Книга: На грани возможного: Наука выживания
Назад: Некоторые любят погорячее
Дальше: Любители щелочи
Подсевшие на кислоту
Однажды ночью я меняла аккумулятор в машине, ковыряясь под крышкой капота с фонариком в одной руке и гаечным ключом в другой, – и нечаянно уронила ключ. Он упал на клеммы, закоротив аккумулятор, и тот взорвался, обдав меня кислотными брызгами. В лицо и руки как будто впились сотни горячих игл. Кинувшись в панике промывать глаза, я даже не обратила внимание на брызги кислоты, попавшие на джинсы. На следующий день я надела джинсы, и они расползлись практически на ходу.
Как и хлопковые нити в ткани джинсов, органические соединения нашей кожи разрушаются кислотой. С помощью кислотных ванн очищают скелеты, предназначенные для анатомических экспозиций. В триллерах они служат не самым привычным, зато нагоняющим достаточно страху способом избавиться от трупа. И, к сожалению, способ этот встречается не только в книгах. Печально известный серийный убийца Джон Хейг, на счету которого по крайней мере шесть убитых в Британии 1940-х, растворял трупы жертв в серной кислоте. Его выдала мелочь – не растворившаяся вставная челюсть жертвы, сделанная из акриловой пластмассы. Однако кислоты используются и в более гуманных целях. Например, разведенную хлористоводородную кислоту применяют в лечебных и дезинфицирующих целях. Кислота губительна для многих организмов, в том числе и патогенных.
Кислотность или щелочность раствора (его водородный показатель – pH) зависит от содержания в нем ионов водорода. Чем их больше, тем раствор кислотнее, и наоборот. Водородный показатель определяется как отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода. Это значит, что у кислотного раствора (с высокой концентрацией ионов водорода) pH будет низким. У щелочного же ионов водорода мало, а pH высокий. Запутаться немудрено, однако в наши дни, благодаря рекламе, pH давно у всех на слуху. Мыло, шампунь – а иногда и напитки – рекламируются как «pH-сбалансированные». Садоводам тоже приходится думать о водородном показателе почвы на своем участке, поскольку любители кислых почв, вроде вереска и азалий, в щелочной известковой почве не приживутся, тогда как гвоздики предпочитают как раз ее и погибают в кислотной. Полезно также помнить, что pH – это логарифмическая функция, и разница в одну единицу pH соответствует десятикратной разнице в содержании ионов водорода. Поэтому уксус (чей pH равен 2) содержит почти в миллиард раз больше ионов водорода, чем нашатырный спирт (pH 11).
Большинство клеток предпочитают pH-нейтральную среду (7,0), где концентрация ионов водорода такая же, как и концентрация гидроксильных ионов (ион водорода и гидроксильная группа образуют молекулу воды). Кроме того, клетки чувствительны даже к незначительным изменениям водородного показателя, поэтому pH крови человека тщательно регулируется средствами организма. Нормальный для крови показатель pH – около 7,4. Повышение до 7,7 или спад до 7,0 несовместимы с жизнью.
Однако многие бактерии и археи, напротив, предпочитают сильно кислую или сильно щелочную среду. Ацидофилам – любителям кислоты – нравится pH менее пяти. Они обитают в горячих геотермальных источниках, где растворенные в воде сернистые газы образуют серную кислоту, или в кислотных водах, сочащихся из отвалов шлака вокруг старых шахт. Другие живут в уксусе и лимонном соке (вот почему эти продукты со временем портятся). К числу самых удивительных представителей этой группы относится Thiobacillus ferrooxidans. Она добывает энергию из углекислого газа, кислорода, серы и закиси железа, производя в процессе серную кислоту и соли железа, которые окрашивают ручьи, вытекающие из заброшенных шахт, в яркий желто-коричневый цвет и сильно окисляют воду (до pH равного двум). Для большинства водных форм жизни и кислота, и растворенные металлы токсичны. Однако T. ferrooxidans обладает еще более поразительной способностью, как подсказывает ее второе название – T. concretivorans (пожирательница бетона). Она питает особую страсть к низкомарочному бетону, богатому серой, особенно если он армирован металлическими прутьями. К ужасу строителей, бактерия вырабатывает столько серной кислоты, что бетон начинает «гнить». В результате рушатся мосты и эстакады, крошатся плиты многоэтажек. Прошло немало времени, прежде чем удалось установить виновницу бетонной гнили, поскольку плотность ее крайне низка – одной бактерии для одноразового деления требуется потребить железа в 50 раз больше собственного веса.
Ацидофилы не просто терпят низкий pH, он им действительно нравится. Например, Sulpholobus лучше всего растет при pH 2. И это очень кстати, поскольку в качестве отходов метаболизма она производит серную кислоту. Есть бактерии, для которых оптимальный pH еще ниже. Текущий рекорд принадлежит микробам вида Pircophilus – лучше всего они чувствуют себя при pH 0,5. При pH выше 3 они перестают расти, а при pH, равном 5, – разлагаются. Кислотную среду неплохо переносят также некоторые грибы и водоросли, способные расти в слабом растворе серной кислоты.
Helicobacter pylori, бактерия, вызывающая язву желудка
Еще в 1980-х считалось, что язву желудка – отличительную черту ответственного руководителя – вызывает повышенная кислотность, возникающая от постоянного стресса. Однако два австралийских патолога, Робин Уоррен и Барри Маршалл, усомнились в этом. В пробах слизистой желудка больных язвой и гастритом (хроническое желудочное воспаление) они обнаружили некую спиралевидную бактерию. Прежде всего предстояло выяснить, обитает эта бактерия в желудке или привнесена туда извне. Когда была окончательно установлена коренная принадлежность бактерии, наступил следующий этап – подтвердить, что H. pylori не просто безвредная обитательница желудка, а действительно вызывает гастрит и язву. Двое бесстрашных добровольцев (одним из которых стал сам Маршалл) выпили раствор с культурой бактерии. Как и следовало ожидать, у них развился гастрит.Уоррен и Маршалл своим экспериментом практически в одночасье совершили переворот в медицине. Они доказали, что язва – это результат бактериальной инфекции, а не просто повышенной кислотности. Поселившаяся на стенках желудка H. pylori вызывает воспаление, которое затем приводит к разрушению тканей и изъязвлению. Соответственно подверглась пересмотру и медицинская практика. Стало ясно, что препараты, подавляющие выработку желудочной кислоты, приносят лишь временное облегчение, поскольку никак не затрагивают бактерию. А вот курс антибиотиков позволяет избавиться от Helicobacter pylori навсегда. В этом и состоит разница между лечением и терапией – устранением болезни и снятием симптомов.Открытие Уоррена и Маршалла имело немалое значение для медицины, поскольку, как выяснилось, около одной трети населения Земли являются хроническими носителями бактерии H. pylori, хотя заболевание развивается далеко не у всех. Отразилось оно и на фармацевтической промышленности. Препарат «Зантак», подавляющий производство желудочной кислоты и озолотивший когда-то компанию Glaxo, до сих пор входит в число самых популярных лекарств мира. Логично предположить, что новые методы лечения язвенной болезни должны были бы сократить рынок препаратов, снижающих кислотность желудка. К счастью для фармацевтических компаний, этого не произошло. В сочетании с такими препаратами антибиотики действуют еще эффективнее (при этом совсем не обязательно покупать дорогие антациды, обычный висмут справляется не хуже).
Несмотря на обитание в кислотной среде желудка, pH которой равен двум, H. pylori вовсе не является ацидофилом. Она предпочитает, скорее, нейтральную среду, и хотя в течение какого-то времени способна переносить кислотность, длительное пребывание в кислоте ее убивает. Выжить в желудке ей помогает поведенческая, а не физиологическая адаптация. Она скрывается в слизистой желудка, оберегающей его стенки от ожогов, а для дополнительной защиты укутывает себя облаком с более высоким pH, выделяя фермент уреазу.
Кислота разрушает ДНК и белок. Как же тогда удается кислотолюбивым археям и бактериям выживать при pH 0,5? Точного ответа на эту загадку пока нет, но, предположительно, они просто не допускают кислоту внутрь, выкачивая ионы водорода сразу, как только они попадают в клетки или превращая кислоту в воду добавлением гидроксильной группы. Однако белки клеточных мембран, откачивающие кислоту, все равно должны как-то выносить pH 0,5, поскольку их внешняя поверхность соприкасается непосредственно с кислой средой. Поэтому загадка остается, только теперь нужно смотреть глубже: почему кислота не растворяет мембранный белок. Этого пока не знает никто, хотя бьются над этим вопросом многие.
Назад: Некоторые любят погорячее
Дальше: Любители щелочи
