Скачать (19,6 Кб)

Газообразные антибиотики

Доктор биологических наук Б. Г. Ковров, кандидат биологических наук Л. С. Тирранен,
Институт физики им. Л. В. Киренского СО АН СССР. Из газеты "За науку в Сибири" (1979, № 44)
Химия и Жизнь №6, 1980 г., с. 58-59

Человечество открыло антибиотики почти полстолетия назад, но природа изобрела их очень давно - по-видимому, еще тогда, когда жизнь на Земле была представлена только простейшими одноклеточными организмами - прокариотами. Экологическая роль антибиотиков вполне понятна - это оружие конкурентной борьбы в мире микробов (и лишь гораздо реже их используют высшие организмы, например растения, для борьбы с вредными для них микробами).

Действие антибиотиков распространяется преимущественно через водную среду, в которой обитают микроорганизмы. Микроб-продуцент выделяет антибиотик в воду, где он распространяется либо током воды, либо (и главным образом) диффузией и, достигая клеток вида-конкурента, подавляет их рост. В результате вид, продуцирующий антибиотик, одерживает в ходе конкуренции победу.

Казалось бы, картина очень проста и убедительна. Но с точки зрения биофизики в ней есть слабое звено - это диффузия. Скорость диффузии мала, во всяком случае меньше, чем скорость активного передвижения самих микробных клеток. Таким образом, антибиотик представляет собой оружие ближнего боя, действующее лишь на территории, уже заселенной продуцентом, и может служить только для обороны от вторжения конкурентов. Орудием же нападения на конкурента обычные антибиотики из-за малой скорости своего распространения в среде служить, по-видимому, не могут.

Но не нашла ли природа способа сделать антибиотики "дальнобойными"? Ведь физически такой способ возможен - это диффузия в газе, скорость которой в тысячи раз больше, чем в жидкости.

Огромное множество микроорганизмов живет в почве - в тонких слоях почвенных растворов, в порах, в поверхностных пленках, где диффузия в жидкости происходит в двух или даже в одном измерении. В то же время в почве есть полости, заполненные воздухом, и если антибиотик - летучее газообразное соединение, он будет распространяться в таких полостях с огромной скоростью - как с помощью диффузии, так и благодаря переносу с газовыми (например, конвективными) потоками. В этом случае антибиотик может оказаться для микроба и орудием нападения, что, несомненно, сулит такому микробу определенные преимущества в конкурентной борьбе.

Мы попытались экспериментально проверить гипотезу о газообразных антибиотиках, и первые же эксперименты уверенно показали, что многие микроорганизмы - бактерии и грибы - действительно продуцируют летучие биологически активные вещества, распространяющиеся через воздух и способные ингибировать рост микроорганизмов как близких, так и далеких в систематическом отношении.

Наши эксперименты были методически очень просты. На дно чашки Петри, покрытое питательной средой, мы высевали исследуемую культуру микроорганизмов. Через несколько дней инкубации в термостате чашку закрывали крышкой, на нижнюю поверхность которой на такую же среду были высеяны сразу несколько десятков культур различных микроорганизмов (см. рис.). Несколько дней спустя по разнице в размерах контрольных и опытных колоний этих культур можно было судить о том, как на них действует испытуемый микроорганизм. Такие эксперименты были проведены со 100 микроорганизмами, и оказалось, что все они выделяют биологически активные вещества, распространяющиеся через воздух. Всего таких веществ было обнаружено не меньше 134. При этом выяснилось, что у разных микроорганизмов спектр действия выделяемых ими веществ различен. Многие такие вещества оказывают бактерицидное действие. Но эксперименты показали, что некоторые из них, наоборот, стимулируют рост культур других микробов (хотя это наблюдалось в 7 раз реже, чем ингибирование). С точки зрения экологии такое свойство, казалось бы, невыгодно для микроба-продуцента. Однако этот факт можно объяснить тем, что при длительном воздействии того или иного ингибитора микроорганизмы, на которых он действует, могут не только потерять к нему чувствительность (хорошо известно, что это часто случается с обычными антибиотиками), но и приобрести способность использовать такой ингибитор в своих процессах жизнедеятельности.

Схема эксперимента:
1 - питательный агар с испытуемой культурой, 2 - агар с тест-культурами

По-видимому, действие газообразных антибиотиков, выделяемых микроорганизмами, распространяется не только на другие микроорганизмы, но и на высшие организмы. Например, в наших экспериментах было обнаружено, что развитие проростков пшеницы угнетается, если в замкнутый объем, где они находятся, поставить открытые чашки Петри с бактериями, выделенными из той же питательной среды, на которой выращивалась пшеница.

Уже первое проникновение в мир газообразных биологически активных веществ, выделяемых микробами, показало их огромное разнообразие и несомненную роль в экологии микроорганизмов, а может быть, и не только микроорганизмов. О практическом использовании газообразных антибиотиков говорить пока еще нет оснований, - но тем меньше оснований отрицать такую возможность в будущем...