Кишечная инфекция в
Германии, унесшая уже больше десяти человеческих жизней, подтверждает,
что мы до сих пор не понимаем механизм и настоящее эволюционное значение
горизонтального переноса генов, играющего огромную роль в
жизнедеятельности низших организмов.
Кишечная инфекция, поразившая уже более тысячи человек преимущественно в северных районах Германии (причем у трети заразившихся болезнь протекает в опасной форме гемолитического уремического синдрома
– с сильными коликообразными болями в животе, прогрессирующей почечной
недостаточностью, рвотой и кровавой диареей), последнюю неделю все чаще
занимает первые строчки новостей.
Обыватели напуганы. Европейские рестораны срочно изымают из своих меню
гипотетических переносчиков опасной бациллы – салат латук и свежие
огурцы. Роспотребнадзор заявил о готовности ввести беспрецедентные
ограничения на овощной импорт из Европы. В общем, налицо
все признаки информационной апокалиптической эпидемии, с завидной
регулярностью поражающей последние несколько лет мировое общественное
мнение. Однако если в случае с
атипичной азиатской пневмонией, коварно мутировавшим куриным гриппом и
свиным мексиканским гриппом мы имели дело с чем-то экзотическим, то на
этот раз журналисты разожгли панические настроения банальной кишечной
палочкой E. coli. Ипохондриков, каждое утро
замирающих перед своими мониторами в приятном предвкушении очередной
напасти, готовой свалиться всем на голову, последнее должно насторожить.
Неужели это та самая E. coli, которую можно найти в длинном списке
компонентов новейших желудочных суперпилюль, закупленных
предусмотрительно в аптеке на случай, если «съел что-нибудь не то»?
Все правильно. Бактерия Escherichia coli (названная
в честь первооткрывателя кишечной палочки австрийского педиатра
Теодориха Эшериха) – основной обитатель кишечной микрофлоры человека,
умеющий помимо всего прочего вытеснять из ЖКТ патогенные организмы и
продуцировать витамин К2. Полезная палочка заселяет кишечник
новорожденного младенца в первый час после рождения, передаваясь ему от
матери и окружающей людей, так что всю оставшуюся жизнь оба организма
проводят в полезном для обоих симбиотическом содружестве. Палочки, как и
положено прокариотам, размножаются методом простого деления клетки и
репликации своей ДНК, то есть самоклонированием. Человек поставляет
палочкам питательные вещества в виде углеводов. Устоявшуюся
идиллию, однако, могут быстро разрушить друзья кишечной палочки,
заглянувшие в ЖКТ на огонек, – точно такие же E. coli, но умеющие
продуцировать токсин – белковые соединения, из-за которых клеткам
хозяина, то есть нашему кишечнику, становится очень плохо. Тогда мы
бежим в аптеку за пилюлями с правильной E. coli, а боли в животе, понос и
плохое настроение напоминают нам, что размножающиеся неполовым путем бактерии тоже имеют право на секс. Спрашивается, какой такой секс может быть у простейших одноклеточных, у которых отсутствуют половые признаки? Однако
если под сексом понимать соединение организмов, позволяющее обменяться
информацией, повышающей шансы на выживание вида, то секс у бактерий есть
и выполняет он ту же функцию, что и у высших организмов, к которым
имеем счастье принадлежать мы с вами.
Механизм бактериального секса несколько отличается от нашего. У бактерий
нет полового разделения, и секс им нужен не для размножения и заведения
потомства, которому, смешиваясь по строго определенным правилам,
передается генетическая информация от отца и матери (вертикальный перенос генов), а в буквальном смысле слова для обмена опытом, то есть непосредственного горизонтального переноса информации между организмами. Функцию хранилища генетической информации у бактерий играет не только замкнутая в кольцо молекула ДНК (нуклеотид), в которой архивирована жизненно важная информация – собственно наследственная память организма, но и плазмид – дополнительная ДНК, как бы еще один сундучок поменьше, в котором складируется «про запас» менее важная, но могущая оказаться полезной информация (например, для оказания отпора антибиотикам). Для
обмена складированной в плазмидах информацией бактерии используют
специальный механизм переноса генетического материала при
непосредственном контакте двух клеток – конъюгацию , при котором клетка-донор прикрепляется к клетке-реципиенту с помощью специальных выступов – половых пилей, при этом наследственный материал передается не через них, а непосредственно через бактериальные мембраны. По мере изучения горизонтального переноса генов (открытого
еще в конце 40-х годов прошлого века) выяснилось, что хозяйственные
бактерии проявляют удивительную неразборчивость в перенимании и хранении
чужого опыта, охотно коллекционируя, прямо как гоголевская Коробочка,
не только чужие плазмиды, но и целые участки нуклеотидов, которые могут
даже принадлежать микробам совершенно другого вида.
Кишечные отравления в Германии, потрясшие мировые СМИ, есть прямое
следствие такого бактериального промискуитета: жертвами инфекции стали
люди, в кишечник которых попала (возможно,
вместе с немытыми овощами, но эта версия лишь наиболее вероятная) E.
coli с плазмидами, производящими токсичные для клеток нашего кишечника
белковые комплексы, действие которых сходно с действием токсина,
выделяемого возбудителем дизентерии – кишечной палочкой Shigella
dysenteriae (названной так в честь японского микробиолога Киеси Шига, впервые выделившего возбудителя дизентерии). Именно такая разновидность E. coli – шиго-продуцирущая кишечная палочка, или STEC (Shiga toxin-producing E coli) – была выделена из кала пострадавших от кишечной инфекции европейцев. Даже совсем маленького количества STEС достаточно, чтобы запустить лавинообразный процесс обмена «плохими»
плазмидами между E. coli и заставить пострадавшего носителя, поевшего
немытых огурцов, подолгу не вылезать из туалета, а то и обратиться за
медицинской помощью. Почему бактерии начинают так
быстро обмениваться новой информацией и какова настоящая эволюционная
роль бактериальных токсинов, науке, только сейчас начинающей понимать
огромную роль горизонтального переноса генов в эволюции микробных,
растительных и даже высших биоценозов, только предстоит установить. Врачей,
однако, пока удивляет не сам факт кишечной эпидемии, которые случаются
регулярно даже на относительно чистоплотном Западе (например,
в первой половине 1990-х в США, где, кстати говоря, ежегодно
фиксируется до 100 смертей от патогенной кишечной палочки), а то, что
недружественная нашему кишечнику патогенная E. coli принадлежит
относительно редкому штамму Escherichia coli O157:H7, и то, что от нее
страдают взрослые: в последний раз кишечная эпидемия, спровоцированная
E. coli O157:H7, наблюдалась в США в середине 1990-х у детей. Во избежание паники упор здесь следует делать на «наблюдалась»:
сколько локальных энтерогеморрагических эпидемий происходит внутри
человеческой популяции ежегодно, пока никто не знает, поскольку качественный медицинский мониторинг функционирует далеко не во всех даже более или менее развитых странах.
Читать полностью: http://www.gazeta.ru/science/2011/05/31_a_3634025.shtml |