Eropa ditakuti oleh makhluk yang sangat kecil - strain patogen Escherichia coli. Panjangnya hanya 2-3 mikron, tapi berbahaya dan gesit. Orang tanpa sadar akan bertanya-tanya siapakah spesies dominan di planet kita - laki-laki atau anak-anak kecil seperti itu?
Jika seekor E. coli yang, seperti yang Anda ketahui, berkembang biak dengan pembelahan biner sederhana, ditempatkan dalam medium nutrisi yang ideal dan diasumsikan ia dan keturunannya akan mendapat banyak makanan, maka bayi ini dapat membentuk koloni dengan berat sekitar … 10 juta ton per hari! Sosok yang mengejutkan, bukan? Organisme uniseluler, jika bukan yang paling penting, maka pasti yang paling signifikan, dalam arti harfiah, penghuni dunia. Biomassa total semua mikroorganisme, termasuk jamur mikroskopis dan alga, adalah 76 miliar ton (dalam bahan kering, tidak termasuk air). Semua tumbuhan multiseluler memiliki berat 55 miliar ton, dan massa hewan, termasuk manusia, berjumlah 500 juta ton yang "menyedihkan".
Dan dalam setiap tubuh manusia yang sehat akan terdapat dua kilogram bakteri, karena seseorang merupakan konglomerat simbiosis sel-sel tubuh dan bakterinya sendiri. Menurut ilmu muda metabolomik, manusia adalah superorganisme, di mana hanya 2-3 triliun sel yang secara langsung milik kita, saudara. Ratusan triliun lainnya adalah mikroorganisme - ada
lebih dari 500 spesies di antaranya dalam tubuh manusia. Dalam superorganisme ini, DNA manusia sama sekali tidak dominan, kata bapak pendiri metabolomik, ahli biokimia Inggris Jeremy Nicholson.
Masing-masing dari kita memiliki genom unik, yang terdiri dari materi genetik kita sendiri dan DNA dari banyak organisme uniseluler yang menghuni kita.
SIAPA YANG TINGGAL DI SEORANG ORANG?
Dalam kebanyakan kasus, bayi dilahirkan dalam keadaan steril. Namun, pada hari pertama kehidupan mereka, pembentukan mikrobiocenosis dimulai: seseorang dijajah oleh banyak mikroorganisme. Pada awalnya, ini adalah proses yang kacau, di mana bakteri berjuang keras untuk mendapatkan "tempat di bawah sinar matahari" baik di dalam maupun di luar. Setelah 2-3 hari, koloni yang resisten menerima izin tinggal seumur hidup di berbagai bagian tubuh. Inilah yang disebut obligat - berguna dan. apalagi, mikroba yang diperlukan. Kita dapat mengatakan bahwa makhluk hidup paling dekat dengan manusia di dunia ini.
Di seluruh permukaan kulit dan di lapisan atasnya, propionibacteria, difteri, dan corynebacteria bersarang dengan nyaman. Mereka tahu bagaimana menyerap bakteri patogen yang datang dari luar, mereka memegang garis pertahanan pertama. Selaput lendir mata dihuni oleh stafilokokus dan mikoplasma, yang tidak memungkinkan alien acak mendapatkan pijakan di sini dan mulai bereproduksi. Tim streptokokus, lakto, dan bifidobakteri yang ramah, dikelilingi oleh jamur mirip ragi, berenang di perut; semuanya mentolerir lingkungan asam dari jus lambung dengan baik dan memulai proses pencernaan. Lebih dari 15 jenis utama bakteri anaerob dan jamur dari genus Candida hidup di usus dalam sesak, tetapi tidak tersinggung. Dan di antara mereka adalah E. coli E. coli yang sama, strain non-patogenik yang sangat dibutuhkan orang. Dialah yang memproduksi vitamin K2 dalam tubuh kita, yang bertanggung jawab untuk pembekuan darah.
“Meski sudah menginjak usia 50 tahun, gigi saya sangat terawat, karena saya punya kebiasaan menggosoknya dengan garam setiap pagi, dan setelah membersihkan gigi besar dengan bulu angsa, saya lap sampai bersih dengan sapu tangan” - kata-kata ini bisa dibaca dalam surat penjaga ruang sidang dari kota Delft Anthony van Leeuwenhoek di Belanda (1632-1723), yang dikirimnya ke Royal Society of London. Anda tidak bisa mengatakan apa-apa, cara asli mengamati kebersihan mulut, tetapi Levenguk menjadi terkenal, tentu saja, bukan karena ini - tetapi karena mengajari umat manusia untuk melihat sisi tersembunyi dari kehidupan alam. Levenguk tidak memiliki pendidikan "ilmuwan", tetapi dia benar-benar memiliki hasrat yang membara: kaca pembesar. Dia adalah salah satu orang pertama yang menebak untuk menggabungkan beberapa lensa menjadi teleskop untuk mempelajari bukan makro, tetapi dunia mikro. Dan jadi dia punya mikroskop.
Dia memilih bahan untuk penelitiannya secara sembarangan: infus lada, serat lobak, serpihan kulit, mata lalat, kerang yang ditangkap di kanal Delft. Dia mengencerkan goresan dari gigi dengan air dan mengamati dalam kacamata ajaib “sejumlah besar hewan kecil, dan, terlebih lagi, dalam potongan kecil dari substansi di atas sehingga hampir mustahil untuk mempercayainya, dan jika Anda tidak melihatnya dengan mata kepala sendiri.
Levenguk otodidak selama 50 tahun pengamatan membuat sketsa lebih dari 200 spesies "hewan kecil", begitu dia memanggil kenalan barunya. Namun, revolusi ilmiah tidak terjadi saat itu - selama seratus tahun setelah Levenguk, mikrokosmos tetap bagi dunia ilmiah sebagai semacam "tenda di mikroskop".
TEMAN DAN MUSUH
Mungkin, hampir semua produk makanan yang paling kita kenal - roti, keju, yoghurt, bir, anggur, coklat dan banyak lagi - tidak lebih dari produk fermentasi. Semua pekerjaan utama pada persiapannya dilakukan oleh bakteri anaerobik dan ragi. Seseorang hanya dapat dengan hati-hati menyimpan, memilih dan membudidayakan kultur pemula - koloni bakteri. Dan dia telah melakukan ini selama ribuan tahun. Bahkan lima ribu tahun sebelum kelahiran Kristus di Babilonia kuno, mereka tahu cara memfermentasi minuman, dan tiga setengah ribu tahun yang lalu, orang Mesir menemukan roti ragi. Jadi manusia sudah lama menjinakkan teman-teman mikro-nya.
"Pelatih" profesional, ilmuwan-bioteknologi, dipersenjatai dengan pencapaian biologi molekuler dan rekayasa genetika, mengajari mikroba untuk membuat banyak hal berguna bagi manusia. Saat ini, pupuk bakteri diterapkan pada tanah di ladang, dan insektisida mikroba serta pestisida yang dapat terurai telah menggantikan bahan kimia pertanian yang berbahaya. Bakteri thionik (pengoksidasi sulfur) melepaskan logam berharga dari konsentrat bijih dan meningkatkan kualitas batubara yang mengandung sulfur. Obat-obatan modern tidak terpikirkan tanpa "kuda kerja" - bakteri, jamur uniseluler, dan alga, yang menghasilkan semua jenis antibiotik, obat antikanker, vitamin dan asam amino.
Sebuah tim peneliti yang dipimpin oleh Profesor Joseph Chappell dari American University of Kentucky menemukan bahwa semua cadangan minyak dan batu bara di planet kita adalah hasil dari aktivitas vital satu mikroalga, Botryococcus braunii. Jadi, jika bukan karena dia, kami tidak akan melihat energi panas atau mobil.
Selain itu, beberapa mikroorganisme juga merupakan pembersih paling rajin dan teliti di dunia. Diperkirakan bahwa jika bukan karena kerja bakteri membusuk yang menguraikan bahan organik, tulang hewan yang telah hidup di Bumi sejak awal Zaman Es akan menutupi seluruh daratan dengan lapisan setengah meter hari ini.
Keberadaan manusia dan mikroorganisme yang saling menguntungkan dirusak hanya oleh satu keadaan: ada cukup banyak protozoa yang tidak segan untuk mempercepat proses mengubah hidup menjadi mati, menguranginya menjadi beberapa hari.
Sejak zaman Hipokrates hingga sekitar pertengahan abad ke-19, diyakini bahwa penyakit yang kita sebut menular saat ini disebabkan oleh udara yang buruk dan asap yang berbahaya - "miasms". Di antara ahli teori patogenesis, teman sekelas Copernicus Girolamo Fracastoro adalah yang paling dekat dengan kebenaran. yang hidup lebih dari seratus tahun sebelum Levenguk. Dia menulis tentang "benih" kecil yang ditularkan dari orang ke orang, menetap di dalam dan menyebabkan penyakit. Namun, Fracastoro bahkan tidak dapat membayangkan bahwa "benih" ini masih hidup.
Korban jiwa akibat wabah penyakit menular secara signifikan melebihi jumlah korban konflik militer. Ratusan ribu orang tewas di medan perang Perang Seratus Tahun (1337-1453). Dan wabah penyakit pes, yang terjadi selama perang itu dan hanya berlangsung selama lima tahun, merenggut nyawa 34 juta orang Eropa. Secara total, selama seluruh keberadaan peradaban kita, sekitar satu setengah miliar orang telah meninggal sebagai korban patogen uniseluler.
Seluruh abad ke-19 di dunia ilmiah tidak mereda perdebatan tentang apakah mikroorganisme yang menjadi penyebab fakta bahwa kita sakit dan mati. Di satu sisi, para ilmuwan terus-menerus menemukan agen patogen di jaringan orang yang meninggal karena kolera, tuberkulosis, difteri; budaya murni mereka diidentifikasi oleh ahli mikrobiologi pertama, semuanya sebagai satu - pemenang Hadiah Nobel dalam bidang kedokteran: Emil Bering, Paul Ehrlich, Ilya Mechnikov dan penemu agen penyebab antraks, tuberkulosis dan kolera Robert Koch. Namun di sisi lain, para penganut teori higienis tidak pernah bosan mengulang bahwa semua penyakit berasal dari kotoran. Para ahli kebersihan dipimpin oleh Max von Pettenkofer, presiden Akademi Ilmu Pengetahuan Bavaria. Profesor itu menjadi terkenal karena fakta bahwa pada usia 73 tahun, di hadapan para saksi, dia menelan budaya murni Vibrio cholera untuk membuktikan teori ilmiahnya. Kolera Pettenkofer tidak sakit,semuanya ternyata gangguan pencernaan ringan. Konsep "kekebalan spesifik" belum ada saat itu, dan profesor itu sehat seperti banteng. Kekuatan keyakinan batin atas kebenaran diri sendiri mungkin juga berhasil.
Pettenkofer sangat menghargai kesehatannya sendiri dan tidak ingin sakit sehingga, karena merasa seperti orang tua jompo di usia 82 tahun, dia lebih suka menembak dirinya sendiri.
Hari ini kita tahu pasti: penyakit seperti wabah, difteri, kolera, tuberkulosis dan banyak lainnya pasti disebabkan oleh bakteri yang mengeluarkan racun dalam perjalanan hidup mereka. Cacar, campak, hepatitis, poliomielitis dipicu bukan oleh bakteri, tetapi oleh virus. Virus jauh lebih kecil daripada bakteri (diameter 20-500 nanometer), dan masih belum sepenuhnya jelas apakah mereka hidup atau tidak. Virus itu sendiri tidak mampu berkembang biak - ia menghasilkan keturunan dengan menggunakan DNA dari sel tempat ia dimasukkan.
TIDAK ADA KUCING PAKSA BINATANG
Tidak seperti virus, bakteri tidak bergantung pada prokreasi. Tingkat reproduksi yang tinggi memberi mereka kelangsungan hidup spesies, dan DNA yang relatif pendek memungkinkan mereka bermutasi dengan cepat, memaksa manusia untuk menciptakan lebih banyak antibiotik. "Trik" mikroorganisme tidak terbatas pada mutasi - ada kasus ketika bakteri memanipulasi pembawa mereka. Kemampuan luar biasa seperti itu ditunjukkan, misalnya, oleh parasit uniseluler Toxoplasma.
Inang utama parasit adalah perwakilan dari keluarga kucing. Di dalam organisme mereka Toxoplasma berkembang biak. Pembawa bisa tikus, tikus, babi, burung dan manusia. Sampai saat ini, ahli parasitologi percaya bahwa toksoplasma hanya menimbulkan bahaya bagi bayi di dalam rahim: dengan toksoplasmosis bawaan, sistem saraf pusat dan mata rusak, dan seringkali bayi meninggal sama sekali. Namun, beberapa peneliti percaya bahwa toksoplasma juga dapat mempengaruhi perilaku orang dewasa.
Pada tahun 2007, para ilmuwan dari Universitas Stanford membuktikan bahwa parasit ini mengontrol naluri mempertahankan diri tikus. Tikus sehat diprogram secara alami untuk menghindari bekas kucing, tetapi jika Toxoplasma memasuki tubuh hewan pengerat, maka tanda kucing, sebaliknya, mulai menarik perhatian mereka. Dalam hal ini, refleks lainnya tidak terganggu. Jadi, Toxoplasma mengontrol siklus hidupnya sendiri, mengendalikan vektornya: tikus akan mati setelah dimakan kucing.
Parasit juga mampu mencangkok ke manusia. Tentu saja, hal itu tidak membuat kita ingin makan kucing, tetapi perubahan kesadaran tertentu memang terjadi. Anda dapat, misalnya, mengingat hal yang familier bagi semua nenek wanita kucing yang siap menampung kawanan ekor utuh di apartemen mereka.
Namun, para ilmuwan masih harus mencari tahu peran sebenarnya dari Toxoplasma. Sejauh ini, hanya satu hal yang dapat dikatakan - dia tidak pernah menjadi "orang lain". Tidak seperti simbion kami - E. coli. Bagaimana asisten yang tak tergantikan menjadi pembunuh? Intrik detektif ini masih menunggu untuk dipecahkan.
Sementara para ilmuwan mencari pelakunya, memilah semua kemungkinan tersangka, dimulai dengan mentimun Spanyol dan diakhiri dengan fenugreek dari Mesir, epidemi itu sendiri menjadi sia-sia. Sekarang tidak mungkin lagi untuk menentukan baik "TKP", maupun jutaan jenis bakteri lain yang mentransfer bagian dari genom mereka ke "E. coli baik", setelah itu memperoleh fitur tidak menyenangkan untuk menghasilkan racun yang berakibat fatal bagi ginjal dan menghancurkan sel darah merah. Selain itu, strain baru, yang disebut O104: H4, telah menerima resistensi antibiotik yang luar biasa dari beberapa mikroorganisme lain.
Protozoa juga bisa dikatakan. Tampaknya semuanya sederhana: organisme uniseluler berkembang biak dengan membelah atau bertunas, yang berarti bahwa seluruh genom harus dipindahkan dari "ibu" ke "anak" dengan aman dan sehat. Tetapi ada juga yang disebut transfer gen horizontal - proses yang samar-samar menyerupai perkawinan. Kontak fisik terjadi selama bakteri bertukar informasi genetik. Selain itu, individu dari spesies yang sama sekali berbeda dapat menghubungi - dan berhasil. Akibatnya, subspesies baru muncul - strain yang menjadi penghubung dalam evolusi bakteri yang tidak dapat diprediksi, evolusi jauh lebih cepat daripada organisme multiseluler. Kecepatan ini memberikan keanekaragaman spesies yang luar biasa.
Pada tahun 2009, ahli mikrobiologi Israel mempelajari bacillus Paunibacillus dentintiformis dan memutuskan untuk melakukan percobaan: apa yang akan terjadi jika Anda mulai membuat mereka kelaparan? Diasumsikan bahwa dalam kondisi kekurangan nutrisi, sel-sel akan mulai berkembang biak secara aktif untuk melestarikan spesies. Namun, semuanya berjalan sangat berbeda: bakteri tidak hanya berhenti berkembang biak, tetapi juga mulai membunuh kerabat, menyingkirkan "mulut ekstra". Ketika ukuran koloni mulai sesuai dengan jumlah nutrisinya, keadaan menjadi stabil.
Ilmuwan belum mengklaim bahwa mikroba memiliki pikiran kolektif, tetapi keberadaan mekanisme sosial primitif di dalamnya dianggap terbukti.
“Bakteri memiliki bentuk kesadaran sosial primitif. - percaya kepala penelitian, Profesor Eshel Ben-Jakob. “Mereka tahu bagaimana mengumpulkan informasi dari lingkungan dan menyebarkannya kepada satu sama lain. Mereka dapat mendistribusikan tugas dan menyimpan "memori bersama". Bahasa kimiawi yang mereka gunakan untuk berkomunikasi mengubah koloni mikroba menjadi otak besar."
Saya ingin belajar memahami "otak besar" ini, dan bahkan lebih baik - berteman dengannya. Tetapi mikrokosmos hidup menurut hukumnya sendiri, dan pengetahuan kita tentangnya masih terlalu sedikit untuk membuat kesepakatan penyelesaian jangka panjang.
Majalah Discovery November 2011
Video promosi:
