Путешествие в страну микробов

Господа, за микробами последнее слово!

Л. Пастер

Лицевая и оборотная стороны пенициллиназы

С пенициллиназой мы уже познакомились в 19-й главе. Этот фермент — щит бактерий, отражающий губительные для них стрелы в виде молекул пенициллина. Сколько неприятностей доставила она врачам, которые с разочарованием должны были отказываться от пенициллина как бесполезного препарата. Но все же пригодилась и пенициллиназа! На этот раз она оказала услуги не ее производителям, бактериям, а человеку, познавшему теневые стороны применения пенициллина — вызываемые им аллергические реакции и анафилактические шоки. И когда они проявляются (хоть и очень редко), на помощь человеку приходит пенициллиназа.

Сегодня микробиологи умеют получать не только пенициллин, но и пенициллиназу. При аллергической реакции на пенициллин желательно прежде всего полностью удалить его из организма. Для этой цели в организм вводят пенициллиназу. Она отыскивает молекулы пенициллина и уже известным нам способом разрушает их. Химическое изменение пенициллина сразу же облегчает состояние слишком чувствительного больного, и аллергическая реакция проходит.

Пенициллиназа не единственный фермент микробов, который можно применять для лечения. Специалистам известны и другие ферменты болезнетворных бактерий, например стрептокиназа, полученная из гемолитических стрептококков. Это вещество, примененное в соответствующих дозах, может устранять нежелательное свертывание крови.

На VI Международном конгрессе по химиотерапии в августе 1969 года в Токио на повестке дня стоял вопрос об L-аспарагиназе — ферменте, полученном из кишечных бактерий. Как показали исследования японских, американских и других ученых, L-аспарагиназа эффективна в борьбе против лейкоза у детей[40], и одна из японских компаний в 1970 году начала производство этого препарата.

Таким образом, эти мельчайшие микроскопические существа поставляют нам не только антибиотики, но и соединения, которые могут быть использованы для защиты здоровья человека.

Микробы — производители витаминов

Мы уже знаем, что витамины — важные компоненты ферментов, без которых последние не могли бы выполнять свои биохимические функции. Поэтому каждая клетка, каждый организм нуждаются в витаминах. Нуждаемся в них и мы. Отсутствие в пище хотя бы одного из витаминов приводит к нежелательным расстройствам организма, как это видно из таблицы 13.

Всем известно, что витамины находятся в различных пищевых продуктах, но мало кто знает, что некоторые витамины (С, D, группы В) получают в настоящее время заводским путем с помощью микробов.

Витамин В₂ (рибофлавин) получают из продуктов жизнедеятельности дрожжей. Кроме них, для этой цели используются также грибы Eremothecium ashbyii и Ashbya gossypii, паразиты хлопчатника и других растений. За свою «вредительскую» деятельность они расплачиваются с нами, производя столь необходимый нам рибофлавин.

В 1 л жидкой культуральной среды, в которой выращиваются эти микроскопические грибы, содержится около 1 г рибофлавина, столько же, сколько в 500 л коровьего молока. Теперь эти микробы — продуценты витамина В₂ выращиваются в огромных 100 000-литровых емкостях, откуда через каждые 4–5 дней выделяют по 100 кг витамина. Достаточно сказать, что такое количество рибофлавина содержится в 50 миллионах литров молока.

Накопление новых данных о витаминах сопровождалось и расширением наших сведений об их влиянии на микроорганизмы. Во многих случаях микробы оказали помощь в выделении витаминов и в их химическом изучении. Приведем пример из недавнего прошлого, показывающий, каким образом микробы способствовали решению загадки, связанной со злокачественнным малокровием.

Злокачественное малокровие — болезнь, выражающаяся в пониженной выработке организмом красных кровяных телец (эритроцитов). Уже давно при лечении этой болезни применяли препараты, выделяемые из печени и содержащие химически неизвестное в те времена вещество. В 1948 году было обнаружено, что это вещество влияет на рост молочнокислых бактерий Lactobacillus lactis. Их размножение зависело от присутствия в питательной среде какого-то стимулирующего вещества. Констатация этого факта была первым шагом к тому, чтобы при помощи бактерий выделить из печени это вещество в чистом виде. Теперь-то мы знаем, что этим стимулятором является витамин В₁₂.

Сведения о новом витамине постепенно пополнялись. Оказалось, что его продуцентами являются многие бактерии и актиномицеты; некоторые из них (как, например, упомянутые молочнокислые бактерии) должны получать его для своего роста и развития в уже готовом виде. Микробы, обитающие в одном из отделов желудка жвачных (в рубце), как нам уже известно, сами вырабатывают витамин В₁₂.

Дальнейшие исследования показали, что некоторые актиномицеты — продуценты антибиотиков — образуют значительные количества этого витамина. В настоящее время в промышленном масштабе витамин В₁₂ вырабатывается в основном при помощи этих микроорганизмов. Для его получения используют также микроорганизмы, живущие в осадках сточных вод.

Ученым удалось установить химический состав нового витамина. Строение его молекулы имеет много общего со структурой красящего вещества крови (гемоглобина) и хлорофилла. В состав молекул этих веществ входят атомы металлов: в молекуле гемоглобина содержится атом железа, в молекуле хлорофилла — атом магния, а в молекуле витамина В₁₂ — атом кобальта (этот витамин иногда называют цианокобал амином).

Витамин В₁₂ используется для приготовления чистого медицинского препарата, а в неочищенном виде его вместе с некоторыми антибиотиками добавляют к кормам домашних животных.

Микробы, вырабатывающие витамин В₁₂, однако, не столь усердны, как продуценты рибофлавина. Но химикам стоит поработать над усовершенствованием метода выделения витамина В₁₂ даже в том случае, если на миллион частей культуральной среды будет получено лишь пять частей витамина. Ведь важность витамина огромна: суточной его дозы (1 миллионная часть грамма) вполне хватает для обновления крови при некоторых видах малокровия, вызванных недостатком этого витамина или неспособностью организма получать его из пищи.

В последние годы началось промышленное производство еще одного витамина — биотина. Вырабатывают это вещество дрожжи из рода Sporobolo-myces. Биотин используется в медицине, а в неочищенном виде добавляется в корма.

Дрожжи Saccharomyces carlspergensis используются в биологическом производстве эргостерина, из которого при помощи ультрафиолетовых лучей получают витамин D. Эргостерин, как мы помним, был выделен еще в прошлом веке из зерен злаков, пораженных спорыньей. В 1927 году было установлено, что эргостерин под действием ультрафиолетовых лучей преобразуется в витамин D и приобретает свойства, очень важные для лечения рахита.

Образование подобных веществ характерно и для бактерий. Так, уксуснокислые бактерии применяются при производстве витамина С. Основным сырьем для его получения служит глюкоза, которая химическим путем превращается в соединение, называемое сорбитом. Затем сорбит при помощи