Клуб выпускников МГУ: Нанобактерии - реальность или плод воображения?

Эти недуги, будь то атеросклероз, простатит, почечно-каменная болезнь, артрит или катаракта, так или иначе связанны с минерализацией, то есть с интенсивным отложением солей кальция. А этот процесс, уверен Олави Кайандер, является следствием деятельности загадочных нанобактерий. По словам Кайандера, эти нанобактерии могут проникать в тело человека и вызывать тяжёлые поражения различных органов. Такие локальные инфекции протекают по-разному, но, в конечном счёте, нередко приводят к дисфункциям и патологиям вплоть до раковых опухолей.

Бактерии, как известно, поистине вездесущи. Они населяют и атмосферу, и сушу, и океаны, и недра нашей планеты. Не смотря на микроскопические размеры бактерий, их суммарная биомасса во много раз превосходит биомассу всех других живых организмов на земле вместе взятых. Мало того, что на протяжении большей части истории нашей планеты бактерии были её единственными обитателями, они и сегодня являются доминирующей формой жизни и определяют всю экосистему Земли.

И вот теперь ряд учёных утверждают, что параллельно с этим миром микроорганизмов существует и неведомый нам пока мир наноорганизмов. Линейные размеры этих организмов лежат в диапазоне от 20 до 150 нанометров, то есть миллиардных долей метра. Таким образом, они существенно меньше, чем все известные сегодня бактерии, споры грибов, или клетки любых тканей многоклеточных организмов. И этот неведомый нам мир, судя по всему, враждебен человеку и опасен для него.

Нанобактерии. Белая шкала в правом нижнем углу равна 100 нм. Источник: Kajander, 1998.

Как говорит Кайандер, они полагают, что нанобактерии являются одной из основных причин ряда заболеваний. Одни болезни вызываются ими и только ими, ну скажем, камни в почках. Другие болезни являются следствием целого комплекса факторов, и нанобактерии лишь один из них. Конечно в таких случаях доказать влияние нанобактерий труднее.

Олави Кайандер сотрудник факультета биохимии университета в городе Куопио (University of Kuopio). В 1985-ом году финский учёный проводил серию экспериментов с сывороткой, полученной из мёртвых эмбрионов коров. Для обеспечения стерильности препаратов он пропустил сыворотку через фильтры с порами диаметром 220 микрометров. Это широко применяемая в микробиологии стандартная технология. Однако использовать эту сыворотку в качестве питательной среды для выращивания живых культур клеток млекопитающих учёный не смог - клетки гибли. Не помогло и гамма-облучение сыворотки, к котором прибег Кайандер, чтобы истребить неведомые патогены, непонятно каким образом преодолевшие фильтр. Но и попытки культивировать загадочный патоген, убивавший клетки, не увенчались успехом, и учёный махнул рукой на всю эту историю. Но вмешался случай. Забракованные пробы забыли выбросить, и они пролежали в инкубаторе не бывало долгий срок - 4 месяца. Когда Кайандер на них наткнулся, он увидел, что вся поверхность сыворотки покрыта какой-то странной пеной. Химический анализ показал, что она состоит из фосфата кальция, а электронная микроскопия позволила выявить упорядоченные структуры, внешне напоминающих колонии необычайно мелких бактерий сферической формы.

Нанобактерии. Белая шкала в правом нижнем углу равна 100 нм. Источник: Kajander, 1998.

Как вспоминает учёный, удивительно было то, что они были видны очень отчётливо - словно частицы пыли в луче солнечного света. Он спрашивал многих коллег, что же они думают по этому поводу, но никто не мог дать внятного объяснения. Поскольку загадочные структуры обладали способностью, хоть и очень медленно, размножаться, финский учёный предположил, что имеет дело с новой формой жизни. Однако открытие Кайандера было встречено коллегами настороженно, чтобы не сказать "в штыки". Ведь оно грозило перевернуть традиционное представление о том, что есть жизнь. Соперничать с нанобактериями по степени миниатюрности могли только вирусы, но вирусы, как известно, не способны размножаться самостоятельно - им нужна клетка-хозяин. Поэтому открытие Кайандера заставляло задаться рядом фундаментальных вопросов. Например, о минимально возможном размере живого организма или об альтернативных формах жизни не основанных на репликации нуклеиновых кислот (РНК, ДНК).

Так или иначе, когда Кайандер впервые решил ознакомить научную общественность со своими работами, коллеги его и слушать не захотели. Он применил туже тактику, которой в своё время воспользовался Роберт Кох (Robert Koch), когда открыл возбудителя туберкулёза. Кох пришёл с микроскопом и своими препаратами непосредственно на заседание научного общества и обратился к коллегам с призывом, вот мол, что я обнаружил, взгляните и убедитесь сами. Кайандер тоже вооружился микроскопом и нанобактериями и явился на ежегодную сессию общества финских микробиологов. Но в его случае из этой затеи ничего не вышло. Председательствующий сказал, что, если бы там действительно хоть что-то было, то он сам это давно бы уже обнаружил. И пригрозил неприятностями тем, кто вздумает смотреть в микроскоп. Так он и ушёл не с чем.

Впрочем скептики и критики выдвигали аргументы, от которых просто так не отмахнёшься. Они указывали на то, что нанобактерии слишком малы, и в них физически не смогут разместиться молекулы и структуры, без которых никакой обмен веществ, никакое размножение не возможны. Молекулярные механизмы, способные обеспечить элементарные жизненные функции, нуждаются в определённом объёме. И диаметр такой сферы, согласно всем расчётам, никак не может быть меньше 150 нанометров. Ведь одна уже рибосома, тот органоид цитоплазмы, который осуществляет синтез белка в клетке, имеет в диаметре 25 нанометров. Поэтому многие эксперты увидели в открытом Кайандером явлении не размножение неких загадочных нанобактерий, а самый обычный рост минеральных кристаллов. Но в то время до жарких научных дискусий дело не дошло, поскольку Кайандер вскоре объявил об обнаружении загадочных нанобактерий в зубном камне, в пищеварительном тракте и даже в ржавчине. Это было воспринято как лишнее подтверждение, что к Кайандеру нельзя относиться всерьёз. Однако в начале 90-ых годов финский учёный получил неожиданную поддержку из США. Геолог Rоберт Фолк (Robert Falk) из университета штата Техас в Остине, изучая минеральные отложения горячих источников в окрестностях Рима, обнаружил под электронным микроскопом необычные сферические структуры. Сперва Фолк принял их за постороннее загрязнение, однако они оказались поистине вездесущими, и тогда учёный решил, что имеет дело с окаменевшими остатками древних миниатюрных бактерий. Тем более, что они присутствовали не только в относительно молодых кальцитах и роганитах, но и в гранитах и доломитах, возраст которых достигал двух миллиардов лет. Но вскоре Фолк обнаружил, что эти загадочные структуры продолжают расти, а значит не могут считаться окаменевшими древними остатками. Учёный выступил с докладом на сессии Американского геологического общества и сообщил им об открытии нанно-бактерий - "нанно" с двумя "н", что означает "очень маленькие". У микробиологов доклад вызвал резкое неприятие. Все возражения опять сводились к тому, что описанные образования слишком миниатюрны, чтобы быть живыми.

Сегодня обязательными свойствами живого организма, помимо размножения, считаются обмен веществ с внешней средой, обмен энергией, обмен информацией, а так же реакция на изменения окружающей среды и рост. Тем не менее, исчерпывающим это определение назвать трудно - те же самые вирусы, согласно таким критериям, к живым организмам не относятся. Они не растут, не способны самостоятельно размножаться, в них не происходит обмена веществ. Значит ли это, что вирусы мёртвая материя? Столь же неясным остаётся и происхождение жизни - ведь когда-то должен был произойти этот загадочный переход от неживой материи к живой. Ряд исследователей полагают, что такой переходной формой жизни были вирусы. Но ведь это могли быть и нанобактерии.

По словам Кайандера, эти частицы существуют, в этом никто уже не сомневается. Все дискуссии ведутся лишь вокруг вопроса, что же они собой представляют. Тут наука ещё не сказала своё последнее слово. Уже то, что они способны размножаться, позволяет их считать некой формой жизни . Но с другой стороны, они не содержат никаких нуклеиновых кислот, никаких генов как обычные большие бактерии. Так что, его оппоненты всё же правы - это действительно не бактерии в привычном понимании этого слова. Поэтому Кайандер предлагает уйти пока от вопроса классификации и сосредоточиться на самом важном - являются ли они патогенами, какие болезни они вызывают, какие органы поражают.

В 1996-ом году эксперты НАСА приступили наконец к изучению метеорита, найденного двенадцатью годами раньше в районе ледяного поля Алан Хилз в Антарктиде. Американцы обнаружили в этом обломке горной породы с Марса наноструктуры, напоминающие те, что Фолк выявил ранее в отложениях итальянских геотермальных источников. После тщательных исследований эксперты НАСА пришли к выводу, что на Марсе некогда существовала, а возможно даже существует и сейчас, примитивная форма жизни в виде карликовых бактерий с размерами от 20 до 100 нанометров.

Как говорит Кайандер, это было очень важное событие. Даже американский президент проявил интерес к данному событию. Люди стали искать информацию в Интернете, задавая в поисковую машину понятие "нанобактерии". И все оказывались на их сайте, потому что он был тогда единственным в мире, где этот термин фигурировал. Специалисты НАСА тот час связались с ними и предложили сотрудничать. И они начали обмениваться научными результатами.

Между тем, оппоненты продолжали твердить, что жизнь не может существовать в столь малом объёме. Но тут на помощь Кайандеру и его коллегам пришли австралийские учёные. Группа геологов изучала образцы песчаника, добытые с глубины в 3,5 км ниже уровня морского дна у западного побережья континента. При этом, на поверхности только что распиленных образцов породы учёные обнаружили миниатюрные узловатые нити длиной от 20 до 128 нанометров. Внешне эти наноструктуры напоминали мицелии, то есть грибницу - тончайшие гифы с утолщениями на подобии плодовых тел. А главное они отвечали всем критериям биологической жизни. По аналогии с микробами, австралийские исследователи назвали их "нанобами". А поскольку в них навряд ли найдётся место и для десятка молекул ДНК, не говоря уже про остальные элементы живой клетки, было предположено, что нанобы отличаются от всех прочих организмов не только размерами, но и формой существования. Может быть они образовывают колонии, чтобы совместно стать жизнеспособными. Может быть их гены распределены таким образом, что нанобы могут размножаться, лишь объединившись в группы. Но так или иначе, существование жизни в наномасштабе эмпирически было доказано.

Вскоре Кайандер обнаружил, что нанобактерии производят кальций, и это сразу же навело его на мысль о их причастности ко всем заболеваниям, связанным с обызвествлением, а их не мало. И действительно, исследую почечные камни, учёный в более чем 90% случаев обнаружил живые нанобактерии, которые ему удалось изолировать и вырастить на питательной среде в лаборатории.

Как отмечает финский учёный, нанобактерии опасны, по крайней мере в высоких концентрациях. В экспериментах на животных они могут вызывать aпoптоз - программируемую смерть клеток любых тканей. Они разрушают кровеносные сосуды, вызывают тромбозы. Они были обнаружены у пациентов, страдающих разными заболеваниями, и Кайандер не сомневается, что они имеют к этим заболеваниям самое прямое отношение. Пусть они не единственная их причина, но один из ключевых факторов. Когда это смогут строго научно доказать - это станет крупнейшим научным открытием после открытия Кохом туберкулёзной палочки.

Нанобактерии настолько малы, что легко проникают в любые органы и ткани, а размножаются они так медленно, что симптомы заболевания проявляются через 30-40 лет. Некоторые исследователи даже предполагают, что нанобактерии в значительной мере ответственны за процессы старения человека. Во всяком случае, финские учёные надеются, что образованию камней в почках можно воспрепятствовать специальным антибиотиком из группы тетрациклинов - опыты показали его эффективность в борьбе с нанобактериями.
Они мастера по части выживания и легко выдерживают экстремальные условия. Их не убивает ни кипячение, ни высокая радиация, да и воздействие многих агрессивных химикатов они переносят без каких-либо негативных последствий. Нанобактерии кальцинируют организм человека, вызывают гибель клеток разных его тканей: головного мозга, почек, и в конце концов убивают его.

Вопрос о том, можно ли нанобактерии формально причислить к живым организмам, исследователи считают не столь уж и важным. Кайандер предпочитает теперь говорить не о нанобактериях, а о кальцинирующих наночастицах. Главное то, что они патогенны, значит с ними надо бороться, а для этого - продолжать исследования.

Ссылки по теме:

[1] E. Olavi Kajander and Neva ?ift?ioglu, "Nanobacteria: An alternative mechanism for pathogenic intra- and extracellular calcification and stone formation", PNAS, vol. 95 (14), pp. 8274-8279, 1998.

[2] E.O. Kajander, "Nanobacteria - propagating calcifying nanoparticles", Letters in Applied Microbiology, vol. 42 (6), pp. 549-552, 2006.

Источник: Deutsche Welle - Подкаст "Наука и Техника"