Господин Свещаров
Разкази за съвременната биология (4)

Тайните на новите видове и форми микроорганизми

Знаете ли кои хора в Япония по време на Втората световна война бяха наричани камикадзе? Това бяха ултрафанатизирани войници и офицери от японската императорска армия, които изпълняваха извънредно важни бойни операции с цената на живота си. Най-често те нападаха бойни обекти (складове, кораби и др.), като управляваха тежко натоварен самолет с голяло количество взрив до последните метри от целта и загиваха заедно с хората от нападания от тях военен обект. Ето защо участниците в Международния симпозиум по сглобяването на предбиологичните и биологичните структури, проведен в Москва през 1979 г., били изненадани от съобщението на учени от Института по биохимия на АН на СССР, че са успели да разгадаят устройството и действията на бактерийния вирус пиоцин-P1, наричан още камикадзе. За разлика от другите видове вируси този странен представител от света на ултрамикрокосмоса, след като пробие бактерийната мембрана, умъртвява нападнатата бактерия, но и сам загива заедно с нея.

Известните досега на микробиолозите бактериофаги се състоят от главичка, в която се намира нуклеиновата киселина на фага, опашчица и извънредно тънички израстъци в края на опашчицата — фибрили, с които фагът се закрепва за повърхността на бактерията. Вътрешността на фаговата опашчица е куха, а отвън е обвита с белтък, който може да се свива по дължината на опашчицата. Краят й е снабден с миниатюрен „свредел“, с който нападателят пробива бактерийната мембрана. В същия момент обвивката на опашчицата се свива и вирусната нуклеинова киселина се излива през отвора в бактерийната цитоплазма. Впоследствие тази фагова нуклеинова киселина дава началото на множество нови фаги, които разкъсват бактерията и плъпват да заразяват нови бактерийни клетки. Накратко описан, това е механизмът на фаговата инфекция.

Фиг.3. Електронномикроскопска снимка на загадъчния вирус пиоцин-P1.

Споменатият вече странен бактериофаг пиоцин-P1 обаче не само че няма главичка, но в него липсва каквато и да е нуклеинова киселина! До този момент специалистите не могат да обяснят по какъв начин този представител на микроорганизмите пази в себе си наследствената информация на вида си, след като в него няма нито ДНК, нито РНК. Направените електронномикроскопски снимки на загадъчния бактериофаг показали, че той се състои само от опашка, обвита с белтъчен „калъф“. Цялата му жизнена дейност е извънредно проста и необяснима. Както и другите си събратя, той се закрепва с фибрилите си за бактерийната стена, пробива я със „свредела“ си и… умира! Разбира се, заедно с него умира и бактерията. По такъв начин този „дефектен“ фаг (наречен първоначално така поради липса на главичка) прави съществуването си безсмислено и най-голямата му тайна е начинът, по който се размножава.

Продължителните изследвания на съветските специалисти показали, че единственото движение, което извършва фагът камикадзе, е свиването на белтъчната калъфка на опашчицата му. С помощта на електрофореза било установено, че белтъчната обвивка на „дефектния“ фаг е изградена само от един вид белтък. Едновременно с него обаче в белтъчната „калъфка“ бил открит и аденозинтрифосфат (АТФ). Това е извънредно богато на енергия съединение, което биолозите с право наричат универсална енергетична разменна монета на живота. В случая обаче АТФ изпълнява структурна функция, като държи белтъчната калъфка опъната. В момента на нейното свиване АТФ се държи като разпъната пружина, като се свива най-много наполовина от дължината си. Това е достатъчно острието на опашчицата да пробие бактерийната обвивка и с това да доведе до смъртта на жертвата си. Ето така работи фактически най-просто устроеният „мускул“ в света…

С помощта на рентгеноструктурния анализ и метода на оптичната дифракция беше построен модел на белтъчната обвивка на вируса камикадзе. На фиг. 4 ясно личи, че тя се състои от 34 красиво изрязани дискове. Всеки диск е изграден от по 6 белтъчни субединици. Дисковете са спираловидно разположени един спрямо друг и придават на тази биологична структура специфичен архитектурен вид.

Фиг.4. Архитектурният вид на вируса камикадзе.

През 1975 г. микробиологът Ричард Блейкмор съобщи на научния свят за откритите от него бактерии, снабдени с компас. Наблюдаваните от изследователя микроорганизми упорито се придвижвали само в една посока. Блейкмор предположил, че бактериите проявяват извънредно силно изразен фототаксис, т.е. че се движат по посока на дневната светлина. Ученият решил да ги обърка. Затъмнил стаята и започнал да променя посоката на светлинното излъчване. За негова най-голяма изненада бактериите продължили да се движат само в предишната си посока. След известно време Блейкмор бил осенен от мисълта, че бактериите може би мигрират в посока към север. Той доближил силен магнит към микроскопа и с радост забелязал как всички бактерии направили рязък завой и започнали послушно да следват посоката на движещия се магнит!

Откритите от Блейкмор магнитни бактерии са още едно сериозно доказателство за магнитната ориентация, която съществува сред някои представители на организмовия свят. В интерес на истината веднага трябва да кажем, че загадъчните прелети на птиците, миграциите та рибите и насекомите отдавна се приписват на съществуващото в тези животни т.нар. шесто чувство, което се използува за ориентация в геомагнитното поле. До този момент обаче специалистите в създаденото ново изследователско направление — магнитобиологията — не са открили материални носители на шестото чувство, който би трябвало да бъдат все пак достатъчно добре обособени магнитни рецептори. Затова откритите от Блейкмор магнитни бактерии засилиха надеждите на магнитобиолозите, че са открити биологични обекти, с чиято помощ ще се получат най-после сигурни експериментални резултати.

Заедно с един физик Блейкмор конструирал специален уред, чрез който започнал да проучва магнитната чувствителност на микроорганизмите при промяна на магнитното поле. С негова помощ установил, че умъртвени бактерии преставали да мигрират в северна посока, но магнитното поле все пак продължавало да им действува. Под неговото влияние мъртвите бактерии се подреждали във верижки от по 10 клетки, ориентирани по магнитните силови линии. Този факт силно заинтригувал изследователите и те направили изследвания с електронен микроскоп. Така Блейкмор установил, че във всяка магнитна бактерия има непроницаеми за електронните лъчи частици с размер около 1/10 от микрона. Те са обединени в леко закривени вериги, съставени от по 5–10 звена всяка. Подобни частици, във вид на слепнали топчета, били открити в блатната тиня, откъдето са взети бактериите. През 1979 г. подложили загадъчните частици на рентгенов микроанализ, при което се изяснило, че те са богати на желязо. При последвалия химичен анализ определили, че се състоят от магнетит. Веднага поставили опити, в които отглеждали магнитните бактерии в бедна на железни соли среда. Скоро изследваните бактерии загубили способността си да се ориентират по магнитното поле, тъй като в тях вече не се образували магнетитни частици. Изводът от опита бил ясен и категоричен — бактериите сами произвеждат магнитчетата си, като се „хранят“ с разтворените във водната среда железни йони.

Една по-нова публикация на Блейкмор показва, че магнитните бактерии могат да се развиват добре само в среда с ниско кислородно съдържание на водата. По такъв начин бактериите могат да се придвижват във водоемите по вертикална посока. А при географската ширина на град Масачузетс (където са намерени въпросните бактерии) и в Баренцово море (където съветската биоложка И. Е. Мишустина откри загадъчни топчета, за които Блейкмор предполага, че са остатъци от умрели магнитни бактерии) магнитните силови линии имат посока, почти перпендикулярна на земната повърхност. И още едно откритие — само половината от изследваните бактерии се придвижвали на север. Останалите се движели на юг, което показва, че микроорганизмите имат възможност да избират средата, която обитават, и да търсят по-добри условия за съществуването си в нея.

Както сами се убеждавате, вече са разгадани доста тайни около бактериите с компас, но все още остават неясни редица неща. Предстои да бъде изяснено например какво кара бактериите да се движат в една или друга посока по магнитните силови линии, чрез какви механизми бактериите осъществяват координация между двигателните и навигационните си системи и пр.

От историята на микробиологията е известно, че периодът от 80-те години на XIX в. докъм 1910 г. се характеризира с големите открития, направени предимно от микробиолози медици. По това време бяха открити и изучени повечето от причинителите на големия брой болести по растенията, животните и човека. След това до началото на 50-те години микробиологията се развиваше сравнително по-бавно и спокойно. Последва обаче период на невероятно бързо откриване на нови микроорганизмови форми и видове, който продължава и до днес. Той беше обусловен преди всичко от установената практическа ценност на новооткритите микробни (или микроорганизмови) видове. Най-добре това твърдение може да се подкрепи с откриването на стрептомицина, който се образува от един актиномицетен вид. До откриването му микробиолозите познаваха едва 35 актиномицетни вида, докато днес те са вече над 370!

През 1947 г. Б. В. Перфилиев предложи прост, но особено ефикасен метод за откриване в почвата и водата на нови микроорганизми. Извънредно тънки капилярни тръбички се забиват в почвата или се поставят в даден водоем. В тях заедно с водата навлизат и най-различни микроорганизми. Тъй като в микротръбичките се създава среда, близка до естествената, микрофлората започва да се развива успешно. Поставени под микроскоп, тръбичките разкриват пред изследователите един нов и непознат микроорганизмов свят. Ценността на метода се състои в това, че микроорганизмите може да се изследват направо от естествената им среда, тъй като много от тях не растат и не се развиват на известните изкуствени хранителни среди.

С помощта на този метод бяха открити например бактерии с триъгълна, звездовидна и бъбрековидна форма. Някои пръчковидни бактерии за разлика от всички досега познати видове са покрити с най-различни по форма израстъци, шипове или пъпчици. Най-изненадани бяха микробиолозите от откриването на особен род многоклетъчни бактерии, които бяха наречени симонсиела. Оказа се, че тялото им е изградено от голям брой извънредно къси клетки, плътно свързани помежду си. Горната им страна е изпъкнала, а долната — вдлъбната, така че срезите им имат сърповидна форма. Под микроскоп тези бактерии изглеждат като някакви странни гъсеници. Дългите им тела нямат ресни и затова симонсиелите се придвижват по твърдата хранителна среда, като оставят след себе си видима диря.

Фиг.5. Бактерии с триъгълна форма. Долната е в процес на делене.

Сравнително наскоро групата на фотоавтотрофните бактерии беше попълнена с нови представители. Бяха открити нови нишковидни зелени бактерии, които могат да се придвижват с пълзене. Те бяха обединени в семейство Хлорофлексацее. Във вида хлорофлексус аурантика бяха намерени фотосинтезиращи структури, съдържащи бактериохлорофил С. Този вид може да съществува както в осветена среда, при което използува фотосинтетичните си способности, така и на тъмно (в неосветени среди), където усвоява органични вещества. Най-интересното е това, че тъй като на тъмно бактериите не се нуждаят от зеления бактериохлорофил, те бързо губят зеления си цвят и стават розови!

Фиг.6. Бактерия с бъбрековидна форма от род Ренобактер. Вътрешността й е изпълнена с вакуоли.

Разбира се, дотук беше описана малка част от новооткритите форми и видове микроорганизми и по-нататъшното им изброяване вероятно би отегчило нашите читатели. Искам само да подчертая, че усилията на съвременните микробиолози са насочени към откриването на нови микроорганизмови форми, които безспорно съществуват отдавна в природата, но са били неизвестни на науката. Сред тях неминуемо ще се окажат видове с голямо значение за практиката, както и видове, които ще обогатят теоретичната биология.

Фиг.7. Многоклетъчни бактерии от род Симонсиела.