Evropo je prestrašilo zelo majhno bitje - patogeni sev Escherichia coli. Njegova dolžina je le 2-3 mikronov, vendar je nevarna in spretna. Nekdo se bo nehote spraševal, kdo je prevladujoča vrsta na našem planetu - človek ali taki malčki?
Če je en Escherichia coli, ki se, kot veste, razmnožuje s preprosto binarno cepitvijo, postavljen v idealen hranilni medij in domneva se, da bosta ona in njeni potomci imeli veliko hrane, potem lahko ta dojenček tvori kolonijo, ki tehta približno … 10 milijonov ton na dan! Šokantna številka, kajne? Enocelični organizmi so, če že ne najpomembnejši, pa zagotovo najpomembnejši v dobesednem smislu prebivalci sveta. Skupna biomasa vseh mikroorganizmov, vključno z mikroskopskimi glivami in algami, je 76 milijard ton (v suhi snovi, razen vode). Vse večcelične rastline tehtajo 55 milijard ton, masa živali, vključno s človekom, pa sešteje nekaj "bednih" 500 milijonov ton.
In v vsakem zdravem človeškem telesu bo dva kilograma bakterij, saj je človek simbiotični konglomerat celic lastnega telesa in bakterij. Po mladi znanosti o metabolomiji so ljudje nadrealni organizmi, v katerih so le 2-3 trilijone celic neposredno naši, sorodniki. Še sto bilijonov mikroorganizmov - v človeškem telesu jih je
več kot 500 vrst. V tem nadarganstvu človeška DNK sploh ne prevladuje, pravi ustanovni oče metabolomike, britanski biokemik Jeremy Nicholson.
Vsak od nas ima edinstven genom, ki ga sestavljajo lastni genetski material in DNK številnih enoceličnih organizmov, ki nas naseljujejo.
KDO ŽIVI V OSEBI?
V večini primerov se dojenčki rodijo sterilni. Vendar se že prvi dan njihovega življenja začne ustvarjanje mikrobiocenoze: človeka kolonizirajo številni mikroorganizmi. Sprva gre za kaotičen proces, med katerim se bakterije goreče borijo za "mesto na soncu" tako znotraj kot zunaj. Po 2-3 dneh odporne kolonije dobijo dovoljenje za doživljenjsko bivanje na različnih delih telesa. To so tako imenovani obligati - koristni in. poleg tega potrebne mikrobe. Lahko rečemo, da so živa bitja najbližje ljudem na tem svetu.
Na celotni površini kože in v njeni zgornji plasti se udobno gnezdijo propionibakterije, difteri in korinebakterije. Znajo absorbirati patogene bakterije, ki prihajajo od zunaj, držijo prvo obrambno črto. Sluznico oči naselijo stafilokoki in mikoplazma, ki ne dovolijo, da bi se naključni tujci tu ustalili in se začeli razmnoževati V želodcu plava prijazna ekipa streptokokov, lakto- in bifidobakterij, obkrožena s kvasovkami podobnimi glivami; vsi dobro prenašajo kislo okolje želodčnega soka in sprožijo proces prebave. Več kot 15 glavnih vrst anaerobnih bakterij in gliv iz rodu Candida živi v črevesju v utesnjenem, a ne užaljenem. In med njimi je isti E. coli E. coli, nepatogenih sevov, ki jih ljudje resnično potrebujejo. Prav tista, ki v našem telesu proizvaja vitamin K2, je odgovorna za strjevanje krvi.
"Čeprav sem že dopolnil 50 let, so zobje zelo dobro ohranjeni, ker jih imam navado, da jih vsako jutro drgnem s soljo in po čiščenju velikih zob z gosjim perjem jih temeljito obrišem z robcem." - te besede lahko preberete v pismu čuvaja sodne seje iz nizozemskega mesta Delft Anthony van Leeuwenhoek (1632-1723), ki ga je poslal v londonsko kraljevo družbo. Ne morete reči ničesar, prvotni način opazovanja ustne higiene, vendar je Levenguk seveda postal znan, ne zaradi tega - ampak zaradi tega, da je človeštvo naučil videti skrite strani življenja narave. Levenguk ni imel »znanstvene« izobrazbe, imel pa je resnično ognjeno strast: povečevalna očala. Bil je eden prvih, ki je ugibal, da je združil več leč v teleskop, da bi preučeval ne makro, ampak mikrova svet. In tako je dobil mikroskop.
Izbral je materiale za svoje raziskave naključno: infuzijo paprike, hrenova vlakna, kožne kosmiče, muhe oči, školjke, ujete v kanalih Delft. Strganje z zob je razredčil z vodo in v čarobnih kozarcih opazoval neverjetno število majhnih živali, poleg tega pa v tako drobnem koščku zgornje snovi, da je bilo skoraj nemogoče verjeti in če tega ne bi videli na lastne oči.
Samouk Levenguk je v 50 letih opazovanja skiciral več kot 200 vrst "drobnih živali", kot je poimenoval svoje nove znance. Vendar se znanstvena revolucija takrat ni zgodila - sto let po Levenguku je mikrokozmos za znanstveni svet ostal nekakšen "šotor v mikroskopu".
PRIJATELJI IN ENEMIJE
Morda skoraj vsi najbolj znani prehrambeni izdelki za nas - kruh, sir, jogurt, pivo, vino, čokolada in še veliko več - niso nič drugega kot izdelki fermentacije. Vsa glavna dela pri njihovi pripravi opravljajo anaerobne bakterije in kvasovke. Oseba lahko le skrbno shranjuje, izbira in goji starter kulture - bakterijske kolonije. In to počne že tisočletja. Že pet tisoč let pred Kristusovim rojstvom v starodavnem Babilonu so znali fermentirati pijače, pred tremi leti in pol pa so Egipčani izumili kruh s kvasovkami. Tako je človek že zdavnaj ukrotil svoje mikro prijatelje.
Profesionalni "trenerji", znanstveniki-biotehnologi, oboroženi z dosežki molekularne biologije in genskega inženiringa, so mikrobe učili narediti veliko stvari koristnih za ljudi. Danes na tla na poljih nanašamo bakterijska gnojila, mikrobni insekticidi in biološko razgradljivi pesticidi pa so nadomestili nevarne kmetijske kemikalije. Tionske (oksidirajoče) bakterije izločajo dragocene kovine iz rudnih koncentratov in izboljšujejo kakovost premoga, ki vsebuje žveplo. Sodobna farmacevtska zdravila so nepredstavljiva brez "delovnih konj" - bakterij, enoceličnih gliv in alg, ki proizvajajo vse vrste antibiotikov, zdravil proti raku, vitamine in aminokisline.
Skupina raziskovalcev pod vodstvom profesorja Josepha Chappella z ameriške univerze v Kentuckyju je ugotovila, da so vse rezerve nafte in premoga na našem planetu rezultat vitalne dejavnosti ene same mikroalge, Botryococcus braunii. Če ne bi bilo nje, ne bi videli niti toplotne energije niti avtomobilov.
Poleg tega so nekateri mikroorganizmi tudi najbolj prizadevni in natančni čistilci na svetu. Izračuna se, da če ne bi šlo za gnilobe bakterije, ki razgrajujejo organsko snov, bi kosti živali, ki živijo na Zemlji od začetka ledene dobe, danes plast in pol prekrile celotno zemljo.
Vzajemno koristen obstoj ljudi in mikroorganizmov je pokvarjen le z enimi okoliščinami: obstaja veliko število protozojev, ki ne nasprotujejo temu, da bi pospešili proces pretvarjanja živih v mrtve in ga zmanjšali na nekaj dni.
Od časa Hipokrata do približno sredine 19. stoletja je veljalo, da bolezni, ki jih danes imenujemo nalezljive, povzročajo slab zrak in škodljivi hlapi - "miasmi". Med teoretiki patogeneze je bil resnici najbližje Kopernikin sošolec Girolamo Fracastoro. ki je živel več kot sto let pred Levengukom. Pisal je o drobnih "semenih", ki se prenašajo od osebe do osebe, se naselijo v notranjosti in povzročajo bolezni. Vendar si Fracastoro sploh ni mogel predstavljati, da so ta "semena" živa.
Človeške izgube zaradi epidemioloških nalezljivih bolezni znatno presegajo število žrtev vojnih spopadov. Stotisoče ljudi je umrlo na bojiščih Stoletne vojne (1337-1453). In epidemija bubonske kuge, ki se je zgodila med tisto vojno in je trajala le pet let, je terjala življenje 34 milijonov Evropejcev. Skupno je v celotnem obstoju naše civilizacije umrlo približno milijarda in pol ljudi kot žrtve enoceličnih patogenov.
Celotno 19. stoletje v znanstvenem svetu ni zamrlo razprav o tem, ali so mikroorganizmi krivi za to, da zbolimo in umremo. Po eni strani so znanstveniki nenehno našli patogene povzročitelje v tkivih tistih, ki so umrli zaradi kolere, tuberkuloze, davice; njihove čiste kulture so prvi mikrobiologi identificirali kot eno - dobitniki Nobelove nagrade za medicino: Emil Bering, Paul Ehrlich, Ilya Mechnikov in odkritje povzročiteljev antraksa, tuberkuloze in kolere Robert Koch. Toda po drugi strani se privrženci higienske teorije nikoli niso naveličali ponavljati, da vse bolezni izvirajo iz umazanije. Higienike je vodil Max von Pettenkofer, predsednik Bavarske akademije znanosti. Profesor je postal znan po tem, da je pri 73 letih v navzočnosti prič pogoltnil čisto kulturo kolere Vibrio, da bi dokazal svoje znanstvene teorije. Kolera Pettenkofer ni zbolela,vse se je izkazalo za rahlo prebavno motnjo. Koncept "specifične imunosti" v tistem trenutku še ni obstajal in profesor je bil zdrav kot bik. Verjetno je delovala tudi moč notranjega prepričanja o lastni pravičnosti.
Pettenkofer je toliko cenil svoje zdravje in ni hotel zboleti, da se je počutil kot dreven starček pri 82 letih, najraje se je ustrelil.
Danes vemo zagotovo: bolezni, kot so kuga, davica, kolera, tuberkuloza in številne druge, nedvoumno povzročajo bakterije, ki v življenju sproščajo toksine. Ošpice, ošpice, hepatitis, poliomielitis izzovejo ne bakterije, temveč virusi. Virusi so veliko manjši od bakterij (čez 20–500 nanometrov) in še vedno ni povsem jasno, ali so živi ali ne. Virus sam se ni sposoben razmnoževati - ustvari potomce z uporabo DNK celice, v katero se vnese.
ZGORNJEGA MAČKA NI
Za razliko od virusov so bakterije neodvisne pri reprodukciji. Visoka stopnja razmnoževanja jim omogoča preživetje vrst, razmeroma kratek DNK pa jim omogoča hitro mutiranje, kar človeštvo prisili, da si izmisli vse več antibiotikov. "Trik" mikroorganizmov ni omejen na mutacijo - obstajajo primeri, ko bakterije manipulirajo s svojimi nosilci. Tako neverjetno sposobnost na primer kaže enocelični parazit toksoplazma.
Glavni gostitelji parazita so predstavniki mačje družine. Toxoplasma se množi v njihovih organizmih. Prenašalci so lahko miši, podgane, prašiči, ptice in ljudje. Do nedavnega so parazitologi verjeli, da toksoplazma predstavlja nevarnost le za dojenčke v maternici: s prirojeno toksoplazmozo so poškodovani osrednji živčni sistem in oči, otrok pa pogosto umre. Vendar nekateri raziskovalci menijo, da lahko toksoplazma vpliva tudi na vedenje odraslih.
Leta 2007 so znanstveniki z univerze Stanford dokazali, da ti paraziti nadzorujejo nagon za samoohranitev miši. Zdrave miši programira narava, da se izognejo mačjim znamenjem, če pa Toxoplasma vstopi v telo glodalcev, potem mačje znamenje, nasprotno, jih začne privlačiti. V tem primeru preostali refleksi niso moteni. Torej toksoplazma nadzoruje svoj življenjski cikel in nadzira vektor: koristno je, da miš umre, potem ko jo mačka poje.
Parazit je sposoben presajati tudi na človeka. Seveda nas ne žene, da bi jedli mačke, vendar se nekatere zavesti vseeno pojavijo. Lahko se na primer spomnite znanih vseh babic mačk, ki so pripravljene v svojih stanovanjih zavetiti celo jato z repom.
Vendar morajo znanstveniki še ugotoviti resnično vlogo toksoplazme. Zaenkrat je mogoče reči samo eno - nikoli ni bila "druga oseba". Za razliko od našega simbionta - E. coli. Kako je nenadomestljivi pomočnik postal morilec? Ta detektivska spletka še čaka na rešitev.
Medtem ko so znanstveniki iskali krivca in razvrščali vse možne osumljence, začenši s špansko kumarico in končali s požiralnikom iz Egipta, je epidemija sama po sebi minila. Zdaj ni več mogoče določiti niti "zločina", niti katera od milijonov drugih vrst bakterij je del svojega genoma prenesla v "dobro * E. coli, po kateri je pridobila neprijetno lastnost proizvajanja strupov, ki so smrtni za ledvice in uničujejo rdeče krvne celice. Poleg tega je nov sev, imenovan O104: H4, od nekaterih drugih mikroorganizmov dobil neverjetno odpornost na antibiotike.
Tudi protozoji lahko rečemo. Zdi se, da je vse preprosto: enocelični organizmi se razmnožujejo z delitvijo ali brsti, kar pomeni, da bi morali celoten genom prenesti s "matere" na "hči *" nedotaknjeno. Obstaja pa tudi tako imenovani horizontalni prenos genov - postopek, ki nejasno spominja na parjenje. Do fizičnega stika pride med bakterijami, ki si izmenjujejo genetske informacije. Poleg tega lahko posamezniki popolnoma različnih vrst stopijo v stik - in to uspešno. Kot rezultat tega se pojavijo nove podvrste - sevi, ki postanejo vez v nepredvidljivem razvoju bakterij, evolucijo pa veliko hitreje kot pri večceličnih organizmih. Ta hitrost zagotavlja njihovo neverjetno raznolikost vrst.
Leta 2009 so izraelski mikrobiologi preučevali bakterijo Paunibacillus dentintiformis bacillus in se odločili za poskus: kaj se bo zgodilo, če jih začnete stradati? Predvidevali smo, da se bodo celice v pogojih prehranske pomanjkljivosti začele aktivno množiti, da bi ohranile vrsto. Vendar je vse šlo povsem drugače: bakterije se niso samo nehale množiti, temveč so začele ubijati tudi sorodnike in se znebile "dodatnih ust". Ko se je velikost kolonije začela ujemati s količino hranil, se je stanje stabiliziralo.
Znanstveniki še ne trdijo, da imajo mikrobi kolektivni um, vendar obstoj primitivnih družbenih mehanizmov v njih velja za dokazano.
»Bakterije imajo primitivno obliko družbene zavesti. - je prepričan vodja študije, profesor Eshel Ben-Jakob. »Znajo zbirati informacije iz okolja in jih posredovati drug drugemu. Lahko razdelijo naloge in shranijo "skupni spomin". Kemični jezik, ki ga uporabljajo za komunikacijo, spremeni kolonije mikrobov v velike možgane."
Rad bi se naučil razumeti ta "velik možgan" in še bolje - prijateljevati z njim. Toda mikrokozmos živi v skladu s svojimi zakoni in naše znanje o njem je še vedno premalo, da bi lahko sklenili dolgoročni sporazum o poravnavi.
Revija Discovery november 2011
Promocijski video: