Владимир Бетина - Путешествие в страну микробов

• Название: Путешествие в страну микробов
• Автор: Владимир Бетина
• Издательство: Мир
• Жанр: Биология
• Год: 1976

Первые шаги ученых в исследовании микроорганизмов, место микроорганизмов в биосфере, вирусы и механизм наследственности, использование микроорганизмов на благо человека — таков далеко не полный перечень проблем, которые освещает в своей книге словацкий ученый. Многочисленные фотографии, схемы и рисунки помогают лучше понять те сложные процессы природы, о которых лаконично и просто рассказывает автор.

Книга рассчитана на школьников старших классов, интересующихся миром микроорганизмов, на студентов, аспирантов и преподавателей.

---

Итаконовая кислота, также вырабатываемая микроскопическими грибами, находит широкое применение в производстве пластмасс.

На разлагающей способности бактерий основаны также производства многих других химических продуктов. Молочнокислые бактерии используются не только при обработке молока. Их применяют также в промышленном производстве молочной кислоты из менее ценного сырья — мелассы, сыворотки, сульфитных щелоков. Молочная кислота применяется в пищевой и медицинской промышленности, а также в одной из новейших отраслей химической промышленности — в производстве пластмасс.

Маслянокислые бактерии, присутствие которых в несвежем масле или сырах можно установить по неприятному запаху, используются в промышленном производстве масляной кислоты. Кроме того, они применяются и в микробиологическом производстве редких растворителей: этилового, бутилового и амилового спиртов. Все эти вещества играют важную роль в производстве синтетического каучука. Бутиловый спирт служит основой при получении октана — очень ценного вещества, повышающего качество бензина. В современных самолетах используется лишь этот высококачественный бензин.

Во время первой мировой войны Великобритания ощущала недостаток ацетона для производства взрывчатых веществ. И только новый метод его получения вывел страну из критического положения. Бактерии вида Aerobacter aerogenes помогли некоторым странам создать новые отрасли промышленности, вырабатывающей вещество под названием «бутиленгликоль». Сравнительно простым химическим превращением из бутиленгликоля получают диацетат. И уже из него при нагревании до 600 °C образуется бутадиен, являющийся основным сырьем для производства синтетического каучука.

Аналитическая химия использует ценные свойства микроорганизмов при определении различных соединений. Один из самых старых методов — метод определения мышьяка. Еще в начале нашего века отмечались смертельные случаи отравления в помещениях, в которых чувствовался сильный запах чеснока. Все это объяснялось тем, что обои в этих комнатах были окрашены красками, содержащими мышьяк, а по их поверхности распространялась плесень. Как показали опыты, проведенные в 1891 году Госсио, отравления были вызваны именно этой плесенью, которая получила название Penicillium brevicaule, Госсио доказал, что из краски, покрывающей обои, под влиянием плесени выделяется содержащийся в ней мышьяк, который при этом превращается в летучее соединение с запахом чеснока. Позднее было установлено, что «газ Госсио», как было названо это летучее вещество, является органическим соединением триметиларсин.

Госсио разработал очень тонкий метод определения присутствия мышьяка в различных материалах. Исследуемый материал обрабатывался разбавленной кислотой, что позволяло получить концентрированную вытяжку. Несколько капель этого экстракта наносили на стерилизованный кусочек картофельного клубня с выращенным на нем грибом P. brevicaule. Присутствие мышьяка обнаруживали по характерному чесночному запаху, который издает триметиларсин. Так этот ранее опасный микроскопический гриб превратился в помощника химика.

В 1935 году исследователь Шопфер показал, что гриб Phycomyces blakes-leeanus требует для своего роста и размножения витамина В1. Ученый разработал метод определения этого витамина в различных биологических материалах при помощи вышеупомянутого гриба. Содержание витамина находится в прямой зависимости от количества живой массы гриба и поэтому довольно легко определяется. В настоящее время при помощи микробов обнаруживают содержание и ряда других витаминов. В таблице 15 приведено несколько самых известных «помощников» в аналитической химии. В ней указаны и микроорганизмы, используемые для определения аминокислот и микроэлементов.

Во всех случаях для определения отдельных соединений применяются микробы, жизнедеятельность которых находится в прямой зависимости от концентрации определяемых соединений в питательной среде.

К другим важным «услугам» микробов, используемых в аналитической химии, следует отнести помощь в определении антибиотиков. Но тут можно использовать только такие микроорганизмы, которые под действием данного антибиотика или погибают, или прекращают свой рост. Этот метод был предложен Н. Г. Хитли, занимавшимся получением пенициллина. Естественно, что он пытался определить пенициллин в фильтратах культуры гриба Peniclllium notation.

Помощь текстильной промышленности

Микробы находились и у самой колыбели текстильной промышленности. Замоченные волокна прядильных растений (лен, конопля, джут и др.) очищали с помощью бактерий и грибов, которые разлагали пектиновые вещества.

Замачивание и росяная мочка прядильных растений были известны еще древним народам. Египтяне замачивали растения в теплой воде Нила. В Европе применяли два метода: коноплю замачивали в стоячей воде в специальных корытах, а лен расстилали на лугу, где он увлажнялся росой.

Какова же роль микробов в этих процессах? При замачивании в стоячей воде, с очень малым притоком кислорода, пектин и клетчатку разлагают различные анаэробные бактерии. При росяной мочке льна с открытым доступом кислорода главную роль в разложении играют микроскопические грибы.

Эти древние народные методы в настоящее время заменяют промышленной обработкой прядильных растений. Стебли лубяных растений замачивают при оптимальной температуре в больших чанах, куда добавляют культуры бактерий Clostridium felsineum или Plectridium pectinovorum. При температуре около 37 °C процесс вымачивания заканчивается уже через 50 ч — значительно более короткий срок, чем при росяной мочке. Но как бы этот процесс ни осуществлялся, он не обходится без деятельного участия микробов.

На страже здоровья

С развитием цивилизации и прогрессом связано много серьезных проблем. Водопровод стал неотъемлемым атрибутом нашего повседневного быта, способствующим не только удобству жизни, но и охране здоровья. Благодаря ему мы получаем воду для домашних нужд, он же помогает освободиться от продуктов отхода. Но именно сточные воды и являются одной из серьезнейших проблем современной жизни, не всюду рационально решенных. Если принять во внимание, сколько сточных вод сбрасывают только промышленные предприятия, то можно понять ту серьезную озабоченность, которую проявляют работники водного хозяйства. Без помощи микроорганизмов едва ли удастся решить проблему сточных вод.

Разложение органических соединений в сточных водах могли бы обеспечить бактерии, которые служат пищей для простейших и микроскопических организмов. Разложившейся органической массой в сточных водах питаются водоросли. Сами водоросли и простейшие — пища веслоногих и других мелких животных, а те в свою очередь служат пищей для рыб. Все это представляет собой единый непрерывный биологический цикл.

Микробы активно содействуют очистке вод. Но их можно использовать и более эффективно. Сточные воды содержат вещества, которые в процессе разложения микробами дают ценное сырье. Одно из таких веществ — метан. Метан-образующие бактерии постоянно обитают в сточных водах. В больших бассейнах, где осуществляется разложение органических соединений сточных вод и образуется метан, его можно улавливать и использовать в качестве высококалорийного топлива.

Микробы хорошо разлагают и промышленные отходы, часто загрязняющие реки в результате неправильной организации производства. Сульфитные щелока, огромное количество которых сбрасывается в реки целлюлозоперерабатывающими предприятиями и отравляет жизненную среду обитателей вод, могут служить и уже служат дешевым сырьем для производства кормовых дрожжей и спирта.

Микробы в роли стражей здоровья устраняют из сточных вод большие количества вредных органических соединений, из которых, как мы видели, в процессе разложения возникают многие ценные вещества, такие, как, например, метан. Попутно при разложении освобождается и водород, который может быть использован как источник калорийного топлива. Использование промышленных отходов при помощи микроорганизмов имеет в наше время большое народнохозяйственное значение, которое, несомненно, еще больше возрастет в будущем.

Эпилог

Наше путешествие в страну микробов заканчивается, и мы должны расстаться с читателем. Но перед расставанием окинем взглядом пройденный путь.

Мы познакомились с микроорганизмами, которые сопровождают нас на протяжении всей жизни. Узнали их «хорошие» и «плохие» качества. Попутно мы встретились с учеными, которые открывали все новые тайны удивительного мира микробов. Одним мы уделили больше внимания, другим — меньше. На тех открытиях, которые в трехсотлетней истории микробиологии явились наиболее значительными вехами, мы останавливались подольше. Такой вехой был памятный день 1676 года, когда Левенгук впервые увидел в микроскопе бактерии. Мы услышали последнее решительное слово Пастера в диспуте о самозарождении. Узнали неутомимого Коха, его открытия болезнетворных микробов, познакомились с Виноградским и Бейеринком, изучавшими почвенные микробы, а также их продолжателем Ваксманом, который всю жизнь посвятил почвенным актиномицетам и своими открытиями ускорил наступление эры антибиотиков. Но еще до них мы встретились с Дженнером, страстным пропагандистом созданной им оспенной вакцины, познакомились с пастеровскими прививками против бешенства, узнали о настойчивых поисках синтеза химических веществ Эрлихом, который открыл эпоху химиотерапии, стали свидетелями событий в жизни Домагка, которые ускорили внедрение сульфамидных препаратов в лечебную практику, узнали об открытии Флеммингом пенициллина и о дальнейшей судьбе этого препарата во время второй мировой войны.