Бактерії
Щоб вміти перемагати збудників інфекцій, вчені постійно вивчають не тільки зовнішній вигляд, звички, властивості мікроорганізмів, але і особливості їхніх взаємовідносин з організмом людини і один з одним.
Мікроби, як відомо, живуть всюди: у ґрунті, повітрі, воді, в організмі людини і тварин, причому не відокремлено у вигляді однієї клітини, а колоніями, або мікробними популяціями, які налічують мільярди клітин. Природно, що між ними складаються різноманітні складні взаємини.
Про тих, хто не може жити одне без одного
Нерідко поряд існують дві та більше мікробних популяцій, не тільки не заважаючи, а навіть сприяючи розвитку один одного. Таке добросусідство, засноване на взаємовигідній дружбу, носить назву симбіозу. Прикладом симбіозу може служити життєдіяльність мікробів — аеробів, які інтенсивно поглинають кисень і завдяки цьому створюють умови для розмноження інших мікробів — анаеробів, життя яких обумовлюється повним відсутністю кисню.
Іноді між мікроорганізмами складається інший вид співіснування — метабиоз. Так живуть, наприклад, мікроби, що живуть у ґрунті і розщеплюють білки. У складному процесі розщеплення білків беруть участь кілька груп бактерій. Кожна група використовує для свого розвитку продукти життєдіяльності інших бактерій та утворює нові хімічні сполуки. Кінцевим продуктом розщеплення білків стають нітрати, які утилізуються рослинами.
І про тих, хто ворогує між собою
Однак найчастіше взаємовідносини між різними видами мікробів носять антагоністичний характер. У процесі тривалої еволюції боротьба за існування виробила у бактерій різні способи захисту і агресії.
Які основні прийоми, які застосовують одні бактерії в боротьбі з іншими? Деякі з них запрограмовані природою так, що вони дуже швидко розмножуються, а отже, і швидше за інших поглинають поживні речовини і, таким чином, перешкоджають розвитку суперників. Інші створюють дуже кислу або занадто лужне середовище, в якій не можуть розвиватися їхні сусіди. Наведемо приклад. У кишечнику у новонароджених бактерії, молочнокислі палички створюють кисле середовище і цим пригнічують гнильну флору. Існують і такі бактерії, які виробляють речовини, що вбивають конкурентів. Є серед мікробів «вовки», що пожирають інші мікроорганізми.
Потужна зброя мікробів — антибіотик
У боротьбі з іншими мікробами за «місце під сонцем» мікроорганізми — цвілеві гриби — використовують особливу антибіотичну (від грецького anti — проти і bios — життя) — речовина, яке вони виробляють в процесі своєї життєдіяльності. При контакті навіть надзвичайно малих кількостей цієї речовини мікробної клітиною порушуються її основні життєві функції — дихання, живлення, розмноження.
Вперше здатність зеленого цвілевого гриба гнітюче діяти на деяких бактерій виявили в середині минулого століття російські мікробіологи Ст. Манассеин і А. Полотебнов. Це дивна властивість гриба вони використовували для лікування інфікованих ран.
У 1929 р. англійський мікробіолог А. Флемінг встановив, що фільтрати, отримані з зелених цвілевих грибів роду Penicillium notatum, здатні затримувати ріст ряду хвороботворних мікробів. Дещо пізніше з цих фільтратів був виділений пеніцилін. У Росії академік 3. Єрмольєва і її учні знайшли інший вид цвілі — Penicillium crustosum, з якого був отриманий перший вітчизняний антибіотик — пеніцилін-крустозин.
Так вчені використовували боротьбу живого з живим для лікування людини. Але, незважаючи на настільки виражену антагоністичну ставлення грибів, що продукують пеніцилін, до інших мікроорганізмів, спостереження показали, по-перше, що далеко не всі мікроби піддаються його згубного впливу, а по-друге, велика кількість раніше чутливих до пеніциліну бактерій з часом втрачає цю властивість.
Досліди і спостереження показали, що однією з причин виникнення у стійкості мікробів до антибіотиків виявилося їх надзвичайно широке, не завжди дійсно потрібне використання. У результаті мікроби в організмі не гинуть, а, навпаки, набувають стійкості до даного антибіотика, яку передають наступним поколінням бактерій.
В даний час учені вважають, що в механізмі втрати чутливості мікробів до антибіотиків велику участь приймають особливого роду генетичні елементи — плазміди. Вважають, що вони сприяють виробленню деякими мікроорганізмами спеціальних ферментів, які руйнують антибіотик. Поява у мікробів лікарської стійкості — не що інше, як вдосконалення захисних видових пристосувань мікроорганізмів до шкідливих факторів зовнішнього середовища.
Родичі проти родичів
Ще в 1925 році була виявлена кишкова паличка, яка виділяла речовина, що пригнічує розвиток інших кишкових паличок, деяких типів дизентерійних бактерій і сальмонел — мікробів цієї ж групи. Речовину було названо колицином. Подальші дослідження показали, що не тільки кишкові палички, але і інші мікроорганізми здатні виробляти бактерицидні речовини, дія яких поширюється не на всі види бактерій, а лише на родинні. Їх стали називати у відповідності до назви продукують їх бактерій: коліціни, вибриоцины, туберкулоцины і т. д. В даний час є всі підстави вважати, що здатність продукувати бактеріоцини притаманна більшості, якщо не всім бактеріям.
Бактеріоцини — це речовини білкової природи. Потрапляючи на чутливу до них клітку, вони швидко викликають її загибель. Яким чином це відбувається, в даний час точно не встановлено. Відомо, що після дії бактериоцина в клітці різко порушуються обмінні процеси, пригнічується синтез рибонуклеїнової і дезоксирибонуклеїнової кислот, припиняється ріст і поділ клітини. Слідом за цим вона деформується і руйнується.
Дивна особливість цього явища полягає в тому, що виділення бактериоцина в навколишнє середовище відбувається під час загибелі продукуючої його клітини. Цікавий і інший факт: все, що залишилися в живих представники мікробної популяції, до якої належала загибла клітина, не сприйнятливі до цього бактериоцину.
Пожирачі мікробів
Російський вчений академік Н. Гамалія в 1898 році, під час одного з дослідів зі збудниками сибірської виразки, виявив, що відбулося розчинення (лізис) мікробів.
Пізніше це явище спостерігав французький вчений д Эрель. Протягом декількох днів він вводив щодня кілька крапель випорожнень хворого на дизентерію в пробірку з живильним середовищем—бульйоном і ставив ці посіви в термостат на ніч. На наступний день він фільтрував пророслий бактеріями бульйон, кілька крапель фільтрату вносив в іншу живильне середовище, що містить дизентерійні бактерії, і ставив її на добу в термостат. Цей досвід д Эрель повторював багато разів. Коли стан хворого почав поліпшуватися, учений виявив, що живильне середовище, що містить дизентерійні бактерії, після додавання фільтрату залишалася прозорою, оскільки не було росту мікробів. Це дало підставу д Эрелю припустити, що у випорожненнях видужуючого з’явився якийсь агент, який викликав лізис дизентерійних бактерій у живильному середовищі. Виявлений таким чином розчинюючий агент був названий їм бактериофагом, що означає «пожирач бактерій».
Що являє собою бактеріофаг і як він пожирає мікробів, вдалося з’ясувати лише після створення електронного мікроскопа. Виявилося, що бактеріофаги — особливі вирусоподобные мікроорганізми, що складаються з двох частин: відростка і головки. Якщо додати до мікробів бактеріофаг, діючий саме на даний вид мікробів, через кілька хвилин його можна виявити на поверхні мікробної клітини, до якої він прикріплюється відростком. Потім бактеріофаг виділяє фермент, який розчиняє оболонку бактерії в місці прикріплення відростка. Крізь цей отвір вміст тіла бактеріофага потрапляє всередину клітини, де і відбувається його розмноження. Після закінчення деякого часу, зазвичай через 1-3 години, у клітині утворюється величезна кількість бактеріофагів, які розривають її оболонку і виходять назовні.
Фаги вибірково вражають окремі види бактерій і навіть усередині одного виду специфічні для різних типів. Ця особливість бактеріофагів дозволила застосувати їх не тільки з лікувальною метою, але й для розпізнавання видів і типів бактерій, при мікробіологічної діагностики інфекційних хвороб.
Вібріон — борець за чистоту природи
Кілька десятків років тому землі було виділено дрібний вібріон Bdeliovibrio bacteriovorus, який здатний знищувати багато, в тому числі хвороботворні, бактерії. Пізніше цей мікроорганізм був виявлений і у воді. При вивченні проб води з різних водойм був встановлений наступний факт. Вода, каламутна від зважених в ній бактерій, постоявши в пробірках, починала прояснюватися і через кілька днів ставала абсолютно прозорою.
Чим сильніше була забруднена вода, тим швидше відбувалося просвітлення. При внесенні в таку воду хвороботворних мікробів — збудників черевного тифу, дизентерії та інших — процес просвітлення води не припинявся і бактерії в ній гинули. Вода, прогріта протягом 15 хвилин при 60 градусах, ці властивості втрачала. Це свідчило про живу природу антагоністичного фактора, наявного у воді, а також про його високої чутливості до нагрівання: адже більшість мікроорганізмів гине лише при 100 градусах.
Подальші дослідження показали, що цим фактором був той же фільтрівний вібріон, який виявили в землі. Вчені припускають, що він не єдиний антагоніст хвороботворних бактерій у грунті і водоймах. Природа, піклуючись про своє самоочищенні, передбачила, мабуть, і інші форми боротьби між бактеріями.
Отже, з усього сказаного неважко зробити висновок, що мікроби найчастіше не ладнають між собою. Спільні зусилля мікробіологів, вірусологів, епідеміологів і клініцистів спрямовані на те, щоб ці взаємини між мікробами використовувати на благо людини у боротьбі з хворобами.
Ю. Сидорівський, кандидат медичних наук