Термофильные микробы

— Низшие организмы, как и все живые существа вообще, могут жить лишь при точно определенных внешних условиях их существования, т. е. условий среды, в которой они живут, причем для каждого внешнего фактора, для температуры, давления, влажности и пр. наблюдаются определенные maximum и minimum, в пределах между которыми только и возможно существование данного организма. Вне этих пределов жизнедеятельность макро- и микроорганизмов прекращается, они или сразу погибают, или сохраняют еще некоторое время свою жизнеспособность — ведут, по удачному выражению Клода Бернара, "скрытую (latente) жизнь". Среди внешних факторов видное место занимает температура. Для каждого организма можно установить температурные maximum и minimum, при которых возможно его существование вообще, но, кроме того, можно указать и те температурные пределы, в которых его развитие совершается нормально, т. е. температурный optimum. Для большинства живых существ optimum температуры лежит между 0° и 45°С. Микробы чаще всего нормально развиваются при 0° — 50°С. Это — их optimum. Понижение за 0°С и повышение температуры выше 50°С ведут у них к различным патологическим явлениям и к гибели. Но существует целый ряд низших организмов, микробов в широком смысле этого слова, температурный optimum развития которых значительно выше, чем у других организмов. Еще Микель наблюдал бактерии, которые лучше всего развиваются при 70°С и гибнут при понижении температуры до 50° — 55°С. Ван-Тигем нашел один Streptococcus, который свободно развивался при температуре в 74°С. Подобные микробы носят название "термофильных". В самое последнее время они изучались уже более серьезно. Глобиг выделил из земли около 20 различных бактерии, температурный optimum развития которых лежит около 65°С. Исследования Глобига, Рабиновича, Macfadyen, Blaxall, Laxa, Michaëlis'a, Kedzior'a и других авторов обнаружили, что термофильные микробы широко распространены в природе и играют в ней существенную роль. Их зародыши были находимы в достаточном изобилии в почве, как на поверхности ее, так и на глубине, в пыли, в снегу, в воздухе, а в особенности в воде, в теплых источниках, в навозе и в кишечнике человека. Среди термофильных микробов мы встречаем не только бактерий, но и другие организмы, грибы и водоросли. Так, в 1846 году Flourens нашел одну водоросль, которая свободно жила при 98°С. Brewer находил в одном горячем гейзере при температуре в 83° некоторые виды Nostoc. Эренберг наблюдал развитие Т. зеленых и красных водорослей в теплых источниках острова Искии при температурах в 63° — 65°С. Из земли, навоза, теплых источников и кишечника человека Kedzior, Циклинская и другие исследователи неоднократно выделяли термофильные актиномицеты (Actinomyces) — лучистые грибки. Грибок Thermostreptotrix vulgaris по наблюдениям Kedzior в течение 3 часов выносит температуру в 80°С. В желудке и кишечнике человека Мечников, Ненцкий, Циклинская и др. находили Т. дрожжевые грибки Torula, Saccharomyces rosea, S. capsulatus, Monilia candida, a в испражнениях человека и животных грибы Penicillium sp. и Mucor sp. Температурный optimum для большинства термофильных микробов лежит в пределах от 50° — 70°С в среднем. При низших температурах они также развиваются, но чаще всего дегенерируют, образуя инволюционные формы или гибнут. Отношение Т. микробов к кислороду различное. Среди них есть и типичные аэробы и анаэробные формы, последние особенно среди бактерии. Влияние их на окружающую среду существенно в экономии природы. Большинство термофильных бактерии, а также грибов принадлежит к энергичным сапрогенным (гнилостным) формам, разлагающим сложные органические соединения на простейшие. В земле, в воде, а особенно в навозе и в содержимом кишечника человека и животных постоянно находятся Т. микробы, пептонизирующие, а также разрушающие белки с образованием аммиака (NH₃). В этих же средах живут и Т. микробы, вызывающие брожение клетчатки с выделением углекислоты и метана (СО₂ и СН₄). По наблюдениям нескольких авторов, некоторые Т. микробы сбраживают сахары, выделяют протеолитический и диастатический энзимы. Таким образом, Т. микробы широко распространены в природе, особенно благодаря тому, что среди них есть не только аэробные, но и анаэробные организмы и они принимают огромное участие в мировом круговороте органогенов, углерода, кислорода, водорода и азота. Особый научный интерес возбуждает сущность термобиоза. Жизнь при высоких температурах, при 70° и более, представляется прежде всего как бы противоречащей тому, что мы знаем из биологии о нормальных условиях для существования живой протоплазмы. Здесь прежде всего возникает ряд вопросов о том, каким образом на земле могли создаться условия для жизни при высоких температурах, специфично ли явление термобиоза для строго определенных форм, каково происхождение термофильных микробов, как согласуется жизнь при высоких температурах с нашим представлением о протоплазме, как о комплексе малопостоянных веществ, разрушающихся уже при температурах в 50° — 55°С? Ведь некоторые белки уже начинают свертываться при этой температуре. Ответы на эти вопросы и являются задачей современной микробиологии и кое-что в этом направлении уже сделано, хотя все-таки наука пока не вышла еще здесь из области гипотез. Исследования Globig'a, Macfadyen'a, Blaxall'я, Мечникова, Циклинской и мн. других авторов приводят к следующим выводам по этому поводу. В природе действительно существует иногда значительное нагревание той среды, в которой приходится жить микробам. Солнце часто очень сильно нагревает почву, а некоторые вещества, как, напр., навоз, сено, хлопок, ссыпанное зерно хлебных злаков, подвергаясь разложению, начинают "гореть", т. е. сильно нагреваться, так как совершающиеся в них процессы распада сложных органических веществ сопровождаются выделением тепла, какие явления и создают естественные условия для существования термобиоза. При начале этого нагревания, как солнечного, так и вызываемого низшими сапрогенными организмами при разложении ими навоза и др. веществ, в земле и др. только что названных средах находится много микробов, но по мере повышения температуры за 50° и выше значительная часть их гибнет, а выживают только некоторые, приспособившиеся к такому существованию. Таким образом, явление термобиоза — есть явление приспособления некоторых микробов к естественному, ими же вызываемому в некоторых случаях, повышению температуры среды. Термобиоз — не специфичен и не обязателен для строго определенных форм, так как среди термофильных микробов мы встречаем и такие формы, как Bacillus subtilis, Bacterium coli commune, Bacillus mesentericus, которые отлично развиваются и при низких температурах. Итак, термобиоз при гниении органического вещества обусловливается самими же Т. микробами и др. сапрогенными организмами. Относительно происхождения Т. микробов пока есть два предположения. По одному из них Т. микробы — формы наиболее древние, особенно бактерии, существовавшие еще в ту эпоху жизни нашей планеты, когда температура земли вообще была значительно выше. По другому — это формы, происшедшие от других микробов путем позднейшего приспособления к жизни при высоких температурах. Обе гипотезы весьма вероятны, но весьма возможно, что могли появиться обоими путями, тем более, что среди этой, чисто физиологической группы организмов, есть представители разнообразных классов микробов, не находящихся в непосредственном филогенетическом родстве. Ответом на вопрос о том, почему протоплазма Т. микробов переживает и энергично функционирует при темп. выше 50°, не разрушаясь при этом — являются также гипотезы. Davenport объясняет это явление значительным уменьшением воды в протоплазме Т. микробов при высокой температуре, а Циклинская, кроме того, предполагает, что тут играют роль еще и другие факторы, как, напр., определенное содержание солей в протоплазме, степень ее щелочности, способствующие ее сохранению при повышении температуры.

Литература. Miquel, "Bulletin de la station municipale de Paris" (1879); его же, "Annales de micrographie" (1888) и "Annuaire de Montsouris" (1881); Van Tieghem, "Bull. d. l. Soc. botan. de France" (1881); Globig, "Ueber Bacterien-Wachsthum bei 50° — 70°С." ("Zeitschr. f. Hygiene", т. III, 1888); Macfadyen and Blaxall, "Thermophilic Bacteria" ("Journal of Bacteriology and Pathology", т. III, 1894); их же, "Thermophilic Bacteria" ("Transactions of the Jenner Institut of Preventive Medicine", 2 сер.); Michaëlis, "Beitr. zur Kenntniss d. thermoph. Bact." ("Archiv für Hyg.", 36 т., 1899); Tsiklinsky, "Recherches sur les microbes thermophiles" (здесь собрана вся литература; Женева, 1903).