В год своего 145-летия Томский государственный университет стал площадкой для многих масштабных научных событий. Осенью на базе университета прошел 4-й Российский микробиологический конгресс, на который приехали ведущие специалисты России в области микробиологии и биотехнологии. Президент Межрегионального микробиологического общества, заведующая кафедрой микробиологии МГУ, член-корреспондент РАН Елизавета Бонч-Осмоловская в интервью газете Alma Mater рассказала, как, изучая микробов, человек узнает о новых возможностях живой природы, почему в обычной жизни полная стерильность является излишней и какие микробы живут на МКС.
МИКРОБЫ РАЗНООБРАЗНЕЕ ЛЮДЕЙ
– Елизавета Александровна, говорят, что человек – венец творения, лев – царь зверей, но получается, что главные на Земле микробы?
– Я бы сказала, что микробы – это невидимые гиганты, которые регулируют все важные процессы на планете. Высшая жизнь очень разнообразная внешне, но по метаболизму мы все одинаковы – что человек, что комар. Микробы между собой различаются гораздо больше – одни энергию получают из нефти, другие из водорода, третьи задействованы в процессе фотосинтеза, причем аноксигенного, то есть не связанного с продукцией кислорода, и так далее. Я бы сказала, что это такой музей всего, что было на древней Земле, все древние варианты метаболизма. Когда появился кислород, живые системы начали усложняться. Но микробы сохранили свое огромное разнообразие, и сейчас, несмотря на самые современные технологии, изучена лишь малая часть микромира.
Изначально для людей главными были микроорганизмы-враги, вызывающие болезни. Подозревать об их существовании люди начали задолго до того, как смогли увидеть. Например, некоторые врачи стали замечать, что чистота способна предотвратить определенные заболевания, а также то, что, переболев, человек приобретает защиту от некоторых инфекций. Эти сведения собирались эмпирически и потом соединились со знанием того, что существуют некие крошечные, невидимые глазу существа.
В замечательной книге Поля де Крюи «Охотники за микробами» очень увлекательно описано, как человек узнал о существовании микробов и начал с ними бороться. В ходе этой борьбы медицинским микробиологом Робертом Кохом был открыт метод чистых культур, в которых все микроорганизмы являлись потомками одной-единственной клетки, то есть были совершенно одинаковыми. Такие идентичные клетки можно исследовать как единый большой организм.
Это был настоящий научный прорыв, и с конца ХIХ до последней четверти ХХ века микробиология бурно развивалась именно благодаря методу чистых культур. Но в конце ХХ века произошла еще одна революция – появились технологии секвенирования генных последовательностей, которые быстро развивались, дешевели и становились все более доступными. Оказалось, что в исследованиях можно миновать стадию культивирования, и тогда же стало понятно, что многие микробы не растут в лабораторных условиях. Для микробиологов это было страшным ударом!
Мы думали, что все знаем, а оказалось, что знаем только какую-то малую поверхностную часть, и на самом деле разнообразных микроорганизмов гораздо больше, чем мы могли предполагать, причем, каковы свойства многих из них – неизвестно. Новые технологии позволяют исследовать полные геномы микроорганизмов, в том числе собранные из природных образцов ДНК, и по содержащейся в них генетической информации описывать свойства микробов, которым эта ДНК принадлежит – как культивируемых, так и тех, которых никто никогда «не держал в руках». Благодаря этому микробиология во всем мире развивается сейчас очень динамично, и это касается как общей микробиологии, получающей фундаментальные данные, так и разных практических направлений. Очень активно развивается медицинская микробиология, промышленная, пищевая, сельскохозяйственная. Есть, например, такое направление, как биогидрометаллургия, и целый ряд других областей, где используются микроорганизмы.
НАМ НЕ ЖИТЬ ДРУГ БЕЗ ДРУГА
– Накопленные человечеством знания изменили представление общества о микробах?
– К сожалению, в большинстве своем люди мало информированы на эту тему. С детства они слышали только о том, что микробы несут болезни. Я часто выступаю с популярными лекциями, чтобы люди знали, что микробы не только болезнетворные, то есть плохие, они очень разные. Вообще, микроорганизмы – это очень широкое понятие, включающее микроскопические грибы, водоросли, а также прокариоты – бактерии и археи. Клетки прокариот не имеют ядра, а все остальные, те, которые его имеют, – эукариоты. И именно прокариоты отличаются тем, что при очень простом устройстве клетки они осуществляют огромное разнообразие процессов, крайне важных для биосферы, потому что они замыкают биогеохимические циклы, благодаря чему жизнь на Земле продолжается.
Очень важно, например, что бактерии и археи используют атмосферный азот. Этого не может делать никто, кроме прокариот. Только они могут перевести молекулярный азот в форму, удобную для усвоения его растениями. Азот нужен для синтеза белка. Очень многое из того, что мы используем, образуется именно благодаря микроорганизмам. Например, в рубце коров (это специальный отдел желудка) существует популяция бактерий, которая разлагает траву до легко усваиваемых соединений с помощью специальных ферментов – целлюлаз, которых у млекопитающих нет. Таких примеров очень много, в том числе касающихся человека.
Самый простой пример – это микробиом желудочно-кишечного тракта (ЖКТ), который очень разнообразен и сейчас активно изучается микробиологами разных стран. Уже найдены многочисленные и интересные закономерности, которые показывают, что от состава микробиома очень сильно зависит состояние человека, причем, не только деятельность ЖКТ, но и других систем нашего организма.
К примеру, я знаю, что наши коллеги из ТГУ под руководством Ольги Викторовны Карначук исследовали микробиом детей с расстройством аутистического спектра и обнаружили, что у них в кишечнике повышенное количество сульфатредуцирующих бактерий, связывающих некоторые металлы. Это очень интересное исследование, как и все проекты Ольги Викторовны. Она всегда находит новые оригинальные идеи для исследований, отличающиеся от того, что делают другие, – это и есть настоящая наука.
КОГДА СТЕРИЛЬНОСТЬ ИЗЛИШНЯ
– Елизавета Александровна, поскольку вред от плохих бактерий бывает порой очень ощутим, хочу спросить про способы защиты. Что надежнее – строжайшее соблюдение правил гигиены или лучшая защита – это иммунитет?
– Правила гигиены, конечно, очень важны, но все хорошо в меру. Излишняя стерильность в повседневной жизни, попытка изолироваться от всех микроорганизмов могут быть вредны. Например, когда Западная и Восточная части Германии объединились, было замечено, что в Западной Германии больше детей аллергиков, чем в Восточной.
Изначально было высказано предположение, что причина в загрязненности воздуха. Провели исследование, и дело оказалось в другом: в Восточной Германии детей рано отдавали в ясли, где они общались, соприкасаясь таким образом с микробиомами друг друга. В результате вырабатывался иммунитет и правильная реакция на чужеродные белки. При излишней стерильности организм не учится распознавать чужие белки, и это может проявляться в виде аллергических реакций, похожих на воспалительный процесс, но без инфекции – насморк, кашель, слезоточивость и так далее.
БОРОТЬСЯ НЕ С МИКРОБОМ, А С УСТОЙЧИВОСТЬЮ
– Елизавета Александровна, одна из самых больших проблем человечества – это резистентность бактерий к антибиотикам. Каковы перспективы решения данной проблемы с учетом того, что бактерии приспосабливаются к антибиотикам быстрее, чем люди создают новые препараты?
– Мы сами этим не занимаемся, но я слышала не раз мнение экспертов о том, что решение проблемы не в создании новых лекарственных средств, поскольку это очень долго и очень дорого. Бороться с резистентностью нужно иным способом – воздействуя на сам механизм устойчивости, например, создавая какие-то ферментные препараты, которые будут препятствовать развитию резистентности.
На самом деле микроорганизмы обладают рядом совершенно удивительных свойств, которые позволяют им выживать и размножаться, – это устойчивость не только к антибиотикам, но и к другим факторам. Порой даже самые серьезные меры в области дезинфекции их не сдерживают. К примеру, аспирант нашей кафедры изучал микроорганизмы, выделенные из смывов с внутренних поверхностей МКС, и оказалось, что они все устойчивы к антибиотикам, что, конечно же, очень плохо для космонавтов.
Выяснилось, что это неспецифическая устойчивость, так называемый эффлюкс, помпа, удаляющая все чужеродное. Причина же в том, что на МКС всё постоянно дезинфицируется, все поверхности протираются специальными средствами, поэтому там отбираются микробы, которые выдерживают эту дезинфекцию, а заодно и антибиотики. Вторая часть этой же работы была посвящена исследованию резистентности больничных микроорганизмов, и оказалось, что там схожая ситуация. То есть мы сами создаем эти устойчивые штаммы.
Микробиология всегда была очень увлекательной наукой, а в последние десятилетия еще и очень изменилась: молекулярно-генетические методы позволяют быстро получать огромное количество достоверной информации. Одновременно мы узнали, что большое количество микроорганизмов еще не изучено, их роль в природе и полезные для человека свойства неизвестны. Так что, я уверена, нас ждет еще много удивительных открытий.