Бактериальный секс с последствиями

Кишечная инфекция в Германии, унесшая уже больше десяти человеческих жизней, подтверждает, что мы до с их пор не понимаем механизм и настоящее эволюционное значение горизонтального переноса генов, играющего огромную роль в жизнедеятельности низших организмов.

Кишечная инфекция, поразившая уже более тысячи человек преимущественно в северных районах Германии (причем у трети заразившихся болезнь протекает в опасной форме гемолитического уремического синдрома – с сильными коликообразными болями в животе, прогрессирующей почечной недостаточностью, рвотой и кровавой диареей), последнюю неделю все чаще занимает первые строчки новостей.

Обыватели напуганы. Европейские рестораны срочно изымают из своих меню гипотетических переносчиков опасной бациллы – салат латук и свежие огурцы. Роспотребнадзор заявил о готовности ввести беспрецедентные ограничения на овощной импорт из Европы. В общем, налицо все признаки информационной апокалиптической эпидемии, с завидной регулярностью поражающей последние несколько лет мировое общественное мнение.

Однако если в случае с атипичной азиатской пневмонией, коварно мутировавшим куриным гриппом и свиным мексиканским гриппом мы имели дело с чем-то экзотическим, то на этот раз журналисты разожгли панические настроения банальной кишечной палочкой E. coli.

Ипохондриков, каждое утро замирающих перед своими мониторами в приятном предвкушении очередной напасти, готовой свалиться всем на голову, последнее должно насторожить. Неужели это та самая E. coli, которую можно найти в длинном списке компонентов новейших желудочных суперпилюль, закупленных предусмотрительно в аптеке на случай, если «съел что-нибудь не то»?

Все правильно. Бактерия Escherichia coli (названная в честь первооткрывателя кишечной палочки австрийского педиатра Теодориха Эшериха) – основной обитатель кишечной микрофлоры человека, умеющий помимо всего прочего вытеснять из ЖКТ патогенные организмы и продуцировать витамин К2. Полезная палочка заселяет кишечник новорожденного младенца в первый час после рождения, передаваясь ему от матери и окружающей людей, так что всю оставшуюся жизнь оба организма проводят в полезном для обоих симбиотическом содружестве. Палочки, как и положено прокариотам, размножаются методом простого деления клетки и репликации своей ДНК, то есть самоклонированием. Человек поставляет палочкам питательные вещества в виде углеводов.

Устоявшуюся идиллию, однако, могут быстро разрушить друзья кишечной палочки, заглянувшие в ЖКТ на огонек, – точно такие же E. coli, но умеющие продуцировать токсин – белковые соединения, из-за которых клеткам хозяина, то есть нашему кишечнику, становится очень плохо. Тогда мы бежим в аптеку за пилюлями с правильной E. coli, а боли в животе, понос и плохое настроение напоминают нам, что

размножающиеся неполовым путем бактерии тоже имеют право на секс.

Спрашивается, какой такой секс может быть у простейших одноклеточных, у которых отсутствуют половые признаки?

Однако если под сексом понимать соединение организмов, позволяющее обменяться информацией, повышающей шансы на выживание вида, то секс у бактерий есть и выполняет он ту же функцию, что и у высших организмов, к которым имеем счастье принадлежать мы с вами.

Механизм бактериального секса несколько отличается от нашего. У бактерий нет полового разделения, и секс им нужен не для размножения и заведения потомства, которому, смешиваясь по строго определенным правилам, передается генетическая информация от отца и матери (вертикальный перенос генов), а в буквальном смысле слова для обмена опытом, то есть непосредственного горизонтального переноса информации между организмами.

Функцию хранилища генетической информации у бактерий играет не только замкнутая в кольцо молекула ДНК (нуклеотид), в которой архивирована жизненно важная информация – собственно наследственная память организма, но и

плазмид – дополнительная ДНК, как бы еще один сундучок поменьше, в котором складируется «про запас» менее важная, но могущая оказаться полезной информация (например, для оказания отпора антибиотикам).

Для обмена складированной в плазмидах информацией бактерии используют специальный механизм переноса генетического материала при непосредственном контакте двух клеток – конъюгацию , при котором клетка-донор прикрепляется к клетке-реципиенту с помощью специальных выступов – половых пилей, при этом наследственный материал передается не через них, а непосредственно через бактериальные мембраны.

По мере изучения горизонтального переноса генов (открытого еще в конце 40-х годов прошлого века) выяснилось, что хозяйственные бактерии проявляют удивительную неразборчивость в перенимании и хранении чужого опыта, охотно коллекционируя, прямо как гоголевская Коробочка, не только чужие плазмиды, но и целые участки нуклеотидов, которые могут даже принадлежать микробам совершенно другого вида.

Кишечные отравления в Германии, потрясшие мировые СМИ, есть прямое следствие такого бактериального промискуитета: жертвами инфекции стали люди, в кишечник которых попала (возможно, вместе с немытыми овощами, но эта версия лишь наиболее вероятная) E. coli с плазмидами, производящими токсичные для клеток нашего кишечника белковые комплексы, действие которых сходно с действием токсина, выделяемого возбудителем дизентерии – кишечной палочкой Shigella dysenteriae (названной так в честь японского микробиолога Киеси Шига, впервые выделившего возбудителя дизентерии).

Именно такая разновидность E. coli – шиго-продуцирущая кишечная палочка, или STEC (Shiga toxin-producing E coli) – была выделена из кала пострадавших от кишечной инфекции европейцев.

Даже совсем маленького количества STEС достаточно, чтобы запустить лавинообразный процесс обмена «плохими» плазмидами между E. coli и заставить пострадавшего носителя, поевшего немытых огурцов, подолгу не вылезать из туалета, а то и обратиться за медицинской помощью.

Почему бактерии начинают так быстро обмениваться новой информацией и какова настоящая эволюционная роль бактериальных токсинов, науке, только сейчас начинающей понимать огромную роль горизонтального переноса генов в эволюции микробных, растительных и даже высших биоценозов, только предстоит установить.

Врачей, однако, пока удивляет не сам факт кишечной эпидемии, которые случаются регулярно даже на относительно чистоплотном Западе (например, в первой половине 1990-х в США, где, кстати говоря, ежегодно фиксируется до 100 смертей от патогенной кишечной палочки), а то, что недружественная нашему кишечнику патогенная E. coli принадлежит относительно редкому штамму Escherichia coli O157:H7, и то, что от нее страдают взрослые: в последний раз кишечная эпидемия, спровоцированная E. coli O157:H7, наблюдалась в США в середине 1990-х у детей.

Во избежание паники упор здесь следует делать на «наблюдалась»: сколько локальных энтерогеморрагических эпидемий происходит внутри человеческой популяции ежегодно, пока никто не знает, поскольку качественный медицинский мониторинг функционирует далеко не во всех даже более или менее развитых странах.