Популярно о микробиологии - Михаил Бухар

Глава 17

Честолюбивые планы Урфина Джюса и Крейга Вентера

Создание жизни — путь к пониманию природы и самой жизни.

Урфин Джюс из повести-сказки Александра Волкова превращал неживые предметы в живые с помощью чудесного порошка неизвестной природы и таинственного происхождения.

Злому и недалекому Урфину Джюсу было неважно, каким образом деревянные чурбаки становятся живыми. Он просто использовал их в своих честолюбивых планах по завоеванию королевства.

Честолюбие ученых направлено в другую сторону. Их интересует происхождение жизни, что отличает живую материю от неживой и как функционируют живые организмы. Наука о происхождении живого прошла огромный путь: от представлений древних, что мыши заводятся в грязном белье, а мухи зарождаются из тухлого мяса, до современных успехов молекулярной биологии и генетической инженерии. Вехами на этом славном пути являются работы Ф. Реди, Г. Менделя, Л. Пастера, Т. Шванна, И. Мечникова и многих других.

Изучая живые организмы, разделяя их на системы и подсистемы, обеспечивающие жизнь, наблюдая, как они работают, мы все больше понимаем, как они организованы и как функционируют.

И действительно, мы знаем химический и биохимический состав живой клетки, нам известно, из каких функциональных частей она состоит и каким образом они связаны друг с другом, — так нельзя ли попробовать создать живое из неживого, используя все наши знания?

В соревнование за овладение этим секретом природы включились многие лаборатории мира. Команда из 20 ученых, собранных Крейгом Вентером, построила синтетическую хромосому, состоящую из 381 гена. Одним из способов вдохнуть жизнь в созданный в лаборатории геном является его перенос в оболочку микроба, содержащего минимальный набор генов, благодаря которому клетка может осуществлять основные жизненные функции.

Одной из задач ученых, работающих над этим проектом, было установить минимальный набор генов (house-keeping genes), который обеспечивает жизнеспособность бактерии. Когда эта задача была решена, в эту «упрощенную», но все же еще не функционирующую клетку пересадили искусственную хромосому, и новый рукотворный организм, названный Mycoplasma laboratorium, обрел жизнь.

Успех этого эксперимента может в недалеком будущем привести к тому, что человеку не придется искать в природе микроорганизмы с нужными свойствами и не модифицировать уже существующие, а производить их в короткие сроки, синтезируя биологические структуры, такие как гены, хромосомы и даже целые геномы, — точно так же, как химики-синтетики создают новые, доселе не существовавшие химические вещества.

Конечная цель Крейга Вентера — научиться создавать искусственные геномы, а затем и искусственные организмы с заданными свойствами, с абсолютно новыми, не существующими в природе путями метаболизма, способные к синтезу биотоплива, деградации экологически вредных отходов производства и синтезу новых эффективных лекарств. То, что уже удалось осуществить Крейгу Вентеру и его команде, не только удивительное достижение, но и реальное свидетельство рождения нового направления в биологии — синтетической биологии.

Глава 18

Если бы микробы исчезли

Я — часть той силы,

что вечно хочет зла

и вечно совершает благо.

У Рэя Брэдбери есть небольшой, но поучительный рассказ о бабочке, раздавленной путешественниками во время экскурсии в прошлое, и о катастрофических последствиях для всего человечества, к которым привел этот несчастный случай. Конечно, ужасные результаты, к которым привела смерть одной-единственной бабочки, — фантастика, но у человечества, увы, есть и реальные примеры неудачных попыток вмешательства в жизнь природы. Причем, если речь идет о животном или растительном мире, то оно сказывается годы спустя, а вот результаты вторжения в жизнь третьего царства с его более высокой интенсивностью обмена могут появиться значительно быстрее.

К чести человечества следует сказать, что оно никогда не ставило перед собой задачу тотальной войны с микроорганизмами. Если она и велась, то только локально, например, с болезнетворными для человека и животных видами, а также с теми микроорганизмами, которые мешали проведению какого-либо технологического процесса (вспомним, что еще со времен открытия Пастером причин болезни вин стало ясно, что многие неудачи в организации микробиологических производств связаны с наличием посторонней микрофлоры).

Но, как говорится, лес рубят — щепки летят. Не обошлось и без лишних жертв. Порой во время войны с вредными или нежелательными микроорганизмами доставалось и другим, ни в чем не повинным. Пострадали микробы и при применении гербицидов, пестицидов и прочих «цидов». Между тем мы настолько «сжились» с микроорганизмами и с повседневными проявлениями их жизнедеятельности, сопровождающими нас от рождения до самой смерти, что даже не представляем себе масштабов катастрофы, которая постигла бы нас, если бы микробы вдруг исчезли.

Принято считать, что растительность представляет собой гигантский аккумулятор и трансформатор энергии Солнца — главного энергетического фактора существования всех форм жизни на Земле. Однако зачастую забывают о том, что этот аккумулятор может работать с завидным постоянством только в случае, если его не только подзаряжать, но и с такой же частотой разряжать. Эту последнюю задачу успешно решают микроорганизмы, которые разлагают образованные растениями органические вещества до исходных продуктов — в простейшем случае до двуокиси углерода и воды, вновь используемых в процессе фотосинтеза. Таким образом, если бы микробы исчезли, прежде всего остановился бы круговорот веществ в природе, и все органическое вещество, ставшее составной частью живых организмов, навечно осталось бы в них. Земля покрылась бы сплошным слоем неразложившихся трупов растений и животных. Фотосинтез из-за отсутствия поступления в атмосферу CO2 также прекратился бы. Конечно, это произошло бы не сразу. По подсчетам ученых, CO2 и других жизненно важных компонентов хватило бы лет на 30, не более. В действительности же после исчезновения микроорганизмов жизнь на Земле прекратилась бы значительно раньше, чем были бы исчерпаны все запасы органических и минеральных веществ, необходимых для жизни. И дело не только в том, что немедленно остановились бы сотни производств пищевой, текстильной, фармацевтической и многих других отраслей промышленности и сельского хозяйства, связанных с применением микроорганизмов. Нарисовав эту апокалиптическую картину, мы забыли о главном: ведь мы сами являемся симбионтами. Правда, роль микроорганизмов в этом симбиозе еще не выяснена до конца, но уже сейчас можно с уверенностью сказать, что она достаточно велика. В частности, микроорганизмы снабжают нас различными коферментами, без которых невозможна нормальная работа ферментов — действующего начала всех процессов, протекающих в организме человека.

Итак, без микроорганизмов жизнь на Земле невозможна, и именно поэтому они требуют к себе самого вдумчивого и внимательного отношения. Любое действие, любое вмешательство в дела природы должно быть предварительно обдумано с точки зрения воздействия на окружающие нас микроорганизмы.

Заканчивая эту главу, мы хотели бы подчеркнуть, что во многом их созидательная роль на Земле состоит в постоянном разрушении (вспомним эпиграф к этой главе). Микроорганизмы обеспечивают многократное использование биогенных элементов. Ведь известно, что суммарная биомасса всех живых существ, когда-либо существовавших на Земле, больше массы всего земного шара. И именно микроорганизмы дают возможность Природе многократно экспериментировать с биомассой, создавая все новые и новые эволюционные формы и поколения живых существ.

Глава 19

Микроскопы, микроскопы…

Где же ваш мелкоскоп, с которым вы могли произвести это удивление?

Рассматривая «анималькулей» с помощью собственноручно изготовленного микроскопа в конце XVII в., Левенгук вряд ли подозревал, что закладывает основы одной из научных дисциплин XX и XXI вв. Несмотря на его удивительные открытия, микроскопия не получила широкого распространения в XVII в. По словам Роберта Гука (он был секретарем Лондонского королевского общества, кем-то вроде современного президента Академии наук), во всей Европе никто не занимается микроскопией кроме одного голландца по имени Левенгук.

Ему действительно не удалось развить это направление в науке, или, как теперь говорят, создать свою научную школу. Отчасти в этом можно упрекнуть самого Левенгука: он ни с кем не делился секретами своего мастерства, у него не было учеников и вообще он был человеком скрытным.