Популярно о микробиологии

Шахматы, как известно, изобрели в Индии, и многие, вероятно, слышали легенду о том, какую награду попросил изобретатель у индийского царя. Сначала его просьба показалась властителю более чем скромной. И действительно, в награду за изобретение столь увлекательной игры он попросил не золото, не драгоценные камни, а всего лишь пшеничные зерна. Но когда подсчитали их количество, которое нужно было отдать изобретателю (а он попросил, чтобы на первую клетку шахматной доски положили два зернышка, а на каждую следующую — в два раза больше, чем лежит на предыдущей, и т. д.), получилась фантастическая цифра — 2⁶⁴, или 18 446 744 073 709 551 616 зерен, что составляет примерно 600 млрд тонн. О том, как завершился разговор изобретателя с царем, легенда умалчивает. Можно только гадать, казнил ли он незадачливого изобретателя, узнав о поистине астрономической величине награды, либо только прогнал его, оставив без вознаграждения: владыки не любят расписываться в собственной несостоятельности. И в самом деле, было отчего разгневаться: 600 млрд тонн!!! Ведь даже в наше время, если бы благодарное человечество решило удовлетворить просьбу изобретателя шахмат, то оно должно было бы отдать ему более 300 годовых урожаев нашей планеты.

Но при чем тут микробы? А вот причем. Способность микроорганизмов к размножению феноменальна. Каждые 20 минут их количество удваивается, т. е. за 20 часов оно увеличивается в 2⁶⁰ раза. Получается то же фантастическое число, что и количество зерен, которое запросил изобретатель шахмат. Так что, будь индийский царь немного знаком с основами микробиологии, он бы мог вполне корректно отблагодарить изобретателя шахмат, не бросив и тени на свою репутацию владыки. Нужно было лишь дать ему несколько микробов и пропись среды, на которой они могут развиваться, и эти микроорганизмы обеспечили бы изобретателя затребованной наградой в довольно короткий срок. Правда, пришлось бы создать условия для беспрепятственного роста микроорганизмов, но не царское дело — вникать в такие детали: это задача для микробиолога.

Учитывая огромную скорость размножения микробов и их относительную неприхотливость к питательным веществам, остается только удивляться, как до сих пор они не вытеснили всех других представителей флоры и фауны. Что же все-таки сдерживает их развитие? Прежде всего, нельзя забывать, что количество питательных веществ ограниченно. Кроме того, рост микроорганизмов тормозится продуктами обмена веществ, вызывающими самоотравление. В природной среде трудно обойти эти факторы. Но в условиях эксперимента можно обеспечить постоянный приток свежих питательных веществ и отток продуктов метаболизма, и тогда микроорганизмы смогут размножаться достаточно долго, оставаясь на стадии экспоненциального роста. Кстати, о стадиях развития микроорганизмов.

Помните загадку Сфинкса, которую тот задал Эдипу: «Скажи мне, кто ходит утром на четырех ногах, днем — на двух, а вечером — на трех?»

Ответ на эту загадку Сфинкса олицетворяет не только развитие человека, но и всего живого. В равной степени она относится и к развитию микроорганизмов. Однако в отличие от человека они в своем развитии проходят несколько большее число фаз. Так, различают лаг-фазу — период приспособления к среде; экспоненциальную фазу с высокой степенью увеличения числа клеток, когда их количество возрастает в геометрической прогрессии; фазу замедленного роста, во время которой скорость роста микроорганизмов уменьшается и их количество уже не возрастает, а остается на одном уровне; и, наконец, пятая стадия — фаза отмирания, когда количество клеток уменьшается.

Все эти фазы плавно переходят одна в другую, и четко установить границу между ними бывает достаточно трудно. Можно только утверждать, что в той или иной фазе развития находится достаточно большой процент клеточной популяции.

Каждая из фаз имеет определенную продолжительность, не одинаковую у различных культур, при этом любая из них, находясь в конкретной фазе развития, обладает неповторимыми особенностями, тщательное изучение которых представляет огромный интерес для микробиологов. Конечно, наибольшее внимание привлекает фаза, в которой происходит интенсивное увеличение числа клеток.

Однако как поддержать клеточную популяцию в этом нужном состоянии постоянной молодости? И здесь на помощь микробиологам приходит уже упомянутый метод непрерывного культивирования. На чем он основан, или в чем секрет вечной молодости микроорганизмов?

Метод заключается в том, что в ростовую среду постоянно вводятся свежие питательные вещества и выводится соответствующее количество микробных клеток и продуктов метаболизма. При хорошей согласованности этих двух потоков система находится в состоянии динамического равновесия, и непрерывное выращивание микроорганизмов может продолжаться достаточно долго, хотя не бесконечно, так как в конце концов начинают действовать и другие факторы, например вырождение культуры и т. п.