Журнал "Здоровье" №7 (79) 1961

Прирученные микробы

Кандидат медицинских наук С. М. Навашин

Рисунки Ю. Федорова

О том, что микробы вызывают тяжелые болезни и пищевые отравления, каждый, вероятно, знает. Мы с благоговением вспоминаем великие подвиги «охотников» за микробами, бесстрашных борцов с человеческими недугами.

Но представьте на минуту, что бы произошло, если бы на нашей планете не было микроорганизмов. Очень образно нарисовал такую воображаемую картину известный русский микробиолог В. О. Таусон. Он говорил:

… Если бы не микробы, наша Земля давно превратилась бы в огромное кладбище. Умершие животные, растения, опавшая листва, хвоя, сучья и целые древесные стволы покрыли бы всю поверхность суши сплошным слоем. Трупы морских животных и массы отмерших водорослей заполнили бы моря…

Но дело не только в том, что Земля покрылась бы толстым слоем останков ранее живших организмов, а в том, что жизнь на Земле стала бы невозможной.

На первый взгляд этот вывод может показаться противоречивым: ведь микробы являются причиной гибели людей и животных, злаков и фруктовых деревьев, порчи плодов и продуктов питания. Все это так. Но в то же время микроорганизмы, словно невидимые санитары, выполняют огромную очистительную работу, которая только им одним под силу. Они разлагают до углекислоты и воды бесчисленные органические вещества, из которых состоят тела животных и растения.

Как известно, в атмосферном воздухе содержится всего 0,03 процента углекислоты, и если бы ее запасы не пополнялись благодаря деятельности микробов, она вся была бы вскоре поглощена живыми существами. Но все живое нуждается не только в углекислоте, айв азоте. Растения усваивают лишь неорганические соединения азота — азотнокислые и аммонийные соли, а животные нуждаются в органических видах азота. Микроорганизмы способны использовать любые азотсодержащие соединения. И самое замечательное то, что они не только потребляют азот, но и превращают его в доступные для усвоения живыми организмами формы.

Около ста лет назад русский ботаник М. С. Воронин обнаружил на корнях люпина «палочковидные тельца в несметных количествах». Лишь много лет спустя удалось установить, что это — микробы. Они обитают в бобовых растениях и поглощают азот из атмосферы. Бобовые растения обогащают почву огромными запасами азотистых веществ. Некоторые растения, например клевер и люцерна, могут накопить на одном гектаре земли многие сотни килограммов азота.

Наш выдающийся микробиолог С. Н. Виноградский сделал важнейшие открытия. Он установил закономерности круговорота азота в почве, выяснил роль в этом микроорганизмов. В конце прошлого века ученый обнаружил микроб, который усваивает газообразный азот в условиях отсутствия кислорода. Был обнаружен также и другой микроорганизм — азотобактер, который закрепляет, фиксирует атмосферный азот в присутствии кислорода. В нашей стране сейчас изготавливают специальное удобрение — «азотобактерин», который содержит бактерии, задерживающие азот. С их помощью можно значительно повысить урожаи овощей и картофеля.

Другая разновидность микроорганизмов продолжает работу, начатую «фиксаторами» азота. Эти микробы превращают органический азот в неорганические соли азотной кислоты, которые необходимы растениям. Третья группа микробов, участвующих в кругообороте азота, разлагает умершие организмы.

Для поддержания жизни все растения и животные должны усваивать азот. В атмосфере Земли этот элемент содержится в огромном количестве. Так, например, подсчитано, что над квадратным километром поверхности Земли находится около 8 миллионов тонн азота. Тем не менее в пищевых продуктах сохраняется лишь небольшая часть того азота, который фиксируется бактериями в почве. Это объясняется тем, что по своей природе азот весьма устойчив, в химические реакции он вступает лишь при определенных условиях. Если бы он не отличался такой стойкостью или вдруг обнаружился бы катализатор, способствующий соединению азота, например, с водой, случилась бы катастрофа. Все реки, моря превратились бы в резервуары разведенной азотной кислоты.

К счастью, человечеству не угрожает такая опасность. Напротив, исследования последних лет позволили обнаружить новые важные данные о круговороте азота в природе. До 1949 года ученые предполагали, что весьма ограниченное число видов микробов может добывать, фиксировать азот. Сейчас с помощью меченых атомов удалось установить, что такая функция не является привилегией «избранных» микробов, а свойственна многим видам микроорганизмов.

Долгое время люди не могли объяснить, почему рисовые поля, на которых снимают обильные урожаи, многие годы подряд не теряют своего плодородия. Индийские ученые предполагают, что находящиеся на полях сине-зеленые водоросли связывают азот и тем самым сохраняют плодородие почвы. Возможно, что, кроме водорослей, такую же полезную роль выполняют и некоторые микробы, в том числе и фотосинтезирующие. Открытие новых мельчайших организмов, способных усваивать атмосферный азот, дает право утверждать, что человек, разумно управляя их ростом и развитием, сможет из года в год повышать плодородие земли.

В средние века алхимики, восхищаясь процессом превращения виноградного сока в вино, приписывали это свойство особой «душе», названной «спиритус вини». И даже в более поздние времена, когда люди уже знали о существовании микробов, природа процессов брожения служила предметом ожесточенных споров между химиками и биологами.

Крупные химики XIX века в один голос утверждали, что дрожжи и бактерии, которые присутствуют в процессах брожения, — не живые организмы, а вещества или, в лучшем случае, просто «мешки, наполненные ферментами». Лишь гениальные работы Луи Пастера положили конец этому спору. Он доказал, что брожение — биологический процесс, вызываемый микроорганизмами. Пастер научил виноделов Франции подбирать правильные условия для брожения вина и бороться с его «болезнями». Простой прием, который предложил Пастер, — прогревание до 50–60 градусов — прекращает процессы брожения и предохраняет продукты от порчи. Этот метод называется «пастеризацией».

Процесс брожения лежит в основе не только виноделия, но и хлебопечения. Размножаясь в тесте, дрожжи вызывают брожение крахмала. В результате такой химической реакции выделяется большое количество углекислого газа, который «поднимает» тесто и делает хлеб пористым.

В дрожжах содержатся ценные питательные вещества — белки, витамины. Поэтому чистые культуры дрожжей используются в качестве лечебных средств при некоторых хронических заболеваниях. Еще более широкое применение находят дрожжи в животноводстве для обогащения, «дрожжевания» кормов.

Причину скисания молока впервые раскрыл также Луи Пастер. Он обнаружил в молоке особый организм, отличающийся от микроскопических «химиков» спиртового брожения. Получить в чистом виде этот микроб удалось значительно позже. Сейчас известно, что естественное скисание молока зависит от особого стрептококка, который расщепляет сахар на две молекулы молочной кислоты.

Существуют и другие микробы, способные свертывать молоко. Наиболее известным представителем этой группы является болгарская палочка. В свое время И. И. Мечников рекомендовал эту культуру для уничтожения гнилостной микрофлоры кишечника. Но оказалось, что она не приживается в организме человека. Близкая к этому микроорганизму ацидофильная палочка может развиваться в кишечнике. Продукт, получаемый при заквашивании ею молока, хорошо известен — это ацидофилин, который рекомендуют врачи при некоторых кишечных заболеваниях.

При образовании кефира происходит не только молочнокислое брожение, но и спиртовое. Этот напиток в течение многих столетий изготавливался на Кавказе путем заквашивания коровьего молока так называемыми «зернами пророка». Теперь установлено, что кефирные зерна состоят из молочнокислых палочек, дрожжевых клеток и некоторых гнилостных бактерий.

Нужно помнить, что при «самосквашивании» в молоко нередко проникают другие микробы, в том числе возбудители болезней. В результате могут возникнуть желудочно-кишечные заболевания. Вот почему лучше пользоваться чистыми культурами молочнокислых палочек, которые продаются в магазинах.

Молочнокислые бактерии позволили значительно усовершенствовать и маслоделие. В процессе производства масла применяют чистые культуры этих микробов. Они способствуют отделению жира от молока, а образующаяся молочная кислота предохраняет масло от порчи.

Приготовление сыров также невозможно без участия микробов. При этом обычно не удается ограничиться какой-либо одной группой, в частности, молочнокислых бактерий. Процессы «созревания» сыра с выделением углекислого газа, от которого зависит образование «глазков», проходят с помощью пропионовокислых бактерий.

Группу мельчайших организмов, выделяющих ароматические вещества, знаменитый русский микробиолог В. Л. Омелячский назвал «душистыми микробами». Ему удалось подобрать такие микроорганизмы, которые в процессе жизнедеятельности вырабатывают вещества, напоминающие по запаху некоторые фрукты, например дыню, ананас. Прибавляя эти вещества к вину, сыру и другим продуктам, можно придать им приятный запах.

Мы перечислили лишь некоторые области применения микроорганизмов в народном хозяйстве. Одна из мощных отраслей промышленности — производство антибиотиков — почти целиком построена на использовании процессов биологического синтеза. Плесневые грибки, лучистые грибки — актиномицеты, некоторые бактерии сейчас выращивают на заводах в огромных сосудах — ферментаторах. В специальных условиях микроскопические организмы образуют ценные целебные вещества. И хотя раскрыта возможность получения некоторых антибиотиков чисто химическим путем, производство их с помощью микроорганизмов значительно экономичнее. Некоторые витамины, например В₁₂, также являются продуктами жизнедеятельности микробов. С помощью микроорганизмов удается получить эффективные кровозамещающие растворы.

Итак, человек окружен миром многочисленных, невидимых простым глазом организмов, одни из которых он научился побеждать, а другие «приручил» и поставил себе на службу.