Я сейчас все время говорил о микроорганизмах, но что же, собственно, понимается под микроорганизмами? Один мой бывший коллега, сотрудник отдела маркетинга, как-то раз сказал мне: «Я звоню тебе по поводу всего, что размером меньше собаки». Я работал тогда микробиологом на одном предприятии, выпускавшем потребительские товары, и был своего рода белой вороной среди сплошных экономистов и химиков. Одна из моих задач состояла в том, чтобы отвечать на вопросы, связанные с микробиологией, причем отвечать быстро и по возможности на все вопросы. Преимущественно это были вопросы: «Какие микробы вызывают прыщи и перхоть?» или – на волне эпидемии гриппа в Германии – «А не эффективны ли наши продукты против этого вируса?» В связи с этим однажды возник и такой вопрос: «А, собственно, какими организмами занимается микробиолог?» Ответить на него оказалось не так просто. Коллега из отдела маркетинга упростил задачу, и хотя его определение полностью принимать всерьез не стоит, но нельзя сказать, что он абсолютно не прав.

Что же это такое – микроорганизмы?

Далекий от науки человек может, наверное, думать, что есть вот животные и растения, а еще есть ряд экзотических тварей типа амеб и медуз (кажется, это тоже животные), грибов (вообще-то это растения… или нет?), а также бактерий и вирусов (но они очень маленькие). Примерно так же представлял себе картину мира и я, когда начинал учиться на биолога, но вскоре вынужден был переосмыслить свои взгляды на живую природу. Прежде чем выяснить местоположение лучших студенческих кабаков, я успел на занятиях уразуметь, что с биологической точки зрения самое разумное – подразделять живые существа на три группы, а именно: бактерии, археи и эукариоты. При этом бактерии и археи, как правило, объединяют в одну группу под названием «прокариоты». Представляю выражение ваших лиц, когда вы читаете эти строки, ибо точно так же выглядел в то время и я; но ничего, сейчас мы вместе посмотрим на эту картину.

На картинке вы видите так называемое филогенетическое дерево жизни, где название «филогенетическое» происходит от греческих слов phyle (род) и genesis (возникновение). Это нечто вроде родословного древа, только представлены тут не мои родственники и предки, а родственные связи между всеми живыми существами на нашей Земле. Принцип при этом тот же: точки пересечения означают общих предков и чем короче отрезок между двумя именами, тем теснее родство между ними.

Возможно, все это еще немного абстрактно, но сейчас покажу на примере моей семьи, и станет ясно.

Ближайший общий предок между мной и моей сестрой – это моя мать. Ближайший общий предок моей тети и меня – моя бабушка. Поскольку отрезок между мной и сестрой короче отрезка между мной и тетей, то мы с сестрой более близкие родственники.

В такую игру можно сыграть с любыми живыми существами, нужно только пропорционально подгонять отрезки, а то общая картина получится не очень наглядной. Показывать все поколения на ней не обязательно. Если вы посмотрите на вышеприведенное филогенетическое древо, то увидите, что у животных, грибов и растений когда-то в прошлом был один общий предок. А еще, намного-намного раньше, общий предок был даже у нас c бактериями – у нас как у животных, которыми мы, собственно, и являемся. Ну, правда, если между вами с тетей временно́е расстояние лет, скажем, шестьдесят, то в этом случае будет чуть подольше. Общий предок растений, животных и грибов, например, обитал миллиард лет тому назад – это если говорить навскидку, прошу не ловить меня на слове, если я ошибся на пару сотен тысячелетий в одну или в другую сторону.

Почему я, собственно, все это вам рассказываю? А вот почему: на родословном древе можно увидеть очень разветвленную группу живых существ самых разных видов под общим названием бактерии. Это уже само по себе примечательно, люди ведь обычно не различают бактерии и сваливают их в одну кучу: и те, которые населяют кишечник, и те, которые живут на коже, и те, которые превращают молоко в йогурт. Хотя мы, люди, намного более близкие родственники с каким-нибудь шампиньоном, чем эти бактерии между собой. Однако ради одного такого претенциозного сравнения у меня бы не было необходимости заходить настолько издалека, я хочу прояснить кое-что другое: каждое живое существо состоит из клеток. Бактерии, как известно, состоят из одной-единственной клетки, и если я не очень-то похож даже на свою кузину, то вы, наверное, можете себе представить, что клетки, из которых мы с вами состоим, давно уже имеют мало общего с бактериальной клеткой. С практической точки зрения это очень удобно, поскольку позволяет, например, относительно просто найти антибиотик, который убьет клетку туберкулезной бактерии, а клетки легочных тканей в непосредственной близости от нее не затронет: ведь клеточная структура, которую атакует антибиотик, в такой форме в наших клетках вообще не встречается. Антибиотик, кстати, это такого рода химическое боевое вещество, которое первоначально получали из грибковых клеток, потому что они умели защищаться от бактерий. Достаточно посмотреть на филогенетическое древо, чтобы понять, почему это работает: клетки грибов скорее похожи на клетки животных и потому должны быть столь же невосприимчивы к антибиотикам, как и клетки человеческого организма.

Так что грибки и бактерии друг другу не родственны, и хотя мы часто употребляем выражение «бактериальная флора», все эти организмы с растениями ничего общего не имеют. И клетки бактерий и грибков тоже в корне различаются. Это, в частности, проявляется в том, что вышеупомянутые бактериальные клетки-одиночки сами по себе жизнеспособны, а клетки грибков – не всегда. Если внимательно присмотреться к дрожжам (тем самым, с которыми мы печем хлеб и варим пиво), то такой грибок состоит из одной-единственной клетки. А с плесневым грибком (это тот, что растет на сыре камамбер) дело обстоит иначе: его клетки выстраиваются в длинные нити (гифы), которые, в свою очередь, могут собираться в трехмерные клубки – их называют мицелием.

Из этого довольно хаотического соединения удивительным образом формируются сложные формы, такие как шляпка шампиньона, например. Более того – подобная конструкция может принимать невероятно большие размеры. Чаще всего такой грибковый мицелий распространяется под землей. И как! Самый крупный мицелий был найден в штате Орегон и занимал колоссальную площадь в 9 тысяч квадратных километров – это немногим больше, чем 1200 футбольных полей. На поверхности земли мало что можно увидеть, тут мы, как правило, лицезрим лишь репродуктивные органы грибов, а именно шляпки, которые потом оказываются в жарком на сковородке.

В отличие от грибов, бактериальные клетки не могут выстраивать столь сложные структуры, поскольку единичные клетки после деления остаются более или менее независимыми. Впрочем, некоторые могут создавать цепочки, но формируются они вследствие того, что вновь образованные клетки как бы прилипают к старым; так что некоторые цепи бактериальных клеток на удивление похожи на грибковые гифы, однако отдельные клетки все так же не зависят друг от друга. Таким образом, эукариотические грибы (см. разделение на прокариотов и эукариотов на древе жизни) прошли этап, который бактериям пройти не удалось: они сделали шаг к многоклеточным организмам. В более совершенном варианте такой многоклеточный организм будет состоять из ткани и органов, то есть из в высшей степени специализированных комбинаций клеток; такое мы встречаем, только начиная с растений и животных.

Если я вас привел в замешательство многочисленными терминами и клеточными структурами, то приведенная ниже иллюстрация, надеюсь, внесет ясность.

Бактериальные клетки (в форме шариков или палочек) могут образовывать цепочки

Дрожжи – это одноклеточные грибы, размножающиеся почкованием

Грибковый мицелий – это трехмерная структура из клеточных волокон (гиф)

По рисункам слева вы видите, что бактериальные клетки также могут быть различной формы. При этом большинство бактерий имеют либо шаровидную форму, либо выглядят как палочки. По-научному шаровидная клетка называется Coccus, а продолговатая – Bacillus. По-немецки вы, впрочем, можете их называть также «кокками» и «бациллами», если вам так больше нравится. Зачем я вам все это рассказываю? Затем, что многие виды бактерий как выглядят, так и называются. Давайте рассмотрим пару примеров. Тут, кстати, есть возможность проявить себя не только знатокам латыни, но и тем, кто когда-то зубрил древнегреческий, потому что многие названия происходят из греческого. Staphylococcus, например, это шаровидная бактерия, ясное дело. А поскольку staphylos переводится как «виноградная лоза» или «виноград», то становится ясно, как эти шаровидные клетки соединяются друг с другом – в форме виноградной кисти. Желаете еще пример? Как насчет Lactobacillus? Это должна быть клетка в форме палочки, потому что она зовется Bacillus. Lacto — нам знакомо по слову «лактоза» (или на сегодняшний день скорее по словосочетанию «непереносимость лактозы»); это молочный сахар, так что Lacto — должно иметь какое-то отношение к молоку (от латинского lac – молоко). И что же мы тут имеем? Конечно же, молочнокислую бактерию, мы с ней уже познакомились, когда говорили о пробиотиках. Еще один пример напоследок? Отгадайте-ка, где живет Pediococcus? Понятия не имеете? Латинисты, ваш черед: на латыни pes – это «стопа». Теперь, если вы представите себе форму клетки (шарообразную, разумеется) и соответствующий запах, то вам будет интересно узнать, что Pediococcus используют также в производстве различных сыров. Так понемногу кое-что проясняется!

Пойдем дальше. В науке все организмы принято называть двойными именами, взять, к примеру, Staphylococcus aureus. Здесь второе слово означает вид, а первое – родовое название вышестоящего уровня. Это примерно как в Баварии, где сначала вам назовут фамилию человека, а потом его имя. Так, Хубер Шорш – это представитель семьи Хубер, а конкретно – Шорш. Соответственно, Staphylococcus aureus – это вид, относящийся к стафилококкам, и он имеет золотистую окраску: aureus происходит от латинского слова aurum, что означает золото. Не так уж и сложно, верно?

То, что микробиологи вечно сыплют латинскими словами, лишь отчасти понты; в значительной степени это результат того, что только малая часть микроорганизмов носит немецкие имена! Пивные дрожжи, например, на самом деле называются Saccharomyces cerevisiae (если вам приходилось когда-нибудь покупать пиво в Испании, вы знаете почему), но пиво варят и с другими видами дрожжей, например с Saccharomyces carlsbergensis. Ну, что это может быть за пиво? И вот что прекрасно: если вы увлеклись пивоварением и открыли новый вид дрожжей, то можете сами дать название этому виду. Но свое имя использовать при этом запрещено. Например, если ваша фамилия Майер (Meier), то вы не имеете права назвать новый вид Saccharomyces meieri. Вы можете назвать его, скажем, в честь кого-то, кого вы цените, или по названию города, где вы сделали открытие, и при этом вполне могут получаться такие высоко поэтичные словообразования, как, например, Saccharomyces castroprauxeli.

Ну, а если штука во что бы то ни стало должна носить ваше имя? Вообще такая возможность существует, но есть в ней подводный камень. Дело в том, что в прошлом возбудителей болезней ученые часто открывали, героически проделывая опыты над самими собой. Они инфицировали себя и от полученной болезни умирали, а изумленные потомки в честь бесстрашного исследователя называли возбудителя его именем. Я бы лично предпочел ранее упомянутый подход к присвоению имени, но это, конечно, дело вкуса…

Наряду с грибками и бактериями есть еще одна группа микроорганизмов, которой вообще нет в нашем родословном древе. Может показаться странным, но причина вполне понятна: на самом деле вирусы не живые существа, а всего лишь нечто вроде биологических механизмов, которые хоть и могут размножаться с помощью хозяйских клеток, но не имеют практически ничего из того, что мы ожидаем от живых существ. Если я сейчас начну давать определение, что такое жизнь, то это уведет нас слишком далеко, скажу лишь, что очень многого из того, что связано с понятием «жизнь», у вирусов нет: ни клеточного строения, ни самостоятельного размножения, энергию они не преобразовывают и с окружающей средой не коммуницируют.

Нам для начала вполне достаточно отметить следующее: вирусы могут размножаться только с помощью других клеток. Что означает: вирусная частица остается на какой-либо поверхности в одиночестве, в то время как бактериальная клетка может размножаться, и из нее получаются две клетки, из двух – четыре, затем – восемь, 16, 32, 64, 128 и так далее… Это на многое влияет, и в частности на то, будет ли опасен контакт с такой поверхностью. Однако делать вывод, что загрязненная вирусами поверхность не представляет опасности, было бы неверно и, возможно, даже фатально, поскольку иногда достаточно подхватить лишь пару вирусных частиц, которые начнут размножаться в нашем организме (то есть с помощью наших клеток) и нанесут нам существенный ущерб. Также многие вирусы обладают значительной невосприимчивостью к внешним воздействиям и средствам дезинфекции, и потому их не так просто обезвредить. То есть вирусы – это такие микроорганизмы, которые надо держать под контролем, пусть даже они и «неживые».

Ну, что, теперь мы со всеми познакомились? Бактерии, грибки и вирусы – это, пожалуй, самые важные. Осталось еще разобраться с определением про «все, что меньше собаки»? Да, есть среди микроорганизмов и те, которые размером чуть больше вышеперечисленных. Так мы подходим к еще одной группе тварей, которыми занимается микробиология, группе на этот раз очень неоднородной – к паразитам. Их мы находим на разных ответвлениях нашего родословного древа, но все они расположены с той стороны, где эукариоты. Среди организмов, которых мы причисляем к паразитам, есть одноклеточные и многоклеточные организмы, например жгутиковые и амебы (одноклеточные), а также ленточные и круглые черви (многоклеточные). Почему столь разные существа объединены в одну группу? Очень просто. Их объединяет одно общее свойство, причем весьма неприятное: все паразиты живут за счет других организмов. На это вы можете заметить, что подобное можно сказать и про бюрократов от науки… и будете недалеки от правды. Но у паразитов более тесные отношения со своими кормильцами, чем у госслужащих и налогоплательщиков, поскольку паразиты живут непосредственно на и в организме своего хозяина.

Возьмем банального плоского червя: он селится в кишечнике животных и людей и пожирает там все, что ему попадется. Не слишком аппетитно, но очень эффективно. Это «чревоугодие» функционирует настолько исправно, что пациенты с глистами сильно теряют в весе, если этому делу не положить конец. Было дело, когда один ловкач даже продавал ленточных глистов в качестве средства для похудения, и его покупатели действительно худели, но некоторые, к сожалению, столь резко, что не могли эту процедуру пережить: ленточные глисты могут достигать длины в несколько метров, и тогда обитателям кишечника от ужина остаются одни объедки. Но, как правило, паразит не очень-то заинтересован в убийстве своего хозяина, ведь он таким образом лишится источника своего питания. Однако иногда, особенно если эта мразь произвела на свет многочисленное потомство, может наступить момент, когда хозяйский организм выполнил свой долг и может уходить.

Если у вас сейчас создалось негативное впечатление о паразитах, то именно этого я и добивался. Чтобы хоть как-то реабилитировать этих тварей, должен сказать, что есть среди них и условно безобидные варианты, например те, которые всего лишь пьют нашу кровь, – комары, клещи, блохи. Надо признать, это тоже весьма неприятно, однако не так опасно, кроме тех случаев, когда из-за укусов кровопийц переносятся болезнетворные бактерии и вирусы. Один из самых трагичных примеров тому – чума. Ее вызывают бактерии, но столь масштабно она могла распространяться потому, что возбудители чумы передавались через блох и крыс: блоха кусает заболевшего чумой, затем прыгает на крысу и инфицирует бактериями ее кровь. Крыса (а она по закону подлости сама не заболевает) перебирается на каком-нибудь, скажем, корабле или на повозке в другое место, где ее опять-таки поджидают многочисленные блохи, которые выуживают из крысы возбудителей чумы и передают их следующей жертве человеческого рода. Таким образом, эта эпидемия в прошлые века неоднократно распространялась по торговым путям на полмира и за пару лет могла выкосить целые регионы. В наше время чума уже не столь страшна, потому что, к счастью, многие люди живут в условиях, не допускающих столь близкого контакта с крысами и блохами, как это было в средневековой Европе. К тому же мы теперь знаем, что истинными виновниками чумы являются бактерии, а от них у нас есть защита – антибиотики эффективны против большинства бактериальных инфекций. И от чумы в том числе.

Если вы внимательный читатель, то, возможно, вы заметили, что в начале главы я упомянул одну группу микроорганизмов, про которую еще ничего не рассказал. Я имею в виду археев. Посмотрите еще раз на родословное древо и отметьте, что они занимают довольно большую часть кроны дерева и располагаются на той ее стороне, где указаны прокариоты. Эти организмы – раньше их также называли архаичными бактериями – известны, вероятно, очень немногим, хотя их влияние на нас огромно. Своим именем археи обязаны тому, что они считаются древнейшим – то есть архаичным – видом и существовали на нашей земле еще тогда, когда она не была такой обжитой, как сегодня. И среди них мы находим непревзойденных мастеров в деле заселения жизненных пространств, в которых больше никто не желает обитать: например, в токсичных кипящих вулканах на морском дне, соляных озерах, ледяных пустынях или обжигающих горячих источниках. То есть в тех местах, про которые можно поручиться, что там не может существовать ничто живое, а все же там есть жизнь, и это археи. Но и это еще не все: животные, способные использовать целлюлозу в качестве питания (к примеру, корова, которую кормят сеном, или термиты, подтачивающие деревянное строение), могут переваривать целлюлозу только потому, что у них в пищеварительном тракте в качестве «домашних животных» содержатся археи. Только они способны биохимически расщеплять целлюлозу и приводить ее в то состояние, с которым корова может справиться. Это сложный процесс, поэтому у коровы переваривание при пережевывании также происходит трудоемко, и в результате образуется побочный продукт, доставляющий нам сегодня столько проблем. Речь идет о метане. В какой-то момент он выходит из коровы, сзади или спереди, и попадает в атмосферу, где, увы, провоцирует парниковый эффект. По данным федерального ведомства по охране окружающей среды, более половины выбросов метана в Германии приходится на сельское хозяйство и в значительной степени именно из-за этих процессов. Что еще раз свидетельствует о том, что все имеет оборотную сторону, и корова тоже, простите за каламбур.

Ну, вот, теперь мы действительно поговорили обо всех существах, которыми занимаются микробиологи, и я надеюсь, что смог вас немного «подзаразить» своей увлеченностью микробиологией и наполнить жизнью эти невидимые организмы хотя бы перед вашим умственным взором. Наверное, мне стоит еще кое-что сказать по поводу терминов, которые я употребляю. Мы уже уяснили, что между вирусами, грибами и бактериями есть разница. Когда я говорю о «микроорганизмах» в общем смысле, я в этой книге могу использовать синонимы, главным образом слово «микробы». Я делаю это преимущественно из языковых соображений, хотя самые дотошные читатели могут уличить меня в неточности, поскольку под микробами традиционно имеются в виду прежде всего возбудители болезней. И все же в этой книге я буду эти два понятия – микроорганизмы и микробы – употреблять в одинаковом смысле, немного разнообразия в конечном счете ведь не повредит. Но что-то я тут разговорился, пора уже переходить к теме нашего сосуществования с бактериями, вирусами и прочей братией, и именно к этому мы сейчас приступим.