Рейтинг@Mail.ru
Поиск
x
National Geographic №194, ноябрь 2019
National Geographic Traveler №72, ноябрь 2019 – январь 2020
Это новый сайт National Geographic Россия. Пока мы работаем в режиме бета-тестирования.
Если у вас возникли сложности при работе с сайтом, напишите нам: new-ng@yasno.media
Наука

Маленький-маленький мир

Текст: Натан Вулф
21 января 2013
/upload/iblock/e53/e534863183ebb0930de381de0db163b4.jpg
На раскрашенном снимке электронного микроскопа видны тонкие нити стрептококков в лабораторной пробе. Хотя некоторые болезни, вызванные этими бактериями, могут быть смертельными, многие стрептококки безвредны и обитают в наших телах вместе с тысячами других безобидных созданий.
Фото: Мартин Эггерли, при поддержке Института естественных наук Университета прикладных наук и искусств Северо-Западной Швейцарии
/upload/iblock/e6a/e6aefe402a570f22355bcc0cab45d07a.jpg
Эти вирусы, питающиеся бактериями, представляют собой самую многочисленную белковую форму на планете и намного превосходят количество звезд во Вселенной. В каждом из нас их триллионы.
Фото: Отделение микробиологии, Биоцентр, Базельский университет/Photo Researches, Inc. Изображение раскрашено.
/upload/iblock/1d6/1d6c6069cdc923790c982194b32cde28.jpg
Выращенная в лаборатории колония Paenibacillus vortex выстраивается веером и тянется сразу во все стороны в поисках пищи. Бактерии могут действовать коллективно, общаясь с помощью химических сигналов.
Фото: Эшел Бен-Якоб и Инна Брайнис
/upload/iblock/674/674c9b98bcb24f3d90d7d18e1d1d195f.jpg
Человеческий кишечник буквально набит бактериями, и многие их виды до сих пор не изучены. Они помогают нам переваривать пищу и усваивать питательные вещества, а также играют важную роль в защите стенок кишечника. Возможно, эти же микроорганизмы помогают следить за весом и защищают от аутоиммунных заболеваний.
Фото: Мартин Эггерли, при поддержке Института естественных наук Университета прикладных наук и искусств Северо-Западной Швейцарии
/upload/iblock/cd5/cd579be8cd39d4be75eaf498cea06d65.jpg
Крохотная зеленая цианобактерия сыграла важнейшую роль в истории Земли, создав благодаря фотосинтезу насыщенную кислородом атмосферу. Древние формы цианобактерий превратились в хлоропласты – органеллы клеток, которые осуществляют фотосинтез растений.
Фото: Стив Гшмайсснер, Photo Researchers, Inc
Они невидимы. Они повсюду. И они заправляют всем.
Вдохните. Почувствуйте, как воздух проходит через ноздри. Ваша диафрагма сокращается, проталкивая его глубже – в грудь. Кислород наполняет альвеолы легких и направляется в капилляры, которые снабжают им каждую клетку вашего тела, – вы живы. И сделанный вами вдох тоже живой. Когда мы дышим, ноздри затягивают миллионы невидимых пылинок: минеральные частицы, пыльцу, водяные капельки с моря, вулканический пепел, споры растений. На них, в свою очередь, обитает множество бактерий и вирусов. Некоторые их виды могут вызывать аллергию или астму. Гораздо реже мы вдыхаем патогены – возбудители болезней, таких как атипичная пневмония, туберкулез или грипп. За последние 15 лет я провел много времени, засовывая ватные палочки в человеческие носы, свиные пятачки, птичьи клювы и шнобели приматов в поисках вредоносных микроорганизмов, пока они не вызвали очередную беспощадную пандемию. В итоге я стал воспринимать воздух скорее как переносчик опасных заболеваний, чем как средство поддержания жизни. Впрочем, вы можете вздохнуть с облегчением: большинство микробов – летучи, но не вредны, а некоторые даже полезны. Просто мы пока знаем о них слишком мало. О бактериях, которые составляют значительную часть живых существ, стало известно лишь 350 лет назад, когда Антони ван Левенгук начал разглядывать в свои микроскопы пробы воды из пруда и мазки слюны. Вирусы – по размерам значительно меньше бактерий, но куда многочисленнее, чем все прочие белковые формы, вместе взятые, – были открыты немногим более века назад, когда люди уже разъезжали в автомобилях и смотрели кино. Понадобилось еще около столетия, чтобы мы осознали, насколько микробы вездесущи – их можно найти даже в облаках и в недрах. 
Некоторые из обнаруженных в воздухе микробов преодолели огромные расстояния: пыль из пустынь Китая летит через Тихий океан в Северную Америку и далее на запад – в Европу, практически огибая весь земной шар.
И мы пока только движемся к пониманию того, что они необходимы для здоровья людей и планеты. Мы гордимся тем, что исследовали практически каждый уголок Земли, но за нашим миром стоит невидимый мир микробов, который определяет очень и очень многое. Наше невежество во всем, что касается микробов, долгое время объяснялось неспособностью ученых выращивать большинство микроорганизмов в лаборатории. С недавних пор методы сравнения последовательностей ДНК позволяют изучать целые сообщества прямо в естественной среде, избавляя от необходимости культивировать бактерии в чашке Петри. Так, в 2006 году ученые из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли объявили: образцы воздуха, взятые в Сан-Антонио и Остине штата Техас, содержали по меньшей мере 1800 различных видов бактерий, что по разнообразию обитателей сопоставимо с воздухом и почвой. Среди них были микробы с лугов, водоочистных станций, горячих источников, человеческих десен, а также на удивление много бактерий, живущих в ветшающей краске. Некоторые из обнаруженных в воздухе микробов преодолели огромные расстояния: пыль из пустынь Китая летит через Тихий океан в Северную Америку и далее на запад – в Европу, практически огибая весь земной шар. Пылевые облака приносят бактерии и вирусы из почв, над которыми они образовались, а также других микробов, улетучившихся с дымом костров и с морским туманом. Сделайте вдох – и вы попробуете весь мир. В верхних слоях атмосферы – на высоте до 36 километров над поверхностью Земли – тоже обитают микробы. Полагаю, они могли бы забраться и выше, хотя вряд ли долго протянули бы без влаги и питательных веществ. Чуть ниже эти существа не только выживают, но и процветают. Есть свидетельства того, что, несмотря на высокий уровень ультрафиолетового излучения, убивающий большинство бактерий, некоторые из них развиваются и, вероятно, даже размножаются внутри облаков. Они участвуют и в формировании снежинок, нуждающихся в затравке – маленькой частичке, вокруг которой начинается кристаллизация. В 2008 году Брент Крайстнер из Университета штата Луизианы и его коллеги показали, что самая лучшая затравка для снега – микроорганизмы. Так что и снег практически живой. Микробы не просто населяют воздух, они его создали – по крайней мере, ту часть, от которой мы в большей степени зависим. Когда на Земле зародилась жизнь, кислорода в атмосфере почти не было. Этот газ – побочный продукт фотосинтеза, который цианобактерии изобрели более 3 миллиардов лет назад. Они непосредственно отвечают за половину всего кислорода, выделяющегося на Земле за год, и косвенно влияют на получение большей части остального, поскольку свыше миллиарда лет назад древние формы цианобактерий попали в клетки, которые позже эволюционируют в растения. Внутри предков растений они превратились в хлоропласты – фотосинтетические реакторы растительных клеток, производящие кислород.
В целом микробов в нашем теле в 10 раз больше, чем собственных клеток, а их масса может достигать 1350 граммов.
Но вернемся к носу. Помните микробов, которых вы нечаянно вдохнули? Это просто посетители. В ваших носовых полостях приютилось множество постояльцев. Большинство бактерий в ноздрях человека относится к одной из трех групп – коринебактерии, пропионово-кислые бактерии и стафилококки. Это одно из многих сообществ, составляющих микробиоту человека, куда входят бактерии и другие организмы, обитающие на коже, деснах, зубах, в мочеполовых путях и особенно в кишечнике. В целом микробов в нашем теле в 10 раз больше, чем собственных клеток, а их масса может достигать 1350 граммов, примерно как мозг у взрослого человека. Таким образом, каждый из нас – это одновременно и организм, и густонаселенная экосистема, в разных районах которой живут виды, отличающиеся друг от друга как животные джунглей и пустыни. Даже микробы, обитающие в зубодесневых карманах, очень разнообразны. Как говорит Дэвид Релман из Стэнфордского университета, «каждый наш зуб – словно остров или скала в приливной зоне». Большинство микроскопических обитателей нашего тела или полезны, или ведут себя как ненавязчивые нахлебники. Они помогают нам переваривать еду и всасывать питательные вещества, а также обучают нашу иммунную систему сражаться с заразными микробами. Они производят жизненно необходимые витамины и противовоспалительные белки, которые наши собственные гены синтезировать неспособны. Бактерии, живущие на коже, выделяют нечто вроде естественного увлажнителя, предохраняя кожный покров от трещин, через которые патогены могут проникнуть внутрь. Впервые мы встречаемся со своими микроскопическими сожителями, покидая влагалище матери, состав бактерий которого резко меняется во время беременности. Например, лактобациллы, которые обычно живут в кишечнике и помогают нам усваивать молоко, становятся во влагалище гораздо многочисленнее – вероятно, для того чтобы впоследствии помочь младенцу усваивать грудное молоко. Но есть в нашем теле и коварные квартиранты. Так, в ноздрях примерно у трети людей обитает золотистый стафилококк – бактерия, которая обычно безвредна, но таит угрозу. Как правило, соперники из местного сообщества бактерий держат стафилококк под контролем, однако он может стать опасным, особенно если попадет в другую среду. На коже стафилококк способен вызвать любую неприятность, от мелкого прыщика до угрожающего жизни заражения. При определенных условиях бактерии образуют пленочные колонии и, действуя единым фронтом, вторгаются в новые ткани и легко заражают внутривенные катетеры и прочий медицинский инструментарий. Вышедший из-под контроля стафилококк может вызывать смертельные болезни, такие как инфекционно-токсический шок и некротизирующий фасциит. Подобные колонии опасны из-за устойчивости к антибиотикам, этому чуду медицины, которое с середины прошлого века спасло миллионы жизней. Однако чем больше мы узнаем о своей микробиоте, тем лучше понимаем, как просто полезным микробам попасть на линию огня между антибиотиком и его мишенью. От 10 до 40 процентов детей, которым дают антибиотики широкого спектра действия, начинают страдать от поноса, потому что препарат раздражает микробиоту кишечника. Если с детства постоянно использовать антибиотики, то со временем их эффект может накапливаться. Давно известно, что желудочная бактерия хеликобактер у некоторых людей вызывает язву, но у большинства выполняет полезную работу, регулируя иммунную систему желудка. Микробиолог Мартин Блэйзер из Нью-Йоркского университета, десятилетиями изучавший хеликобактер, отмечает, что этот микроб все реже встречается у взрослых – вероятно, из-за многократного приема высоких доз антибиотиков в детстве. Он считает, что участившиеся случаи заболевания астмой среди американской молодежи могут быть связаны с исчезновением этих бактерий. Так, может, стоит выписать детям-астматикам по здоровой дозе хеликобактера? Проблема, увы, гораздо сложнее. Все больше узнавая о роли микробов и об их сложных отношениях между собой, ученые начинают воспринимать микробиоту так же, как экологи уже давно видят экосистему, например таежный лес: это не набор видов, а динамичная среда, которую определяет множество взаимодействий между ее составляющими. Поэтому применять антибиотики нужно осторожно, а новые препараты должны не просто временно увеличивать численность тех или иных микробов, но поддерживать всю популяцию, улучшая здоровье человека. Кэтрин Лэмон, исследователь микробиот из Института Форсайта в Кембридже, Массачусетс, и врач-консультант в Бостонской детской больнице, говорит: «Мы знаем, как потревожить сообщество, но нам нужно научиться снова возвращать его в здоровое состояние». Такая перспектива наших отношений с микробами – когда их считают попутчиками, которых нужно холить и лелеять ради нашего же блага, – очень далека от моей рутинной работы. Я воспринимаю микробов иначе – это убийцы, которых нужно истребить, пока они не распространились. Конечно, обе точки зрения обоснованны, и терять бдительность не следует. Но, продолжая исследовать микромир, мы должны умерить свой страх перед невидимыми существами вокруг и внутри нас и уважать то, что мы о них узнаем, а также интерес к тому, что еще предстоит открыть.