетиями (за 150 лет самой напряжённой селекционной работы содержание сахара в сахарной свёкле было повышено всего лишь в 3 раза), то у кистевидной плесени всего лишь за 30 лет удалось в 10 000 раз повысить продуктивность выработки пенициллина!

Однако традиционные методы селекции оставлены далеко позади такими современными методами, как генная инженерия. Сегодня методами генной инженерии микроорганизмы можно побудить даже к тому, чтобы они, согласно поставленным требованиям, продуцировали совершенно необычные для них вещества растений, животных или человека. Наследственный материал микробов можно направленно изменять посредством «манипулирования» с генами. Так в лабораториях биотехнологов создаются новые «живые существа по индивидуальному заказу».

Из всех живых существ, пожалуй, лучше всего изучена кишечная палочка (колибактерия, Escherichia coli). Эти бактерии, открытые венским врачом Теодором Эшерихом (1857—1911), в огромных количествах населяют органы пищеварения животных и человека и даже снабжают своих «хозяев» витаминами, которые они могут образовывать из cахаров.

Эти невидимые «жильцы» кишечника стали знамениты благодаря своему штамму К 12, изолированному в 1922 г. Чтобы отличить микробные штаммы один от другого, их нумеруют. Штамм К 12 очень удобен для экспериментов, так как полностью утратил жизнеспособность в кишечнике человека и животных. Такие микробы характеризуются как «искалеченные лабораторные бактерии», так как теперь они хорошо себя чувствуют только в определённом питательном растворе, но не в своей исходной естественной среде. Тем самым сводится к минимуму опасность случайного заражения и последующего заболевания исследователей во время эксперимента.

Клетка Escherichia coli имеет около 1 мкм (1 мкм = 0,001 мм) в ширину и примерно вдвое большую длину. Следовательно, эти короткие палочки нельзя рассмотреть в подробностях невооружённым глазом, это можно сделать только с помощью электронного микроскопа. Что же мы увидим?

Стенки колибактерии имеют общую толщину около 0,02 мкм. Они образованы оболочкой, состоящей из деревянистых и жироподобных веществ. В стенках расположены маленькие запирающиеся поры, окружённые кольцом из белковых тел, и большое количество канальцев. Через эти отверстия пищевые вещества проходят во внутренний объём клетки. Снаружи клетка покрыта слизистой массой, из которой выступают длинные жгутики [15] , которые непрерывно вращаются и продвигают бактерию.