Почему мы изучили всего 1% бактерий на Земле

Остановитесь на минуту и задумайтесь: вокруг нас кипит невидимая жизнь. Бактерии — везде. На коже, в кишечнике, в каждой капле океана и в воздухе, которым мы дышим. Они — и наши невидимые защитники, и причина страшных болезней. Учёные охотятся за ними веками. Но поймать их оказалось дьявольски сложно.

Проблема в масштабе. Одну-единственную бактерию не разглядишь и не изучишь. Чтобы понять, с кем имеешь дело, нужно вырастить целую колонию — миллионы её сородичей в одном месте. За 200 лет микробиологии нам это удалось примерно с 30 тысячами видов. Звучит внушительно? А теперь самое интересное: это лишь один процент от всех бактерий, которые, как мы предполагаем, населяют планету.

Почему же, имея в руках все технологии, мы такие «слепые»? Почему не можем вырастить остальные 99%? Этот парадокс учёные называют «аномалией большого количества чашек Петри». И корни этой проблемы уходят в историю.

В эпоху, когда антисептик стал нашим лучшим другом, трудно представить, что 280 лет назад врачи могли спокойно идти со вскрытия трупа к роженице, даже не помыв руки. Мы просто не связывали болезни с этими крошечными существами. Кто-то винил «плохой воздух» — миазмы, кто-то — дисбаланс жидкостей в теле, а некоторые и вовсе искали противоядия в еде.

Перелом наступил в XIX веке благодаря гениям Луи Пастера и Роберта Коха. Пастер яростно доказывал «теорию микробов», а Кох придумал, как их приручить.

Его метод сейчас кажется кустарным, но для того времени это был прорыв. Кох наливал питательный бульон с желатином в стеклянные тарелки и накрывал их сверху стеклянными колпаками, чтобы бактерии из воздуха не испортили эксперимент. Да, именно так всё и начиналось.

Конструкция была ужасно неудобной: тяжёлые колпаки, желатин, который плавился при малейшем тепле и быстро портился. Работать с этим было мучительно.

И тут на сцену выходит Юлиус Рихард Петри — скромный ассистент в лаборатории Коха. Гениальность его изобретения — в простоте. Он просто взял две тарелки и поставил одну на другую, как крышку. Так на свет появилась легендарная чашка Петри. Лёгкая, удобная, защищённая от случайных микробов. Мы пользуемся такими же до сих пор, только стекло заменили на пластик.

Но была ещё одна проблема — еда для бактерий. Желатин для этого подходил плохо. Решение нашла женщина, чьё имя история чуть не забыла. Фанни Гессе, жена коллеги Коха, предложила использовать агар-агар — вещество, которое она знала по кулинарным рецептам для приготовления джемов. Оно оказалось идеальной средой: не плавилось при нагреве и не портилось.

Вот так, благодаря двум простым изобретениям — чашке Петри и агару — микробиология обрела свой главный инструмент. Казалось бы, теперь можно вырастить всех и вся. Но не тут-то было.

Так в чем же проблема?

Бактерии — те ещё капризули и узкие специалисты. В чашке Петри с агаром при комнатной температуре отлично чувствуют себя только те, кто привык к таким условиям — так называемые «сорняки». Они тут же заполоняют всю тарелку, не оставляя шансов более привередливым собратьям.

А как вы в лаборатории создадите условия для бактерии, живущей в жерле подводного вулкана? Или для той, что обитает глубоко в вашем кишечнике и не выносит кислорода? Как их накормить? Ведь для некоторых единственная подходящая еда — это содержимое нашей кишки.

Учёные, конечно, изощряются. Добавляют в среду антибиотики, чтобы убить всех, кроме нужного устойчивого вида. Лишают среду азота, чтобы выжили только те, кто умеет его фиксировать. Но это не помогает, если бактерия — облигатный симбионт и просто не может жить без организма-хозяина. Вытащил её из родного дома — она погибла.

Вот вам и разгадка аномалии. Мы умеем считать бактерии под микроскопом и видим, что их в разы больше, чем мы способны вырастить в чашке. Огромный, неизведанный мир остаётся для нас «тёмным лесом». И это настоящая головная боль для науки, ведь чашка Петри — это окно в мир микробов. Только вырастив колонию, мы можем проверить на ней лекарства, понять её ДНК или найти новый антибиотик. Без этого мы как слепые котята.

Что дальше?

Несмотря на все сложности, наука не стоит на месте. Новые методы культивирования, хитроумные способы имитировать любые условия — от космического вакуума до глубин океана — появляются каждый год. Новые Кохи, Петри и Фанни Гессе нашего времени ведут свою тихую революцию в лабораториях по всему миру.

И кто знает? Возможно, именно благодаря этим инновациям мы не только найдём антибиотики будущего, но и, заглянув в геном этих неуловимых созданий, сможем узнать, как выглядел самый первый организм на Земле. Погоня продолжается!