Друг микробов

18.07.2017

<p>Joshua Lederberg, professor of genetics at the University of Wisconsin-Madison from 1947 to 1959, is pictured during the 1950s. Lederberg received the Nobel Prize in 1958. � UW-Madison University Communications 608/262-0067 Photo by: Courtesy UW-Madison University Archives Date: circa 1950s File#: 9209-224-4</p>

Его отец был палестинским раввином, он же решил помочь человечеству не верой, а знанием. Отучившись в Йельском университете, он доказал, что бактерии размножаются половым путем, получил Нобелевскую премию и заложил основы генной инженерии. Биохимик Джошуа Ледерберг также научил мир, что микробы – это не дефект, а норма, которую можно использовать во благо человека.

В голливудском фильме «Штамм Андромеда» Пентагон использует один из своих спутников для перехвата инопланетного вируса и изучения его в качестве биологического оружия. В итоге вирус оказывается на свободе и начинает уничтожать все живое на своем пути. Фильм, конечно, фантастический, но вот сюжет не так далек от реальности: еще в 1962 году микробиолог Джошуа Ледерберг писал в одном из научных журналов, что доставка образцов инопланетных материй на Землю может привести к непредсказуемым последствиям, в том числе – к возникновению новых болезней. А словам Ледерберга, нобелевского лауреата, заложившего основы бактериальной генетики, к тому моменту уже привыкли доверять.

Джошуа Ледерберг родился в 1925 году в американском городе Монтклэре, штат Нью-Джерси, в семье раввина Цви Хирша Ледерберга и его жены Эстер, урожденной Гольденбаум. За два года до рождения сына его родители эмигрировали в США из Палестины. Достойное образование детям, как известно, всегда считалось одной из главных целей в еврейских семьях, и склонность Джошуа к наукам поощрялась. И тем не менее отец все же видел его продолжателем своего дела. Но сын не пошел по стопам отца, избрав путь, далекий от религии: «С самого раннего возраста, о котором у меня еще сохранились воспоминания, я уже хотел заниматься наукой. Не сомневался: буду заниматься наукой, и скорее всего, медицинского плана, и готовил себя соответственно, – вспоминал Ледерберг. – Отец мой был ортодоксальным раввином. Конечно, он не был в восторге от моих планов. Хотя не думаю, что между областями нашей деятельности была уж такая диаметральная разница, но конфликт поколений, безусловно, присутствовал. И я решил помочь человечеству через науку, а не через веру».

Первоначально Джошуа изучал зоологию в Колумбийском университете, потом медицину, а в 1946 году перешел в Йельский университет, где его специализацией стала микробиология и генетика. Заинтересовавшись работами профессора Эдуарда Тейтема, одного из авторов концепции «один ген – один фермент», которая легла в основу биохимической генетики, Ледерберг написал ему письмо и «попросился» к нему в лабораторию. К своему удивлению, он был принят. Не меньше удивлен, правда, был и сам Тейтем, когда понял потенциал свалившегося на него юного дарования. Первый результат их сотрудничества был опубликован в разделе писем журнала Nature 19 октября 1946 года и занимал менее половины страницы. Эта заметка называлась «Рекомбинация генов у Escherichia Coli».

Escherichia Coli – распространенная бактерия, обитающая в кишечнике, ну а проще говоря, кишечная палочка. В заметке сообщалось, что бактерии способны передавать генетический материал от одной разновидности к другой вследствие процесса, теперь называемого «бактериальной конъюгацией». Термин «конъюгация» происходит от латинского слова, обозначающего соединение, или супружество. В заключении статьи Тейтем с Ледербергом так прямо и заявили: «Эксперименты приводят к выводу о наличии половых взаимоотношений у бактерий». Если кратко, то за эту пикантную подробность жизни бактерий в 1958 году Джошуа Ледерберг совместно с Тейтемом и получили Нобелевскую премию.

До этого было известно, что грибки размножаются половым путем – посредством временного объединения (конъюгации) двух отдельных клеток с образованием третьей, дочерней. Предположение Ледерберга, что бактерии тоже должны размножаться подобным образом, не только подтвердилось, но и показало, что дочерняя клетка двух бактерий наследует некоторые черты обоих родительских штаммов, формируя новое поколение бактерий.

Продолжая свои исследования, в 1952 году Ледерберг открыл плазмиды, на что мало кто из коллег тогда обратил внимание. Ведь он «всего лишь» обнаружил, что в кишечной палочке, помимо основной молекулы ДНК, существуют ещё маленькие молекулы ДНК, которые он и назвал плазмидами. Отличие этих маленьких молекул от основной было в том, что они могли беспрепятственно переходить из одной бактерии в другую. О том, что у высших организмов, кроме основной, ядерной ДНК, также имеются маленькие ДНК в цитоплазме, все и так знали, а потому сенсации в открытии Ледерберга никто и не увидел. О плазмидах вспомнили, когда стала понятна причина неэффективности антибиотиков, до этого так хорошо себя зарекомендовавших в лечении различных заболеваний.

Оказалось, что свободно и беспрепятственно переходящая из одной бактерии в другую маленькая ДНК (плазмида) несла с собой гены, уже устойчивые к разным антибиотикам. Заимствуя гены, микробы были способны сопротивляться антибиотику. Это окончательно доказывало факт того, что биохимические реакции в микроорганизмах регулируются с помощью генов. Дальнейшие эксперименты показали, что если извлечь плазмиды из бактерий и заменить их другими, то эти другие начинают успешно размножаться, встраивая в бактерии чужеродные гены. Этот процесс и именуется клонированием. Получать в клетках одного вида гены вида другого – главная задача генной инженерии, с успехом пользующейся ныне открытиями Ледерберга.

Помимо изложенного, участвовал Ледерберг и в американской космической программе, будучи консультантом NASA в программе по изучению Марса. Являлся он и советником Всемирной организации здравоохранения по возможным последствиям биологической войны. Рассказывая о катастрофических последствиях бесконтрольного использования биологического оружия, он надеялся предотвратить вооруженные конфликты. К слову, бесконтрольное применение генной инженерии он считал не меньшей проблемой.

Удостоенный множества престижных американских и международных регалий, в том числе медали Свободы – высшей в Соединенных Штатах гражданской награды, Джошуа Ледерберг скончался в 2008 году. Последней работой, которой был занят Ледерберг, стало исследование микробиома – этот термин Ледерберг придумал в 2000 году, чтобы разделить триллионы микробов, присутствующих в каждом здоровом человеке, но отвечающих за самые разные процессы в его жизни. В отличие от микрофлоры, микробиом представляет собой все микроорганизмы, находящиеся в симбиозе с организмом «хозяина».

Не прекращая свои исследования микробиома почти до самой смерти, Ледерберг писал: «Отличие мира микробов состоит в том, что микробы могут эволюционировать и делают это быстрее, чем их хозяева. В действительности микробы хорошо приспособлены к тому, чтобы использовать эту разницу во время войны, которая время от времени возникает между ними и другими биологическими видами. Ученые многое делают для победы в этой войне человека. Однако весьма незначительное внимание уделяется внутренним механизмам микробов, направленным в том числе на ограничение собственного вреда для хозяина. Микробы поселяются в хозяине, чтобы получить преимущества от обмена. Поразительные примеры демонстрируют, что “цель” микроба в действительности – совместное существование с хозяином. В некоторых случаях иммунная система хозяина управляется одним микробом, повышающим сопротивляемость хозяина к суперинфекции от конкурирующих, вторгающихся микробов. Мы должны, таким образом, исследовать, как можно использовать эту синергию, и рассматривать микробов как оружие в войне с болезнями, а не как смертных врагов, которых нужно уничтожить. Ведь как гласит старинная мудрость – если вы не можете их побороть, присоединитесь к ним!»

К слову, до того, как Ледерберг начал изучение микробиома, наличие в организме микробов воспринималось как своеобразный дефект, вызванный нестерильностью окружающего мира. Сегодня микробиом человека – один из крупнейших международных исследовательских проектов.

Комментарии

Статьи по теме

Обзоры

Пульс космоса

Страшно представить последствия той аварии, которая произойдет после взлома электронной «диспетчерской» хакерами...

Случай в космосе

Если бы столкновение произошло на 30 секунд раньше или астероид упал бы в более глубокие воды, то история нашей планеты развивалась бы совсем по-другому. Динозавры выжили бы, а люди так никогда бы и не появились. Подумайте: 30 секунд – это не так много, особенно в сравнении с 4 с половиной...

Наука

Секс от увечья

Почему увечный человек для нас в тысячу раз интереснее, чем здоровый? Ответ нашел биолог Амоц Захави. Поначалу никто не верил в его революционную теорию, которую он назвал принципом гандикапа. Однако сейчас признано – это развивает мысль Дарвина, что все процессы эволюции основаны на выборе...

Хроники

Каннибалы поневоле

Летом 1884 года семь участников трагической полярной экспедиции Адольфа Грили были спасены. Остальные 18 членов команды погибли от голода – самый юный из них, астроном Эдвард Израэль, умер всего за месяц до спасения. Уважение к молодому еврею было столь велико, что только его тело оказалось...