Аспергилл

Aspergillus

В повседневной жизни плесневые грибы постоянно рядом с нами и могут иногда исчисляться десятками тысяч. В воздухе всегда присутствуют их споры. Аспергиллы прекрасно чувствуют себя на хлопчатобумажных тканях, а также на обоях, древесине и бумаге, в туалетах, ванных комнатах и во всех влажных местах дома. В подвале, в фекалиях животных, в строительных материалах и в пенопластовых матрацах. Представители рода аспергилл отлично размножаются на фруктах, овощах, сене, муке и силосе, а также, в зависимости от вида и штамма, на разнообразных органических веществах, в почве и в наших жилищах. Хотим мы этого или нет, но крошечные органические частицы – остатки пищи, волос, перхоти, мертвых клещей, растений и волокон – тоже служат пищей аспергиллам, а эти частицы находятся буквально везде.

Одним из самых известных представителей плесневых грибов является аспергилл желтый (Aspergillus flavus). Он известен как продуцент афлатоксинов, которые относятся к самым мощным природным канцерогенам. Думая о всех этих угрозах, мы можем легко забыть, что с экологической точки зрения плесневые грибы так же необходимы, как и все прочие грибы. Они отвечают за расщепление органических соединений, превращая их в минеральные вещества, которые могут снова включиться в круговорот веществ в жизни и в природе.

Священник, литургическое приспособление и плесень

Когда отец микологии итальянский священник и ботаник Пьер Антонио Микели в 1729 году впервые увидел под микроскопом аспергилл, он сразу вспомнил о предмете, которым ежедневно пользовался в своей профессиональной пасторской деятельности: о кропиле (лат. аspergillus). С помощью этого нехитрого литургического приспособления священник или дьякон окропляет больных, мертвецов или различные предметы святой водой (от лат. aspergere, «обрызгивать»). Кропило представляет собой полый шар на длинной рукоятке. В шаре проделаны мелкие отверстия, а внутри, как правило, находится губка. Тот, кто хоть раз видел кропило или названный в его честь плесневый гриб, сразу заметит сходство.

В микологических взглядах Микели опередил свое время. В труде всей своей жизни он описал 1900 видов «низших растений», к которым грибы относили еще много лет после него. И в 1400 случаях описание, данное Микели, было первым. Почти 900 видов оказались грибами. Некоторые названия Микели, например аспергилл, были несколько десятилетий спустя сохранены отцом биологической систематики Карлом Линнеем и тем самым увековечены.

Мы с полным правом называем Микели отцом микологии: на основании отдельных наблюдений он заключил, что мицелий гриба (грибница) возникает из спор – этот факт был признан в науке далеко не сразу. В некоторых случаях Микели удавалось наблюдать возникновение плодового тела из мицелия, что позволило ему понять, как в плодовом теле образуются новые споры.

Чудесная плесень

Невооруженным глазом мы можем видеть лишь колонии плесневых грибов – ровные пятна различных оттенков, по большей части беловатые, сероватые, красноватые или коричневатые. Только под микроскопом становятся различимы детали – многочисленные, плотные, достигающие иногда нескольких миллиметров в длину конидиеносцы, имеющие характерную форму. Выглядят они как крошечные пальмы и своей формой напомнили патеру Микели кропило. Эти образования формируются в мицелии за счет увеличения объема определенных клеток. Из основных клеток перпендикулярно к продольной оси гифы вырастает «ножка» и на конце ее по мере созревания образуется «пузырь», из которого во всех направлениях начинают выпячиваться шаровидные отростки. На них образуются споры. В данном случае их называют конидиями, или бесполыми митотическими спорами, – это те самые споры, которые Микели, как пионер науки о грибах, первым увидел собственными глазами.

Коварство аспергиллов

Как апергилл желтый, так и аспергилл паразитический (Aspergillus parasiticus), хотя и не все их штаммы, способны синтезировать группу микотоксинов, которые снискали недобрую славу под наименованием афлатоксинов. Именно они ответственны за смерть десятков тысяч людей и еще большего количества животных. Известно около 25 форм этого токсина, из которых одним из наиболее опасных считается афлатоксин B₁. Это так называемый вторичный метаболит. Вторичные продукты метаболизма, образующиеся в растениях, бактериях и грибах, – соединения весьма загадочные, потому что, как представляется, не играют никакой роли в росте и выживании своих продуцентов и неизвестно, какую именно пользу им приносят.

Aspergillus fumigatus (аспергилл дымящийся) – возбудитель аспергиллеза и аллерген.

Особенно часто афлатоксины обнаруживаются в коммерческом корме для скота – в арахисовой муке. В 2013 году разразился настоящий кормовой скандал, так как афлатоксин в высоких дозах попал в торговые сети. Однако и другие сельскохозяйственные культуры, такие как кукуруза, пшеница, рожь, овес, рис, миндаль, семечки подсолнуха, грецкие орехи и фисташки могут в теплых регионах при неблагоприятных условиях хранения поражаться опасной плесенью. Смертельная доза афлатоксина составляет для взрослого человека от 1 до 10 миллиграммов на килограмм веса тела.

Такая информация может ввергнуть в панику, но следует отметить, что образование токсинов происходит при высоких температурах – от 25 до 40 °C. Поэтому наиболее высока вероятность отравления в субтропических и тропических регионах. Проведенные исследования показывают, что риск отравления в Центральной Европе очень низок. Тем не менее в пробах почв вокруг предприятий, перерабатывающих импортированный арахис, кофейные зерна и какао-бобы, приправы и прочие подобные продукты, были обнаружены штаммы аспергилла желтого, включая и те, которые продуцируют афлатоксин B₁.

Афлатоксин и мрачные воспоминания об одном диктаторе

Во второй половине 1980-х и в начале 1990-х годов мы слышали об афлатоксинах в связи с производством биологического оружия в Ираке, где в то время правил Саддам Хусейн. Целью диктатора было либо распространение губительного заболевания, либо производство страшного токсина. Афлатоксин был хорошо исследован; выяснилось, что он является канцерогеном, поражает почки и печень, а в высоких дозах абсолютно смертелен. В Ираке его было произведено очень много, но все запасы были уничтожены под наблюдением представителей ООН.

Зачем плесневые грибы продуцируют столь мощные токсины?

Специалисты исходят из того, что яды плесневых грибов представляют собой биохимическое оружие, направленное против других грибов, бактерий и прочих микроорганизмов, а также врагов, способных питаться представителями рода Aspergillus. Но, возможно, эти вещества осуществляют контролирующие функции в метаболизме самих грибов, управляя биологическими и физиологическими процессами. Токсическое действие – это, таким образом, «побочный продукт». Но возможно, что токсины эти не выполняют ни защитных, ни контролирующих функций, а являются просто отходами жизнедеятельности плесневых грибов.

Каковы бы ни были функции этих соединений, для нас самое главное, что они не разрушаются под воздействием высоких температур: они термостабильны. Варка не позволяет избавиться от микотоксинов. Есть у этих грибов и еще одно очень неприятное свойство: они связываются с микроскопическими пылинками в наших жилищах, а следовательно, присутствуют буквально везде и на всем. В отличие от плесени, поражающей продукты питания, мы долгое время пренебрегали плесневыми грибами, заполонившими наши дома и квартиры. Об этих грибах мы до сих пор, как и раньше, знаем мало.

Существует более 100 000 видов плесени (а может, и намного больше), а поскольку есть еще и различные штаммы, обладающие разными свойствами и продуцирующие самые разнообразные смеси токсинов, очень трудно дать какое-то общее их описание. Правило, которое применяют в отношении хлебной плесени (с. 47), действует и здесь: заплесневелые продукты надо немедленно выбрасывать. Подлинные масштабы поражения могут не ограничиваться поверхностью, так как гриб пускает невидимые гифы и внутрь продукта.

Области применения плесени

Грибы вездесущи. Аспергиллы принимают выдающееся участие в круговороте веществ земной экосистемы. Сотни видов этого рода разлагают органические остатки жизнедеятельности растений и животных; участвуют они и в расщеплении целлюлозы (материала клеточных стенок растений) и хитина (материала клеточных стенок насекомых). Если правильно распорядиться плесенью, она может принести нам большую пользу.

В Японии для производства соевого соуса и других продуктов питания издавна используют плесневый гриб аспергилл рисовый (Aspergillus oryzae)

Ферменты грибов играют важную роль в многочисленных биотехнологиях. Широкое применение грибные ферменты находят в производстве солнечных очков, текстиля, косметики и других товаров. В моющих средствах они обеспечивают возможность очищать предметы и ткани при низких температурах. Fusarium, один из родов семейства сумчатых грибов, применяют в производстве растворяющих жиры ферментов – липаз. Немыслима биотехнология и без аспергиллов. При изготовлении виноградного сока аспергиллов используют для уничтожения осадка. Важное применение аспергиллы находят также в текстильной и кожевенной промышленности. В производстве пищевых продуктов ключевую роль играют многочисленные органические кислоты. А самую известную из них, лимонную, производят с помощью аспергилла.