Невидимые хозяева планеты
Микроорганизмы — самые многочисленные и древние обитатели Земли. Общее количество бактерий на планете оценивается в ~10³⁰ — их суммарная биомасса превышает массу всех животных вместе взятых. Микробы появились 3,5+ млрд лет назад — за 3 миллиарда лет до первых динозавров. Именно цианобактерии произвели кислород, который сделал возможной многоклеточную жизнь. Микроорганизмы перерабатывают органику, фиксируют атмосферный азот в почве, производят кислород, вызывают болезни и одновременно помогают их лечить.
Открытие микромира
Антони ван Левенгук (1676) увидел бактерии через самодельный микроскоп с увеличением ×270 и назвал их «анималькулями» (зверушками). Это было первое наблюдение микромира. Луи Пастер (1860-е) опроверг теорию самозарождения — микробы не возникают «из ничего», а попадают из воздуха. Он же доказал, что брожение и гниение вызывают микроорганизмы, а не «жизненная сила». Роберт Кох (1882–1884) установил конкретных возбудителей туберкулёза (Mycobacterium tuberculosis) и холеры (Vibrio cholerae), сформулировав «постулаты Коха» — строгие критерии доказательства инфекционной природы болезни, используемые по сей день.
Разнообразие микроорганизмов
Бактерии — прокариоты (клетки без оформленного ядра). Основные формы: кокки (шарики — стафилококк), бациллы (палочки — E. coli), спириллы (спирали — Helicobacter pylori). E. coli — модельный организм генетики. Lactobacillus — полезные бактерии кишечника, используемые в кисломолочных продуктах. Clostridium botulinum производит ботулотоксин — сильнейший из известных ядов (летальная доза ~1 нг/кг), но он же используется в косметологии (ботокс) и при лечении спастичности мышц.
Археи — отдельный домен жизни, выделенный Карлом Вёзе (1977) на основе анализа рибосомальной РНК. Многие археи экстремофилы: термофилы выживают при +122°C (рекорд — Methanopyrus kandleri), галофилы — в насыщенном растворе соли (Мёртвое море), ацидофилы — при pH < 1 (серная кислота). Метаногены — археи, производящие 80% биогенного метана на Земле (болота, кишечник жвачных).
Простейшие — одноклеточные эукариоты: амёба (движение ложноножками), инфузория-туфелька (реснички), малярийный плазмодий (Plasmodium falciparum — возбудитель малярии, 600 000+ смертей в год по данным ВОЗ за 2022 год).
Микробиом человека
В теле человека ~38 трлн бактерий — примерно столько же, сколько собственных клеток. Кишечный микробиом весит 1–2 кг и содержит 1000+ видов бактерий. Они синтезируют витамины (K, B₁₂), расщепляют клетчатку, тренируют иммунную систему, конкурируют с патогенами за ресурсы. Ось «кишечник–мозг»: кишечные бактерии производят нейромедиаторы (серотонин, ГАМК), влияя на настроение и поведение. Дисбиоз (нарушение баланса микробиома) связан с ожирением, диабетом 2 типа, депрессией, аутоиммунными заболеваниями.
Прикладная микробиология
Антибиотики: пенициллин (Александр Флеминг, 1928; массовое производство с 1942), стрептомицин (Зельман Ваксман, 1943, Нобелевская 1952). Антибиотикорезистентность — глобальная угроза XXI века: по прогнозу отчёта O'Neill (2016), к 2050 году устойчивые бактерии могут убивать 10 млн человек ежегодно — больше, чем рак. Биотехнологии: рекомбинантный инсулин из E. coli (с 1982, компания Genentech), биопластик PHA из бактерий, биоремедиация (бактерии Alcanivorax разлагают нефть в океане). Пищевая промышленность: йогурт, кефир, сыр, квашеная капуста, соевый соус, кимчи — всё продукты микробной ферментации, известной человечеству 8000+ лет.