Микроб редко приходит один. Как микроорганизмы влияют на нашу жизнь

Встает закономерный вопрос: как микроб передвигается?
Вместо ручек и ножек у многих микроорганизмов есть так называемые жгутики, свисающие из тела как тонкие канаты. При необходимости эти нитеобразные структуры превращаются в пропеллер, который приводится в движение чем-то наподобие электромотора. Микробы могут разгоняться до 3000 оборотов в минуту.
Бывает и так, что бактерия слоняется как будто без дела. Микробиологи называют подобное поведение шатанием. Но и за таким передвижением кроется система. Бактерии проверяют, в каком направлении можно найти благоприятные для себя условия.
Было бы нетрудно предположить, что неприхотливые одноклеточные просто селятся где-то, все равно где. Но, как живые детекторы, эти крошечные существа проверяют окружающую среду на пригодность и чувствуют, есть ли поблизости чем поживиться.
Например, по химическому составу окружающей среды они могут определить, есть ли здесь источник пищи.
Человеческий организм для этих невидимых сожителей так же привлекателен, как страна с молочными реками и кисельными берегами. Микробам нравится наша приятная температура тела. Кроме того, здесь они находят неисчерпаемый запас пищи. Все, что мы брезгливо смываем с лица или счищаем с одежды, бактерии поедают с удовольствием: это телесные выделения и частички кожи. И тем более кровь.
Замечательным и в то же время отвратительным «общественным достижением» бактерий является биопленка. Эта слизь возникает, когда триллионы бактерий скучиваются и выпускают молекулы, склеивая мощный болотистый ковер. В этой среде бактерии и микроорганизмы прекрасно себя чувствуют, потому что там они практически недостижимы. При возникновении этих микробных мегаполисов также не обходится без «чувства кворума».
В медицине и гигиене биопленки стали крупной проблемой. Исследования показывают, например, что до 50 % всех пациентов, у которых катетер для мочевого пузыря установлен более недели, заражаются инфекцией мочевыводящих путей. Это происходит потому, что бактерии образуют биопленку на пластиковых трубочках и внутри них.
Больные муковисцидозом страдают от хронической легочной инфекции. Виновата в этом вредная бактерия Pseudomonas aeruginosa (синегнойная палочка). Это омерзительное создание образует в легочной ткани больного устойчивую биопленку, которую даже бронебойная долгосрочная терапия антибиотиками не может победить.
За примерами этих структур далеко ходить не надо: если не почистить зубы один день, на них образуется ворсистый налет. Этот предшественник кариеса и дурного запаха изо рта возникает, когда миллиарды бактерий собираются вместе.
Раковина в доме — это тоже «горячая точка» для микробов. Моя теща драила раковину так, что от блеска резало глаза, но парой сантиметров глубже все равно начинаются проблемы. Слова «сифон» и «грязь» — практически синонимы. Количество бактерий, обитающих в сливной трубе, превосходит всякое человеческое разумение. С образовавшейся в сливе биопленкой не справится ни горячая вода, ни «Доместос», ни даже молоток с долотом.
 
Рис. 2. В биопленке различные микроорганизмы живут вместе, надежно защищенные слизистой поверхностью. Они едят вместе и обмениваются генетическим материалом. Они даже разговаривают друг с другом, обмениваясь сигнальными веществами. Эту форму коммуникации называют «чувством кворума»
 
Защитное общество в биопленке
Ученые бьют тревогу: микробы — возбудители заболеваний становятся все более опасными. Они признают, что не могут угнаться за способностью противника к адаптации. Наше самое эффективное оружие в борьбе с опасными микробами сегодня — это антибиотики. Но при их разработке микробы не рассматривались как сложное сообщество. Антибиотик же пытается сделать безопасными все бактерии в радиусе поражения — независимо от того, полезная это для нас бактерия или вредная.
 
Но против защитного сообщества биопленки лекарства бессильны. Они просто не могут проникнуть сквозь ее слизистую оболочку.
При этом в наших антибактериальных стратегиях недооценивается «беспринципная» приспособленческая особенность бактерий. Если один микроб больше не может функционировать, на него нападает сородич. При такой форме расхищения трупов микроорганизмы быстро получают пищу. Но главное даже не в этом. Микроб поглощает генетический материал умершего микроба и встраивает его в собственный генетический материал. И становится сильнее.
Таким способом в микробном сообществе могут возникать настоящие Франкенштейны. Бактерия в мгновение ока превращается в полирезистентную, которую антибиотик не в силах сдержать. Именно из-за таких мутантов мы все больше теряем позиции в борьбе со злодеями из мира микробов. Антибиотики препятствуют необходимому производству материала для клеточных стенок, протеинов и других крайне важных для микробов молекул. Мутанты же обладают внушительным арсеналом для защиты от наших атак: они шустро вымывают антибиотик из тела клетки, они разлагают антибиотик ферментами, прежде чем он сможет проникнуть в тело микроба. При этом другие микробы замыкаются в оболочке или создают биопленку, в которую лекарство не может пробиться.
Мутанты выживают после курса антибиотиков, затем беспрепятственно размножаются и образуют огромную резистентную армию.
Удивительно, но в штаммах микробов старшие часто приносят себя в жертву ради молодых. Программа самоубийства, встроенная в план клетки, убивает бактерию, прежде чем она станет обузой для других. Для сообщества в биопленке это вдвойне практично: становится на одного едока меньше, а кроме того, тело усопшего служит провизией и складом дополнительных ДНК.
Новый метод борьбы с микробами?
Однако эти каннибалы, поедая себе подобных, не получают железа — крайне нужного им питательного элемента. В человеческих клетках этого железа очень много — например, в гемоглобине, окрашивающем кровь в красный цвет. Наше железо нужно нам самим, поэтому в организме оно хорошо защищено. Но вышеупомянутая вредная бактерия Pseudomonas aeruginosa (синегнойная палочка) способна красть это минеральное вещество из наших клеток — когда действует заодно с себе подобными. Для этого она использует «чувство кворума».
На данный момент мы бессильны перед этой совместной охотой. Но если нам удастся помешать коммуникации между бактериями Pseudomonas, это станет чувствительным ударом для так называемых патогенов — страшных возбудителей болезней. Целый ряд ученых возлагает большие надежды на этот новый, революционный метод борьбы с микробами. Мысль проста: мы знаем, что бактерии взаимодействуют друг с другом, так почему бы не извлечь из этого выгоду? Мы можем попытаться разорвать пути коммуникации и воспрепятствовать скоплению бактерий и образованию биопленки.
Для этого мы должны заблокировать сигнальные молекулы нашего противника. Только тогда мы сможем гарантировать, что все полезные микробы, которые облегчают нашу жизнь, будут защищены.
Некоторые исследователи даже полагают, что бактерии не смогут развить резистентность к этому методу лечения — методу отмены их права на проведение собраний. Но мы должны учитывать еще вот что: бактерии и между собой воюют. В этих войнах они перерезают друг другу радиосвязь. Поэтому следует ожидать резистентности и при этом способе ликвидации микробов.
  
Человеческий микробиом: друзья на всю жизнь
 
Сразу после рождения моей дочери Йоханны 13 лет назад я соскреб с памперса ее первый стул, поместил в специальный контейнер и отправил, как ценный груз, в лабораторию своего коллеги в Голландию.
Первородный кал — специалисты называют его меконием — с микробиологической точки зрения очень информативный материал. По нему мы можем судить, что переваривал растущий ребенок в материнской утробе: волосы и клетки, например. Можно предположить, что околоплодные воды, в которых плавает ребенок, не стерильны. А это означает: наши дети вступают в контакт с микроорганизмами задолго до того, как появляются на свет.