“Yerda mutlaq steril joylar juda kam”. Rossiyalik mikrobiolog olima mikrob va viruslardan saqlanish haqida

Postnauka.ru nashri mikrobiolog olima, biologiya fanlari doktori, Rossiya fanlar akademiyasi mikrobiologiya instituti direktori o‘rinbosari Yelizaveta Bonch-Osmolovskaya bilan mikroblarning turlari, kosmosdagi bakteriyalar hamda mikroorganizmlarning nima uchun eng ekstremal sharoitlarda ham bemalol yashab qolishi haqida suhbatlashdi. “Daryo” suhbatni tarjima tariqasida taqdim etadi.

Mikroblarning odam hayotiga ko‘rsatadigan ta’siri juda katta. Ular yer biosferasi uchun g‘oyat muhim bo‘lgan kimyoviy reaksiyalarni amalga oshiradi, ozuqa mahsulotlari ishlab chiqarishda ishtirok etadi hamda odam tanasi o‘zi uchun o‘zi sintez qila olmaydigan juda muhim moddalarni yetkazib berib turadi. Lekin mikroblarning kasallik qo‘zg‘atish, oziq-ovqat mahsulotlarining aynishiga sababchi bo‘lish hamda zaharli toksinlar ajratib chiqarish kabi yomon jihatlari ham bor. Mikrobiologiya sohasidagi zamonaviy tadqiqotlar, mikroblarning turlari va ularning g‘alati xossalari haqida Yelizavetta Bonch-Osmolovskaya bilan suhbat.
Mikroblarning xilma-xilligi
– Bakteriyalarning necha xili fanga ma’lum?
– Aytish qiyin. O‘n minglab turdagi bakteriyalar aniqlangan va ularning xossalari o‘rganilgan. Aslida ular bundan ancha ko‘p. Yangi molekulyar uslublarning qo‘llanishi bilan shu narsa ma’lum bo‘lmoqdaki, laboratoriyada o‘stiriladigan (sun’iy yetishtiriladigan) mikroblarning o‘zi bo‘yicha ham ularning juda kam qismi bizga ma’lum ekan xolos. Bir tarafdan bu hafsalani pir qiladi, boshqa tarafdan mikrobiologlar uchun hali o‘rganiladigan narsa ko‘pligini bildiradi.
– Mikroblarning qaysi bir turi ko‘proq qiziqtiradi? Suvda yashaydiganimi, yerdagilarimi yoki bizning ichimizda bo‘ladiganimi?
– Mikrobiologiyaning hozirdagi asosiy vazifasi laboratoriyada yetishtirish imkonsiz bo‘lgan mikroorganizmlarni yaxshilab o‘rganish, ularning vazifalarini aniqlash hamda mikroblar daraxtidagi ularning o‘rnini belgilashdan iborat. Biz ularni laboratoriya sharoitida tadqiq qila olmaymiz. Olimlar bunday mikroorganizmlarni, ularning genomini tahlil qilish hamda tabiiy DNK namunalarini yig‘ish orqali o‘rganmoqdalar. Bunday usul bilan anchagina qiziq va turli xossalarga ega mikroblar o‘rganib chiqildi. Bunday mikroblarga ism va familiya ham beriladi, ya’ni ularning turi va oilasi belgilanadi hamda Candidatus so‘zi qo‘shib qo‘yiladi.
Mikrobiologiyadagi ikkinchi muhim fundamental yo‘nalish bu – odam va boshqa jonzotlardagi mikrobiomni o‘rganishdir. Olimlar mikroblar va unga xo‘jayin organizm orasidagi turli bog‘liqliklarni aniqlashmoqda, hattoki mikroblar bizning asab tizimimizga, kayfiyatimiz va xatti-harakatimizga ham ta’sir ko‘rsatar ekan. Masalan, tadqiqotchilar sichqonlar bilan tajriba qilib ko‘rgan. Bir guruh sichqonlar ichagiga sut bakteriyalarini kiritgan, ikkinchi guruhga esa bunday qilinmagan. Natijada, birinchi guruh sichqonlari faolroq hamda topqirroq bo‘lib yetishgan.
Hozir qiziq amaliy tajribalar olib borilmoqda. Masalan, shunday mikroorganizmlar borki, ular turli moddalarni oksidlash jarayonida elektr toki ishlab chiqara oladi. Yoki aksincha, shunday mikroblar borki, ular elektr tokini iste’mol qilish orqali odam uchun muhim ahamiyatga ega bo‘lgan foydali moddalarni sintez qilib bera oladi.
Ekstremofil mikroorganizmlar
– Siz ekstremofil mikroorganizmlarni o‘rganasiz. Bu ekstremal sharoitlarda ham yashay oladigan mikroblardir. Bizning sayyoramizda ulardan holi joy bormi o‘zi?
– Suvosti vuqlonlarida va ulardan chiqib turgan quyqada harorat 300–400 daraja bo‘ladi. Mikroorganizmlar yashab, o‘zidan ko‘paya oladigan eng katta harorat bu 122 darajadir. Va ular aynan o‘sha suvosti vulqonlari og‘zidan topilgan. Albatta, suv yuz darajada qaynab, bug‘lana boshlaydi, lekin ummon tubidagi chuqur suvostidagi katta gidrostatik bosim tufayli yerosti manbalari tomonidan qizdiriladigan suv bu haroratda ham qaynamay, suyuqligicha qolaveradi. Shu joyda mikroorganizmlar yashay oladi. Ular gipertermofillar deyiladi.

Mikroblarning ko‘payishi uchun suv kerak. Cho‘llarda mikroorganizmlar spora ko‘rinishida yashaydi. Bunday shaklda ular qurg‘oqchilikka bardoshli tura oladi. Suv paydo bo‘lishi bilanoq spora ko‘payishni boshlaydi. Atmosferada ham mikroblar suv yo‘qligi uchun yashay olmaydi, lekin havoda sporalar uchib yuradi. Muzliklarda ham mikroblar o‘z vaqti-soatini poylab yotadi. Yerda mutlaq steril joylar juda-juda kam.
– Spora nima o‘zi? U qanday qilib murakkab sharoitlarda yashay oladi?
– Spora – tabiatning ajoyib ixtirosi. U juda qalin devorga ega bo‘lgan mini-hujayra desak bo‘ladi. U juda ham suvsizlangan. Sporada barcha jarayonlar to‘xtagan va hujayra tinch holatda turadi. Sporalar yuqori harorat, qurg‘oqchilik, ozuqa yo‘qligi singari holatlarga chiday oladi. Sharoit yaxshilanishi bilan ular ko‘paya boshlaydi. Sporali bakteriyalar juda ko‘p va bu sterilizatsiya jarayoni uchun katta muammo tug‘diradi.
Chunki ularning ayrim turlari 120 daraja haroratga ham bardosh bera oladi. Hamma bakteriyalar ham spora hosil qila olmaydi. Masalan, yadrosiz organizmlarning katta guruhini tashkil qiluvchi arxeylar spora hosil qilolmaydi. Ekstremofil bakteriyalar ham spora hosil qilmaydi. Ular shundoq ham yuqori haroratlarda o‘zini juda yaxshi his qiladi.
– Yana qanday mikroorganizmlar ekstremofillarga kiradi?
– Gipertermofillar – 80 darajadan baland bo‘lgan haroratlarda ham yashab, ko‘paya oladigan organizmlardir. Bu yuqori haroratlarda yashashga moslashgan alohida guruhdir. Asidofillar kislotaviy muhitda ham yashayveradi. Galofillar esa tuzlarning konsentratsiyasi juda yuqori bo‘lgan muhitda ham, hattoki 30 foizli namakobda ham yashaydi. Alkalofillar pH ko‘rsatkichi katta bo‘lgan ishqoriy muhitda ko‘paya oladi.
Yerda bunday ekstremal muhitlar mavjud: qaynoq buloqlar, tuzli ko‘lmaklar, ishqorli ko‘llar. O‘sha yerlarda ham mikroblar hayoti barq urmoqda.
– Qanday qilib mikroblar ekstremal haroratlarda va katta konsentratsiyali tuzlarda ham o‘zini bemalol his qiladi?
– Ular shunga moslashgan. Ekstremofillarning oqsillari yuqori haroratga chidamli bo‘ladi. Misol keltiraman: tuxumni qaynatsak, uning oqsili qotib qoladi. U o‘z konformatsiyasini o‘zgartirdi. Ekstremofillarga esa o‘z funksiyasini bajarishda davom etish, masalan, fermentativ funksiyani davom ettirish uchun konformatsiyasini saqlab turish juda muhim. 70-yillarda amerikalik tadqiqotchi Tomas Brok Yelloustoun qaynar buloqlarida yuqori haroratlarda yashab o‘sadigan mikroblarni aniqlagan edi.
Shunday 100 darajadan baland haroratda ham o‘sadigan mikroblar 1953-yilda Kamchatkadagi qaynoq buloqlardan ham topilgan. Termofil mikroorganizmlarni o‘rganish XX asrning oxirgi yillarida boshlandi. Keyin esa suvosti vulqonlarida yanada katta haroratda yashaydigan mikroblar aniqlandi. Bir vaqtning o‘zida oqsillar kimyosi bilan shug‘ullanuvchi yondosh fanlar mutaxassislari ushbu mikroorganizmlarning oqsil tarkibini tadqiq qila boshladi va ularning nega bu qadar bardoshli ekanini o‘rganishga kirishdi.
– Bunday organizmlar nima bilan oziqlanadi?
– Boshqa mikroblar nima bilan bo‘lsa, bular ham shu bilan: ular organik moddalarni iste’mol qiladi va kisloroddan oksidlovchi sifatida foydalanadi. Bundan tashqari, vulqonlarda yashaydigan ekstremofillar noorganik moddalarning energiyasidan ham foydalana oladi, ularga oksidlovchi sifatida nafaqat kislorod, balki boshqa oksidlovchi birikmalar ham ketaveradi. Bunday mikroblar masalan, vodoroddan energiya manbayi sifatida foydalana oladi. Oksidlovchi sifatida esa oltingugurtdan foydalanib, ularning nafas chiqarish mahsuloti sifatida serovodorod paydo bo‘ladi.
– Biz yuqori harorat, kislotaviy va tuzli muhitda ham yashaydigan bakteriyalar haqida gaplashdik. Radiatsiyaga ham bardoshli mikroblar bormi?
– Ha, bor. Bundaylardan eng taniqlisi Deinococcus radiodurans nomli mikrob. Gipertermofil arxeylar ham anchayin katta radiatsiyaga chiday oladi. Bu ularda zararlangan DNKni tiklay olish bilan bog‘liq o‘ziga xos mexanizmlarning mavjudligi bilan izohlanadi.

 Deinococcus radiodurans.
Odam mikrobiomi
– Kasallik qo‘zg‘atadigan “yomon” mikroblar mavjud. Shuningdek, biz bilan birgalikda tadrijiy rivojlangan va bizning organizmimizga yordam beradigan “yaxshi” mikroblar ham bor. Ayrim mikroblar betaraflik holatida yashaydi. Lekin biz antibiotiklar va gigiyena vositalarini qo‘llash orqali mikroblarning xilma-xilligini qisqartiramiz. Oqibatda, allergiya va autoimmun kasalliklar kelib chiqadi. Xo‘sh, bu balansni buzish va faqat yomon mikroblarga nisbatan tanlab ta’sir qilish orqali yaxshilarni saqlab qolish mumkinmi?
– Oxirgi o‘n yillikda biz shuni tushundikki, allergiya bu – odamda yoshlikdan chiniqtirilmagan va yot mikroblarga duch kelmagan immun tizimining pand berishi ekan. Siz aytgan betaraf mikroorganizmlar ham aslida yot mikroblarga bizning teri va ichagimizga kirib o‘rnashishga yo‘l qo‘ymaslik vazifasini bajaradi. Biroq bu borada ham hali aniqlanmagan jihatlar bisyor. Men bu borada bir ilmiy maqola o‘qigandim. Olimlar odam ichagi mikrobiomini tahlil qilib, undan hammada uchraydigan asosiy, markaziy guruh mikroorganizmlarini ajratib olishga uringan.
Lekin, bunday mikroorganizmlar yo‘q. Faqat shunday mikroorganizmlar bor ekanki, ular ko‘plab odamlarda uchraydi. Shu bilan birga mikroblar xilma-xilligi odam umri davomida juda ko‘p o‘zgarishlarga yo‘liqadi. U qanday antibiotiklar qabul qilingani, qanday kasalliklar bo‘lgani, turmush tarzi va hokazolarga bog‘liq bo‘ladi. Shunga qaramay sog‘lom organizmda mavjud bo‘ladigan mikroblar guruhlari doimiy qoladi. Xususan, bunday mikroblarga laktobakteriyalar hamda laktobatsillalar kiradi. Ular probiotiklar ham deyiladi.
Odam tanasida yashaydigan mikroorganizmlarning yana katta qismi terida va og‘iz bo‘shlig‘ida bo‘ladi. Tashqi muhit bilan kontaktda bo‘ladigan hamma joyda, ayniqsa, ichakda va butun hazm sistemasida juda ko‘plab mikroorganizmlar, jumladan, patogenlar ham yashaydi. Sharoitning o‘zgarishi, masalan, stress, immun tizimining susayishi singarilari tufayli ushbu mikroorganizmlar kasallik qo‘zg‘atishi mumkin.
Odatda, ular tushovlangan bo‘ladi, lekin organizm ularga qarshi kurashishni to‘xtatsa, bular yashnay boshlaydi va infeksiya keltirib chiqaradi. Yana bir muhim jihat: har bir odamning o‘z mikoorganizmlari bo‘ladi. Bir odam uchun ular odatiy bo‘lsa, boshqalar uchun bu zararli bo‘lishi mumkin, ayniqsa, bolalar uchun. Shu sababli gigiyena qoidalariga amal qilish juda muhim.
Kosmosdagi bakteriyalar
– Aytaylik, Marsda, Titanda yoki Enseladda haqiqatan ham mikroblar mavjud. Bunday mikroorganizmlar qay ko‘rinishda bo‘lishi mumkin? Ular nima bilan oziqlanadi? Bunday sharoitlarda qanday yashaydi?
– To‘g‘risini aytsam, men o‘zga sayyoralarda mikroorganizmlar yo‘q bo‘lsa kerak deb o‘ylayman. Agar mabodo ular bor bo‘lsa ham, mikroblarga suyuq suv zarur bo‘ladi. Ikkinchidan, ularga energiya manbayi, masalan, vodorod zarur. Uchinchidan, oksidlovchi kerak. Ehtimol, CO2, chunki u hamma joyda bor. Menimcha, Marsda biogen metan topishgandi. Agar u yerdan mikroorganizmlarni aniqlashsa lol qolgan bo‘lar edim.

Hayot juda murakkab jarayon va u hamma joyda bir vaqtda rivojlangan bo‘lishiga ishonish qiyin. Agar qayerdadir hayot shakliga, ayniqsa, yerdagi singari ko‘rinishdagi hayot shakliga duch kelinsa, unda katta ehtimol bilan mikroorganizmlar qayerdandir u yerga uchib borib qolgan bo‘lsa kerak deyishim mumkin. Yoki bizga o‘sha yoqlardan kelib qolgan yoki bizdan u yoqqa borgan, ehtimol meteoritlar orqali yetib borgan deyish mumkin.
– Biror sayyorada metan o‘zgarishlarini aniqlashgani haqidagi yangiliklarni o‘qish juda qiziq. Va darhol u yerda hayot bordir, deyishadi.
– Ha, bu qiziq. Odamlar o‘zga sayyoralarda yashovchi tirik mavjudotlarning, hech bo‘lmasa, mikroblarning topilishini istaydi.
– Mikroorganizmlar kosmosda yashay oladimi?
– Ha, yashay oladi. Hamkasblarim tajriba qilib ko‘rgan. Kosmik kema tashqi tarafiga, shartli aytadigan bo‘lsak, tosh bog‘lab qo‘yishgan. Undagi tirqichlarda mikroblar mavjud bo‘lgan. U uchib, atmosferaning zich qatlamlaridan, yuqori haroratli joylardan o‘tib, keyin yana yerga qaytgan. Albatta, bunday kosmik parvozdan keyin o‘sha tosh tirqichidagi mikroblarning faqat bir turi yashab qolgan. Lekin shu bo‘lsa ham yashab qoldiku! Bu ham bo‘lsa mikroorganizmlar, meteoritlarga o‘rnashgan holda koinot orqali uchib sayohat qilib, yerga yetib kela olishiga isbotdir.
Bakteriyalarning amaliy qo‘llanishi
– Ekstremofillarni o‘rganishdan odamga foyda bormi yoki bu faqat ilmiy nuqtayi nazardan qiziq xolosmi?
– Mikroorganizmlarning yuqori haroratlarga chidamliligidan biotexnologiyalarda va sanoat ishlab chiqarishlarida foydalaniladi. Masalan, Thermus aquaticus bakteriyasining termik bardoshli DNK-bog‘lanishli polimerazasi yuqori haroratlarda ro‘y beradigan polimeraz zanjir reaksiyasini amalga oshiradi. Hozirda bakteriya fermentlari, shuningdek, infeksion kasalliklarning qo‘zg‘atuvchisini aniqlashda ham ishlatiladi. Bunday tahlilni istalgan poliklinikada o‘tkazish mumkin.
Yana bir termobarqaror ferment – ksilanaza – qog‘ozni oqartirish uchun ishlatiladi. Bu kimyoviy ishlov berish texnologiyasiga muqobil, lekin ekologik jihatdan bexatarroq bo‘lgan texnologiyadir. Ekstremofil mikroorganizmlardan olinadigan fermentlar qo‘llanadigan yana ko‘plab sohalar bor. Masalan, termobarqaror keratinaza qush patini chiritadi. Uni parrandachilik sanoatida chiqitlarni tezroq yo‘q qilish uchun ishlatish mumkin. Va albatta, fundamental ilmiy qiziqish doimo mavjud. Kelajakda nima senga asqotishini hech qachon oldindan bilmaysan.
– Ilmiy faoliyatingiz mobaynida qaysi bakteriya sizni eng ko‘p hayratga soldi?
– Bu yaqindagina sodir bo‘ldi. Bu mikroorganizmni o‘rganish bilan hamkasabam shug‘ullangan. U geolog edi. Bakteriya ishqoriy muhitda yashaydi va uni sodali ko‘ldan topildi. Mikroorganizmni atsetat (sirka) mavjud muhitda hamda temir oksidi mavjud sharoitda o‘stirib ko‘rildi. Bu bakteriya atsetatdan energetik manba sifatida va temir oksididan oksidlovchi sifatida foydalanib bemalol yashab ketdi.
Eng qizig‘i, ushbu bakteriya jarayonni teskarisiga ham bajara olishi aniqlangani bo‘ldi. U ikki valentli temir uchun valentligacha oksidlab bera olarkan. Bu jarayonda olingan elektronlar esa uglekislota molekulasiga yo‘naltirilib, undan atsetat hosil qiladi. Bu bakteriya sharoitdan kelib chiqib ikki xil yo‘nalishda ishlay oladi. Olimlar atsetat miqdori kamayish o‘rniga ko‘payayotganini ko‘rib buni payqab qoldi.
Geoalkalibacter ferryhydriticus nomli bu bakteriya qadimgi yer sharoitida va Marsda yashagan bo‘lishi ehtimoli mavjud ajoyib nomzoddir. Oksidlangan temir va uglekislota hamma joyda mavjud. Bu bakteriya uchun esa boshqa narsa kerak ham emas. U noorganik temir minerali va uglekislotadan organik moddalarni hosil qilib bera oladi. Bu organik moddalardan esa boshqa mikroorganizmlar foydalanishi mumkin. Natijada, butun boshli mikroblar jamiyati shakllanadi. Shu tariqa ko‘z o‘ngimda ajoyib bir kashfiyot bo‘ldi. U qadimgi yer va ehtimol boshqa sayyoralarda yuz bergan jarayonlarni izohlashga yordam berishi mumkin.