Настоящие бактерии. Архебактерии. Оксифотобактерии

ВАРИАНТ 1

В каждом задании выберите один верный ответ из четырех предложенных.

А1. Все бактерии, населяющие планету Земля, объединяют в царство

1) Прокариоты

3) Растения

4) Животные

А2. Оформленного ядра не имеют

2) растения

3) бактерии

4) животные

АЗ. Жгутик бактерий представляет собой органоид для

1) передвижения

2) запасания белка

3) размножения

4) перенесения неблагоприятных условий

А4. Споры бактерий служат для

1) питания

2) дыхания

3) размножения

4) перенесения неблагоприятных условий

А5. Организмы, которые питаются готовыми органическими веществами, называют

2) автотрофы

3) анаэробы

4) гетеротрофы

А6. Организмы, которые в процессе дыхания поглощают кислород, называют

1) аэробы

2) анаэробы

3) автотрофы

4) гетеротрофы

А7. Превращают остатки мертвых тел организмов в неорганические вещества бактерии

1) разрушители

2) симбионты

3) клубеньковые

4) болезнетворные

А8* . Способ питания большинства цианобактерий - это

1) фотосинтез

2) брожение

4) гниение

А9*. Метанообразующие бактерии обитают в

1) болотах

2) соленых озерах

3) корнях растений

4) родниковой воде

Б1.

А. Хемосинтез - процесс образования органических веществ за счет энергии неорганических соединений.

Б. Кефир получают, используя бактерии брожения.

1) Верно только А

2) Верно только Б

3) Верны оба суждения

4) Неверны оба суждения

Б2. Выберите три верных утверждения. В состав бактериальной клетки входят

1) Оформленное ядро

2) Хлоропласт

3) Цитоплазма

4) Наружная мембрана

5) Митохондрия

6) Жгутик

Б3. Установите соответствие между особенностью питания и экологической группой бактерий.

ОСОБЕННОСТЬ ПИТАНИЯ

А. Питаются соками живых организмов, нанося им вред

Б. Сами образуют органические вещества за счет энергии солнечного света

В. Осуществляют превращения органических веществ мертвых тел в неорганические соединения

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ГРУППА БАКТЕРИЙ

1) Разрушители

3) Автотрофы

В1.

Организмы, которые сами производят органические вещества, относят к группе … (А), а организмы, поглощающие готовые органические вещества, - это … (Б). Из них растительные организмы, в которых первичным источником энергии служит солнечный свет, называют … (В).

Словарик: 1. Фототрофы, 2. Автотрофы, 3. Гетеротрофы

Ответ: А-2, Б-3, В-1

ВАРИАНТ 2

А1. Самые древние обитатели нашей планеты -

2) Растения

3) Бактерии

4) Животные

А2. Наследственный материал клетки не отделен от цитоплазмы у

2) Растений

3) Бактерий

4) Животных

АЗ. Бактериальную клетку от окружающей среды отделяет

1) цитоплазма

3) ядерная оболочка

4) наружная мембрана

А4. Бактериальные клетки размножаются

1) спорами

2) жгутиками

3) участками цитоплазмы

4) делением клетки

А5. Организмы, которые способны синтезировать органические вещества из неорганических соединений, называют

2) анаэробы 

3) автотрофы

4) гетеротрофы

А6. Организмы, которые существуют в бескислородной среде, называют

2) анаэробы

3) автотрофы

4) гетеротрофы

А7. Бактерии, которые взаимодействуют с другими организмами с обоюдной пользой, называют

1) разрушители

2) симбионты

3) болезнетворные

А8*. Взаимовыгодные отношения цианобактерий с грибами называют

1) симбиоз

3) хищничество

4) конкуренция

А9*. Галобактерии обитают в

1) болотах

2) соленых озерах

3) корнях растений

4) пресных водоемах

Б1. Верны ли следующие утверждения?

А. Фотосинтез - процесс образования органических веществ за счет энергии солнечного света.

Б. Болезнетворные бактерии поражают только тело человека и не встречаются в организме растений и животных. 

1) Верно только А

3) Верно только Б

4) Верны оба суждения

5) Неверны оба суждения

Б2. Выберите три верных утверждения.

Бактерии осуществляют процессы жизнедеятельности

1) деление клетки пополам

2) размножение семенами

3) дыхание

4) образование тканей

5) питание

6) формирование органов

БЗ. Установите соответствие между особенностью питания бактерий и способом питания.

ОСОБЕННОСТЬ ПИТАНИЯ БАКТЕРИЙ

А. Обитают в телах других организмов и приносят им пользу

Б. Поедают другие бактерии

В. Сами образуют органические вещества за счет энергии неорганических соединений

СПОСОБ ПИТАНИЯ

1) Автотрофный

2) Симбиоз

3) Хищничество

Запишите в таблицу соответствующие цифры.

В1. Прочитайте текст. Вставьте в места пропусков цифры, которыми обозначены слова из словарика.

Содержимое бактериальной клетки ограничивает... (А). В прокариотической клетке отсутствует... (Б). Бактерии, которые в процессе дыхания поглощают кислород, называются... (В), а использующие для окисления другие вещества, - это... (Г).

Словарик: 1. Анаэробы. 2. Плазматическая мембрана. 3. Аэробы. 4. Ядерная оболочка.

Ответ: А-2, Б-4, В-3, Г-1

2) популяция

3) животные леса

4) растения заливного луга

А5. Оболочка Земли, заселенная живыми организмами, - это

1) популяция

2) биоценоз

3) биосфера

4) атмосфера

А6. Грибы представляют собой вещество биосферы

3) биокосное

4) органическое

А7. На основе наследственной изменчивости человек создает

1) виды беспозвоночных животных

2) породы домашних животных

3) виды цветковых растений

4) органы позвоночных животных

А8. В природе в процессе борьбы за существование происходит

1) искусственный отбор

2) естественный отбор

3) образование пород домашних животных

4) образование сортов культурных растений

А9. Первую естественную классификацию видов создал

1) К. Линней

2) Ч.Дарвин

3) Аристотель

4) Теофраст

А10. Совокупность сходных по строению особей, занимающих общую территорию, свободно скрещивающихся между со­бой и дающих плодовитое потомство, называют

All. Все растения, населяющие Землю, объединяют в система­тическую группу

1) семейство

4) царство

Б1. Верны ли следующие утверждения?

А. Клетка одноклеточного животного способна осуществ­лять все процессы жизнедеятельности.

Б. Целостный организм животного - это совокупность от­дельных органов.

1) Верно только А

2) Верно только Б

3) Верны оба суждения

4) Неверны оба суждения

Б2. Верны ли следующие утверждения?

А. Борьба за существование является одной из движущих сил эволюции.

Б. Индивидуальная наследственная изменчивость прису­ща всем живым организмам.

1) Верно только А

2) Верно только Б

3) Верны оба суждения

4) Неверны оба суждения

БЗ. Верны ли следующие утверждения?

А. В основу современной систематики организмов положена общность их строения и происхождения. Б. В систематике принято различать четыре царства жи­вой природы.

1) Верно только А

2) Верно только Б

3) Верны оба суждения

4) Неверны оба суждения

Б4. Выберите три верных утверждения. Биосфера как живая оболочка Земли включает

1) живое вещество

2) биокосное вещество

5) косное вещество

6) магму в недрах вулкана

Б5. Установите последовательность уровней организации жи­вой материи, начиная с биосферы.

1) биосфера

2) организм

6) биоценоз

Б6. Установите последовательность систематических катего­рий, начиная с наибольшей.

3) царство

ЧАСТЬ 1. Царство Прокариоты. Настоящие бактерии. Архебактерии. Оксифотобактерии

ВАРИАНТ 1

В каждом задании выберите один верный ответ из четырех пред­ложенных.

А1. Все бактерии, населяющие планету Земля, объединяют в царство

1) Прокариоты

3) Растения

4) Животные

А2. Оформленного ядра не имеют

2) растения

3) бактерии

4) животные

A3. Жгутик бактерий представляет собой органоид для

1) передвижения

2) запасания белка

3) размножения

4) перенесения неблагоприятных условий

А4. Споры бактерий служат для

1) питания

2) дыхания

3) размножения

4)перенесения неблагоприятных условий

А5. Организмы, которые питаются готовыми органическими веществами, называют

1) аэробы 3) автотрофы

2) анаэробы 4) гетеротрофы

А6. Организмы, которые в процессе дыхания поглощают ки­слород, называют

1) аэробы 3) автотрофы

2) анаэробы 4) гетеротрофы

А7. Превращают остатки мертвых тел организмов в неоргани­ческие вещества бактерии

1) разрушители 3) клубеньковые

2) симбионты 4) болезнетворные

А8*. Способ питания большинства цианобактерий - это

1) фотосинтез

2) брожение

4) гниение

А9*. Метанообразующие бактерии обитают в

1) болотах

2) соленых озерах

3) корнях растений

4) родниковой воде

Б1. Верны ли следующие утверждения?

А. Хемосинтез - процесс образования органических ве­ществ за счет энергии неорганических соединений.

Б. Кефир получают, используя бактерии брожения.

1) Верно только А

2) Верно только Б

3) Верны оба суждения

4) Неверны оба суждения

Б2. Выберите три верных утверждения. В состав бактериаль­ной клетки входят

1) оформленное ядро

2) хлоропласт

3) цитоплазма

4) наружная мембрана

5) митохондрия

БЗ. Установите соответствие между особенностью питания и экологической группой бактерий.

ОСОБЕННОСТЬ ПИТАНИЯ

1) Питаются соками живых орга­низмов, нанося им вред

Б. Сами образуют органические вещества за счет энергии сол­нечного света

2) Осуществляют превращения ор­ганических веществ мертвых тел в неорганические соединения

Запишите в таблицу соответствующие цифры.

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ГРУППА БАКТЕРИЙ

1) Разрушители

3) Автотрофы

А	Б	В

В1. Прочитайте текст. Вставьте в места пропусков цифры, ко­торыми обозначены слова из словарика.

Организмы, которые сами производят органические вещест­ва, относят к группе...

Новые фигуры микробиома

После расшифровки генома человека ученые хотят расшифровать гены всех микроорганизмов, населяющих наше тело. Как оказалось, бактерии, обитающие, например, в кишечнике, приносят гораздо больше пользы, чем считалось прежде. Но даже из множества кишечных бактерий ученые детально знают пока лишь отдельные виды.

Древний философ оставил умозрительное описание человека, назвав его «двуногим существом, лишенным перьев». Современный ученый (выберем на эту роль какого-нибудь космического путешественника, вроде Люка Скайуотера, который о людях планеты Земля до встречи с ними ничего не знал), вооружившись микроскопом и другими всевидящими приборами, легко убедился бы, что, вообще говоря, «человека»-то, как отдельной формы жизни, на Земле и нет. На самом деле, это - собирательное название сложной экосистемы. Или, если это вам милее, симбиотического организма, который состоит из одной двуногой особи Homo sapiens , не одной сотни триллионов бактерий, многочисленных вирусов, какого-то количества грибов, а еще клещей, червей, архей и амеб.

Можно сказать, что человек - это живое тело, напичканное множеством микроскопических животных. Они прекрасно себя чувствуют, расселившись в этой питательной среде «о двух ногах». Их колонии здесь процветают. При этом они оказывают огромное влияние на любые жизненные процессы, протекающие в том теле, где поселились. И процессы эти так сложны, так тесно связаны друг с другом, что отделить видимую нами оболочку - двуногого сапиенса без перьев - от содержимого (архей и червей, густо пересыпанных бактериями) нельзя .

Человек - это смешанное существо, «суперорганизм», категорично заявлял американский генетик, нобелевский лауреат Джошуа Ледерберг.

Экзопланеты для одного-единственного

На каждую клетку человеческого организма приходится свыше десятка бактерий. Если бы эти микробы были размером с нас самих, то, чтобы расселить их на планетах земного типа, понадобилось бы 15 тысяч экзопланет, ведь нас на Земле - даже не семь триллионов, а всего лишь 7 миллиардов. И такое множество планет в этой фантазии потребовалось бы лишь для того, чтобы комфортно устроить бактерии, жившие прежде в теле одного-единственного человека.

В нашем организме они расселились всюду, где какой-либо орган тела или ткань контактирует с внешней средой: на коже, в полостях носа и рта, в пищеварительном тракте. Это громадное сообщество микробов нами мало изучено. По оценке ученых, 80% видов бактерий, населяющих тело человека, до сих пор даже не выявлено. Суперорганизм под названием «человек» настолько сложен, что напоминает огромную обитаемую планету, которую нам только предстоит описать.

«Пока мы не знаем, что за бактерии населяют нас, к каким видам они принадлежат, какие гены содержат и как эти гены влияют на наше здоровье», - констатировал Душко Эрлих, один из руководителей французского Национального института агрономических исследований.

На ближайшие годы ученые поставили перед собой честолюбивую цель. Они хотят расшифровать геномы всех микро-организмов, обитающих в организме человека. Этот совокупный геном «жителей планеты по имени Человек» уже получил название «микробиом».

Участники европейско-китайского проекта MetaHIT (его координатор - Эрлих)проводят перепись на самой обширной территории, которую занимают микробы, расселившиеся внутри нас. Эта территория - наш кишечник. Если бы можно было развернуть его, расстелить как скатерть, то общая площадь этой «квартиры микробов» составила бы от 300 до 400 квадратных метров - в десятки раз больше, чем полагается по закону такому непритязательному существу, как человек.

В 2010 году журнал Nature сообщил, что, обследовав более сотни добровольцев, участники проекта выявили у них в кишечнике 3,3 миллиона генов различных микроорганизмов - это примерно в 150 раз больше, чем генов у самого человека. По приблизительным подсчетам, это количество генов соответствует примерно 1000 видов бактерий. Микрофлора кишечника у людей заметно разнится. Животный мир различных «планет человеческой группы» очень разнообразен.

Кудесники каменного века

Два десятилетия назад, когда велась расшифровка человеческого генома, ученые втайне надеялись, что эта работа объяснит природу многих наших заболеваний. Тогда надежды не оправдались. Зато стало ясно, что изучать надо не один лишь организм человека, но всю экосистему под названием «человек». Мы никогда не найдем объяснения многим болезням, пока не выйдем за рамки традиционных научных дисциплин и не примемся изучать, как взаимодействуют микробы и организм человека, населенный ими.

В большинстве своем эти микробы ведут себя очень мирно, даже приносят пользу: например, перерабатывают такие балластные вещества, как пектин и целлюлозу, которые содержатся в овощах и фруктах. Для людей каменного века симбиоз с подобными бактериями был очень выгоден, поскольку они превращали несъедобные для них вещества в то, что мог усвоить человеческий организм. В те времена, когда люди постоянно рыскали в поисках пищи, такая неожиданная прибавка к их рациону была очень выгодна. При том же количестве съеденного они ощущали в себе больше сил, чем конкуренты, которым значительная часть пищи не шла впрок. В наши же дни эта дополнительная подпитка организма, совершаемая бактериями, отражается на нашей талии - «съедает» ее.

У толстых людей микрофлора кишечника совсем иная, чем у людей тонких. Это показали работы американских микробиологов (руководитель - Джеффри Гордон). Очевидно, микробы, населяющие кишечную систему толстяков, более искусны в извлечении питательных веществ из тех остатков пищи, которые не способен усвоить человек.

В опытах с животными группа Гордона пересаживала микробы из кишечника толстых мышей в очищенный от микробов кишечник тонких мышей. Вскоре те начинали быстро прибавлять в весе. Особенно разрасталась жировая прослойка. Даже у мышей, чей вес был в норме, жира было на 40% больше, чем у сородичей из контрольной группы, у которых кишечник был абсолютно стерилен.

В другом исследовании группа Гордона убедилась, что от рациона людей зависит состав их микрофлоры кишечника. Наблюдение велось за людьми с избыточным весом. По мере того, как они сбрасывали вес, садясь на диету и питаясь продуктами, не содержавшими жиров или углеводов, микрофлора их кишечника все более напоминала микрофлору худощавых людей.

Итальянские исследователи наблюдали за африканскими и итальянскими детьми. В грудном возрасте микрофлора кишечника у них была почти одинакова. Но затем разница стала очевидна. У итальянских детей было гораздо больше тех кишечных бактерий, которые, как полагают ученые, способствуют развитию ожирения у взрослых. Питались же они всё чаще мясной пищей, пищей, богатой жирами и сахаром. Зато дети, жившие в глухой деревне в Буркина-Фасо, ели то, что попроще. Их еда - овощи, бобовые и зерновые культуры - изобиловала балластными веществами.

Впрочем, причинно-следственная связь до конца не ясна. Сотрудник Гордона, Фредрик Бекхед, отмечал: «Микрофлора кишечника играет роль, когда мы прибавляем в весе. Но пока не ясно, меняется ли микрофлора до того, как человек начал прибавлять в весе, или уже после того».

В любом случае, за миллионы лет кишечные бактерии и животные, в организме которых они обитают, прекрасно приспособились друг к другу. Между ними установилось своего рода перемирие. Они щадят друг друга, потому что их симбиоз выгоден для обеих сторон.

Мы не знали о них: бактерии…

Обычно говорят, что в нашем кишечнике обитает 100 триллионов бактерий. Но называют и другие цифры: до 1000 триллионов!

Бактерии расщепляют питательные вещества, помогая нам усваивать пищу. Они оберегают наше здоровье, уничтожая или изгоняя чужаков - возбудителей различных заболеваний, проникших в пищеварительный тракт. Возможно, они влияют на наше душевное состояние.

Многие из этих бактерий нам не известны. Мы даже не догадываемся, что за квартиранты поселились у нас в животе. Как описать это громадное, невидимое для нас сообщество, эти микроорганизмы мал мала меньше? Все чаще ученые прибегают для этого к средствам генетики: выискивают в пробах, взятых из организма человека, фрагменты чужеродных ДНК. Затем по имеющимся каталогам определяют, каким бактериям принадлежат эти специфические гены. Если же соответствия не удается найти, значит, гены принадлежат неизвестным прежде микробам.

Так, в 2014 году Хенрик Бьёрн Нильсен и его коллеги из Датского технического университета выявили в кишечнике человека около 500 неизвестных прежде видов бактерий. Ранее весь перечень поселившихся в нашем теле бактерий ограничивался двумя-тремя сотнями видов! Всего же, как полагают ученые, там обитает до 1000 видов бактерий. Так что, хотя бы этот список постепенно близится к завершению.

Вряд ли стоит удивляться тому, что улов ученых был так велик. В пробах, взятых ими, они искали, повторимся, не сами бактерии, а фрагменты их ДНК, и уже по ним восстанавливали, какому микроорганизму может принадлежать найденная часть. Традиционно же ученые выделяли отдельные обнаруженные ими бактерии, а затем анализировали их в лаборатории.

Мы не знали о них: грибы…

На каждом квадратном сантиметре нашей кожи расселилось пестрое сообщество, которое состоит из самых разных микроорганизмов. Но если бактерии, обитающие здесь, довольно хорошо известны, то микроскопические грибы мало изучены.

Поиск этих грибков, поселившихся на коже человека, мало чем напоминает «тихую охоту» в осеннем лесу. Даже с помощью очень мощной оптики трудно определить видовую принадлежность грибков, спрятавшихся среди складок кожи. В отличие от бактерий, их еще и сложно культивировать в лабораторных условиях, чтобы понять потом, к какому виду они принадлежат. Поэтому американские ученые из Национального института исследования человеческого генома воспользовались для этого средствами генетики. «Секвенирование ДНК выявляет огромное разнообразие этих грибов и показывает нам, где именно в кожной микрофлоре человека преобладают не бактерии, а грибы», - отмечает участница исследования Джулия Сегре.

Как показал анализ, нашу кожу населяют грибы, относящиеся примерно к 80 различным родам. Распределены они очень неравномерно. На голове и поверхности тела человека встречается всего десяток видов грибов, главным образом, представляющих род Malassezia . Подобные грибки обитают на нашем теле всюду, куда бы ни заглядывали ученые: за ушами, на затылке или на пальцах ног.

Вообще же, различные виды грибков предпочитают разные части тела человека. Бактерии не так тесно привязаны к конкретной части тела. Они зависят больше от внешних условий: от влажности, от температуры или водородного показателя pH. В подходящей обстановке их колонии начинают бурно размножаться, где бы они ни завелись. «Это однозначно свидетельствует, что наша кожа - это сложная экосистема, которая предлагает микробам и грибам самые разные условия обитания», - резюмируют исследователи.

На ладонях и руках грибы немногочисленны, там преобладают бактерии. Зато грибы расселяются у нас на ступнях ног. Самые разные их виды можно встретить на пятках, пальцах ног и между пальцами. На пятках, например, выявлено около 80 видов грибков. При этом у здоровых людей иной состав грибков, нежели у людей, страдающих от грибковых заболеваний.

Основываясь на этих результатах, - а фактически впервые ученые подробно описали сообщества грибов, населяющих кожу здорового человека, - можно выяснить, что изменится, если кожа будет инфицирована возбудителем какого-либо заболевания.

Мы не знали о них: вирусы…

Однако мир организмов, населяющих нашу кожу, еще сложнее, чем мы могли себе представить. Там обитает не только множество бактерий и грибов, там живут и бесчисленные вирусы. В ноябре прошлого года журнал mBio сообщил, что 90% этих вирусов нам неизвестны. Мы узнали об их присутствии лишь по фрагментам их ДНК. В большинстве случаев эти вирусы интересуются не нами, мы - лишь сцена, на которой они неустанно преследуют бактерий. Это - бактериофаги. Они истребляют бактерии или, проникнув внутрь них, меняют их ДНК, а значит, и характерные их свойства.

Несомненно, микробиом оказывает заметное влияние на наше здоровье и даже на наше настроение, привычки. Но если бактерии и грибы, расселившиеся здесь, нами в последние годы изучены и описаны, то большая часть вирусов, живущих на поверхности тела, нам практически неизвестна. Как иронично замечают исследователи, это - «темная материя» нашего организма. И пусть, побуждаемые своей «темной энергией», эти вирусы преследуют и инфицируют лишь живущих в нашем организме бактерий, на нашем здоровье это тоже может сказываться.

«Прежде вирусы, населяющие нашу кожу, почти не исследовались - в том числе потому, что это сложно с технической точки зрения, - отмечает Элизабет Грейс из Пенсильванского университета. - Например, на любом мазке, взятом с кожи, содержатся, главным образом, фрагменты нашего ДНК и ДНК бактерий. Что же касается генетического материала вирусов, то он присутствует здесь в крохотных количествах - это и есть пресловутая иголка в стоге сена».

Во время исследования, проведенного Грейс и ее коллегами, выяснилось, что лишь менее 10% генетического материала вирусов, найденного учеными, принадлежит уже известным вирусам. Весь остальной материал - вирусам, которые не встречаются ни в одном генетическом банке данных.

Как известно, различные части нашего тела - ладони, подмышки, лоб - населены разными популяциями бактерий. Но оказалось, что и вирусы, обитающие здесь, тоже заметно разнятся. Впрочем, это было не трудно предположить потому, что речь все-таки идет о вирусах-бактериофагах.

На первый взгляд, эти вирусы безобидны для нас. Однако не все так просто. Косвенным образом и они могут влиять на наше здоровье. Ведь по их вине меняется численность той или иной популяции бактерий, населяющих кожу; иным становится и поведение этих микробов. Так, вирус может внедрять в генетический материал бактерии гены, которые сделают ее, например, устойчивой к действию антибиотиков или заставят мутировать, превратив в агрессивный патоген.

А если бактериофаги уничтожают очень полезных нам микробов? Чем пристальнее мы наблюдаем за планетой по имени Человек, тем отчетливее видим, какие страсти ее сотрясают, какая межвидовая борьба разыгрывается здесь, как страдают от нее популяции тех или иных нужных нам микробов. Зная об этом, врачи могли бы помогать ослабленной популяции бактерий, чтобы укрепить здоровье пациента. Солевой раствор, который содержит полезные микробы, можно было бы вводить прямо в пищеварительный тракт с помощью специального зонда.

Нам нужно знать вирусную «темную материю», чтобы быть готовыми к любым неожиданностям. Ведь популяция вирусов - ее численность, ее агрессивность - может неожиданно измениться. «Темную материю» надо непременно изучать, где бы она ни находилась - в далеком Космосе или на планете по имени Человек.

К слову, в 2014 году в организме человека был выявлен неизвестный прежде вирус, получивший название crAssphage . Им инфицированы некоторые кишечные бактерии из группы бактероидов. Еще ранее была замечена связь этих микроорганизмов с избыточным весом и заболеванием диабетом. Какую роль во всем этом могут играть вирусы, нападающие на эти бактерии, пока непонятно.

Но, если вернуться к открытию, которое сделали Бас Дутилх из университетской клиники Неймегена (Ни-дер-ланды) и Роберт Эдвардс из университета американского города Сан-Дие-го, то дальнейшие исследования показали, что, по-видимому, половина всего населения планеты является носителем вирус аcrAssphage . Это открытие, констатировал журнал Nature Communications, лишний раз свидетельствует, как плохо мы знаем микробиом человека - сообщество микроорганизмов, которые населяют наше тело. Даже самые распространенные обитатели пищеварительного тракта пока не изучены нами.

А ведь подобные открытия еще и прокладывают путь к персональной медицине. В нашем случае - к лечению бактериофагами людей, которые инфицированы теми или иными опасными бактериями. Эта терапия может стать альтернативой лечению антибиотиками. Ведь все чаще бывает так, что антибиотики не наносят никакого вреда бактериям - те устойчивы к действию лекарств. Другое дело - бактериофаги. Это - не мертвая химия, а живые хищники. Обнаружив вредную бактерию, такой хищник с помощью определенных ферментов проникает внутрь нее, чтобы там размножаться.

При помощи бактериофагов можно лечить кишечные инфекции, бороться с избыточным весом и, может быть, даже диабетом. В принципе, в нашем распоряжении может появиться целая группа очень активных, специализированных бактериофагов, которые будут защищать нас от разных бактерий.

Мы не знали о них: археи…

Нашу кожу, как выяснилось недавно, населяют даже такие необычные организмы, как археи (устаревшее название: архебактерии). По своим физиологическим особенностям и биохимическим свойствам эти микроорганизмы резко отличаются от истинных бактерий. Впрочем, поначалу на них обратили внимание потому, что они населяли самые непригодные для жизни области планеты: например, встречались в горячих источниках или в море, на большой глубине, где царят громадные давления. Некоторые виды архей могут выжить в кипящей воде или в кислоте, разъедающей все живое. В выборе пищи они очень разнообразны, но и здесь вызывают удивление: некоторые готовы питаться даже сероводородом, очень ядовитым для других живых существ.

Археи привлекли к себе внимание лишь сорок лет назад, в конце 1970-х годов, когда стало понятно, что они совсем не похожи на знакомых нам микробов. В настоящее время они объединены в отдельный домен живых организмов - так же, как прокариоты (сюда отнесены все бактерии) и эукариоты (домен - это самый верхний ранг классификации организмов, включающий одно или несколько царств. - Прим. ред. ).

Со временем стало понятно, что археи вовсе не состоят только из любителей чего-то экстремального, необычного. Многие из них спокойно расселяются там же, где живут и истинные бактерии. Их обнаруживают в больничных помещениях, которые они облюбовали, наряду с другими микробами - возбудителями «госпитальных инфекций». Встречаются они и в пищеварительном тракте человека, не уступая этот биотоп, богатый питательными веществами, одним лишь кишечным бактериям. Ученые из Регенсбургского университета обнаружили архей даже там, где их никак не должно быть - в тех стерильных помещениях, где изготавливают межпланетные зонды и космические корабли. Может быть, эти странные микроорганизмы и были бы готовы расселиться в других районах Солнечной системы, если бы не строгие требования космической безопасности?

Те же исследователи из Регенсбургского университета сообщили со страниц журнала PLoS ONE, что, изучив пробы, взятые на поверхности человеческого тела, они обнаружили необычайно много архей. В некоторых случаях те составляли примерно десятую часть всех микроорганизмов, найденных на коже человека. Подобные микроорганизмы можно встретить во многих экосистемах в почве и воде. Они играют важную роль в круговороте азота на нашей планете.

Активно они участвуют и в окислении аммония (аммоний - это устойчивая группа атомов NH4, входящая в состав многих химических соединений. - Прим. ред. ). Наша кожа постоянно выделяет аммоний, а потому археи помогают регулировать ее водородный показатель. Пока, впрочем, не ясно, как они влияют на здоровье человека. Полезно ли, что их встречается так много на нашей коже, или это нам вредит? Как численность архей меняется с возрастом? Разрастаются ли их колонии или редеют? На эти вопросы еще предстоит ответить ученым.

…Наш микробиом все продолжает пополняться. Видовое разнообразие микроорганизмов, населяющих наше тело, столь же велико, как, наверное, фауна целой планеты.

© Fotolia, Alexander Raths

Земля – планета не людей, а бактерий

Если вдруг случится какой-то катаклизм и все человечество исчезнет, ​​то природа этого даже не заметит, считает микробиолог Константин Северинов

Послушать и увидеть микробиолога Константина Северинова пришли как маститые преподаватели-ученые, обремененные должностями в ректоратах, так и студенты харьковских университетов. Для первых он -революционер от науки, которая стремится рационализировать существующую систему прозябания исследовательских учреждений. Для других - реальный пример человека, который смог вырваться в свободный мир с его серьезным научным бюджетом. Для тех и других - непонятный чудак, который, несмотря на должность профессора американского университета Ратгерс с пожизненной зарплатой в 150 тысяч долларов в год, взял да и вернулся в Подмосковье, чтобы принять участие в работе нового российского научного центра Skolkovo. На родине он тоже возглавляет лабораторию молекулярной генетики, но, кроме этого, ведет в РФ активную пропаганду более прогрессивного обустройства российской науки. Пересадить «заокеанские штучки» на российскую почву, как выяснилось, очень непросто, но энтузиаст пока не теряет надежды.

«Накачивать деньгами неэффективную систему организации науки нельзя»

Константин, несколько лет назад вы удивили всех в российских научных кругах, когда неожиданно вернулись из США, чтобы участвовать в тогда еще совсем «сыром» проекте Skolkovo. Вы еще верите в то, что на территории бывшего Союза возможен научный прорыв в отдельно взятом инновационном городке? Преодолеть сопротивление консервативного сообщества ведущих НИИ, которые являются сторонниками централизованной уравниловки в распределении бюджетных средств очевидно не так уж и легко?
- Да, непросто. Но, вопреки всему, новый университет Skol Tech на территории упомянутого вами городка уже строится. До 2020 года в рамках этого проекта будут работать около 200 ведущих исследователей-профессоров со всего мира. Сейчас ведется отбор. Мы также подготовили проект программы «1000 лабораторий». Ее давно ждут ученые, она обещает революцию в российской науке. Суть в том, чтобы деньги не распылялись по схеме, которую очень любит наше академическое руководство: всем сестрам - по серьгам. То есть - по конкурсу будут отбираться и получать весомые гранты именно наиболее перспективные коллективы. Независимые лаборатории смогут создать молодые талантливые ученые, а это значит, что они не уйдут за границу.

Именно по такой схеме работает наука во многих ведущих странах мира. Но руководство РАН действительно категорически против такого подхода. Они говорят, что деньги должны идти к институтам, а его директоры сами будут решать, каким образом их распределить. Такая феодальная схема имеет право на жизнь, но тогда директорами институтов должны быть признанные во всем мире научные лидеры. Сегодня же достаточно посмотреть на объективные рейтинги руководителей отечественных НИИ, чтобы стало понятно, кто есть кто на самом деле.

Накачивать деньгами неэффективную систему организации науки дальше нельзя. Средства должны идти на поддержку тех, кто действительно делает науку мирового уровня.

«Вопросы больших чисел»

Западный мир славится своим жестким рационализмом. Откуда тогда эта потребность тратиться на дорогостоящие исследования в области фундаментальной науки, которые не всегда приносят практические результаты? То есть, лаборатория может сколько угодно называть свою работу перспективной, но в любом случае не может гарантировать стопроцентный результат. В чем интерес инвесторов?
- Действительно, если ученый говорит потенциальному заказчику, что в течение трех лет создаст лекарство от рака, то он просто мошенник. Фундаментальная наука, в отличие от прикладной, занимается освоением границ неизведанного. Мы приоткрывам завесу неизвестного и при этом совершенно не знаем, что за ней увидим. Там начинают действовать законы, подобные тем, что работают на биржевом рынке. Суть их в том, что поведение акций можно угадать раз или два, но все время угадывать невозможно. Он, биржевой рынок, непредсказуем априори. Вы можете пообещать копеечный результат, но не можете вычислить, куда именно выведет выбранная дорога. И что же делать? Разве можно позволить этим ученым заниматься тем, чем они там занимаются, получая от этого свое удовольствие? Но и не иметь этого тоже нельзя.

Наиболее приемлемый выход из ситуации нашли в США. Там очень много самых разнообразных лабораторий, все они чем-то занимаются, и никто не знает, к чему это приведет. Но если вероятность коммерческого достижения в них равна хотя бы одной тысячной, они имеют право на поддержку. Для того же, чтобы достичь чего-то большего, нужно иметь не менее тысячи проектов, а то и 10 тысяч. Вот в моей отрасли в США работает 25 тысяч лабораторий, поэтому в год гарантированно происходит большое открытие. В России же на том же уровне работает всего 150 лабораторий, а в Украине, наверное, с десяток - не больше. Вероятность прорыва в таких условиях фактически нулевая, потому что просто недостаточно людей. То есть, наши ученые не глупее. Их просто мало. На самом деле это вопрос больших чисел и, соответственно, больших денег. Так, рынок ценных бумаг непредсказуем, но если вы вкладываете в него средства, то вы будете в большем выигрыше, чем тот, кто держит их под матрасом. Точно так же все происходит и в фундаментальной науке.

«Люди - маленькая надстройка на нашей планете»

Константин, вы называете потенциальные открытия областью неизведанного, но, несмотря на это, наверное, можно сделать хоть какие-то прогнозы относительно будущих сенсаций. Что нового ожидается в микробиологии?
- В современной биологии назревает революция. Она скоро полностью изменит наши представления о разнообразии жизни на планете. Каких-то 100 лет назад на эволюционном древе жизни высший пьедестал занимал венец творения - человек. Далее шли животные, растения, рыбы, птицы и так далее. Но генетические исследования полностью изменили эту картину. Оказалось, что на Земле существует три огромных «континента» форм жизни: бактерии, архибактерии и эукариоты. К последним относится человек. Причем, большая часть форм жизни невидима невооруженным глазом. А все то, что мы видим, что красовалось на ветвях упомянутого дерева в школьных учебниках, - лишь крошечная толика, буквально тысячная процента от реального разнообразия, от невидимой «темной материи». Если вдруг случится какой-то страшный катаклизм, и все человечество исчезнет, ​​то природа этого даже не заметит, ведь вся «темная материя» на Земле останется. Надо понимать, что эта планета - планета не людей, а бактерий. Мы всего лишь - небольшая надстройка.

Отсюда, собственно, и природа будущих открытий. Например, до недавнего времени считали, что все антибиотики (их создают бактерии и некоторые грибы) микробиологи уже открыли. Но теперь понятно, что количество неизвестных бактерий несравненно больше, а потому открываются неограниченные возможности для поиска новых лекарств.

А существует ли угроза, что вся эта невидимая материя возьмет и сама устроит человечеству какой-то катаклизм в рамках борьбы видов?
- В процессе эволюции установлен некий контроль, и все идет нормально. На каждую клетку человеческого тела приходится не менее 10, а то и сотни бактериальных клеток. Без них человек просто не может существовать. Другое дело, когда с самим человеком что-то не то, тогда обычная бактериальная микрофлора может стать причиной его смерти. Все мы, скажем, обсеяны золотистым стафилококком. Он просто живет на нас. Но наша кожа выделяет естественные секреты, которые контролируют количество бактерий. И таких защитных механизмов достаточно много. Главное, чтобы сам человек их не разрушал нездоровым образом жизни.

Я вам больше скажу: если бы существовали зоопарки для бактерий, то они были бы бесконечными. Они, как и положено живым существам, постоянно друг с другом конкурируют. Но борьба между ними идет не на уровне лисицы, которая съела кролика, или кролика, который от нее сбежал, а на уровне обмена химическими сигналами. Какая-то бактерия производит определенное вещество, к которому сама устойчива, а та, что рядом и принадлежит к другому виду, - погибает. Одновременно на каждый яд производится противоядие, и тогда начинается бесконечная «гонка вооружений». В результате, возникают очень сложные взаимодействующие системы, которые выполняют очень простые действия. Все это похоже на машину Руба Голдберга - невероятно громоздкую конструкцию, которая оперирует элементарными функциями вроде подачи салфеток или завязывания шнурков. Живые организмы устроены по тому же принципу: они не столько совершенные, сколько похожие на агрегат Голдберга. На молекулярном уровне жизнь удивительно сложна, и эта сложность часто не имеет никакого смысла.

«Я вернулся частично»

- Вы вернулись в Россию навсегда или стараетесь жить и работать в обеих странах?
- Ну скажем так: я частично вернулся, потому что и сейчас являюсь профессором американского университета и имею гражданство США. В то же время у меня в России родилась дочь. Сейчас ей уже восемь лет. Двое старших детей давно живут в Америке.

- Когда младшая подрастет, вы ее отправите на обучение за океан?
- Не знаю. Глядя на своих старших, я не уверен, что американская система образования лучше советской. Возможно, я становлюсь ретроградом, но я очень доволен тем, что дочь живет и учится в Москве. Это был мой сознательный выбор. Хотя, по большому счету, я не знаю, что будет потом. Как правило, я точно не знаю, где буду даже через месяц. Картина все время меняется. Это как движение по оживленной дороге. Вот, например, сегодня позвонили из лаборатории, потому что получили какой-то результат, после чего все мои планы могут измениться. Для меня очень важен процесс. Мне важно, чтобы было интересно.

Перевод: Антон Ефремов.

Опубликовано 26/03/2013 13:26