Почкование дрожжей

С помощью дрожжей были сделаны несколько очень важных открытий, имеющих общебиологическое значение. Так, в 1897 году братья Бюхнеры случайно открыли ферменты, или энзимы, – вещества, ускоряющие и направляющие химические превращения внутри клеток. Они пытались приготовить экстракт из пивных дрожжей для медицинских целей и для этого отжимали сок из клеток дрожжей на механическом прессе. Добавив к бесклеточному соку в качестве консерванта сахар, они с удивлением обнаружили, что «законсервированный» сок начал бродить. Это означало, что внутри клеток дрожжей (сами клетки были уже разрушены) содержатся вещества, с помощью которых сахара превращаются в спирт и углекислый газ. Теперь мы знаем, что процесс брожения происходит под действием смеси энзимов, содержащихся в клетках дрожжей. Слово «энзим» происходит из греческого языка и означает «в дрожжах». Второе название этих веществ – ферменты – происходит от латинского слова «fermentum» – брожение. Однако ферменты–энзимы есть не только у дрожжей и осуществляют не только брожение, а почти все реакции внутри абсолютно всех организмов.

Ферменты – неотъемлемые компоненты живого. Именно с их помощью происходят удивительные превращения веществ внутри клеток: дыхание, превращение сахара в крахмал (и обратно) в организме растений, превращение гликогена в глюкозу (и обратно) в организме животных и грибов, разрушение целлюлозы и лигнина древесины плесневыми грибами и бактериями и многие другие. Вспомните, азотфиксирующие бактерии способны связывать атмосферный азот, превращая его в соли аммония, доступные растениям. Как удается этим бактериям сделать то, чего современная техника может достичь только при температуре +400°С и давлении 200 атмосфер?! Как могут гидрофильные бактерии «сжигать» водород, не взрываясь при освобождении огромного количества энергии?

Все эти реакции происходят в живой клетке только с помощью и под контролем ферментов. Каждый фермент можно сравнить со станком, нарезающим свою деталь. А «деталь» – это вещество, которое подвергается изменениям. Ферменты запускают определенные реакции, определяют направление, в котором будет проходить превращение какого–либо вещества, и оказывают влияние на скорость этих реакций, замедляя или ускоряя их. Ферменты, словно диспетчеры на высокотехнологичном промышленном предприятии, ведут постоянный контроль за процессами производства и разрушения разных веществ в живых организмах. Без этого контроля даже обычный процесс дыхания мог бы разрушить клетку. Нерегулируемый процесс быстрого окисления органических веществ можно видеть, когда мы разводим костер. Внутри клетки «сгорание» контролируется ферментами и называется уже не горением, а дыханием.

В природе дрожжи встречаются на опавших плодах, ягодах и листьях растений. Их легко увидеть весной, во время сокодвижения. Вам, наверное, приходилось находить поврежденные стволы берез, из которых вытекает сок. Если прийти туда через несколько дней, вы увидите, что место, откуда вытекал сок, превратилось в розоватую кашицу, живую массу дрожжевых грибков, которые поселились на богатом сахарами субстрате.

Грибы–врачи

Многие грибы, особенно микроскопические, образуют ценные вещества: витамины, органические кислоты (например, лимонную и глюконовую) и ферменты. Всем известны лекарственные вещества, называемые антибиотиками, – их тоже вырабатывают грибы.

Антибиотики – особые вещества, которые подавляют рост других организмов (например, бактерий) и применяются при лечении многих заболеваний человека.

Первый антибиотик – пенициллин – был открыт в 1928 году шотландцем Александром Флемингом. Грибы рода пеницилл (Penicillium, читается: пенициллиум) давно известны ученым, да и вы наверняка не один раз сталкивались с зеленоватым налетом, который появляется на залежавшихся продуктах, и не догадывались, что перед вами знаменитый пеницилл. Флеминг, естественно, также был знаком с этим плесневым грибком, но на его чудесные свойства наткнулся совершенно случайно, как это часто бывает в науке. В чистую культуру бактерий стафилококков, вызывающих гнойную инфекцию, случайно упала спора одного из видов пеницилла (Penicillium notatum), и произошло удивительное. Вокруг проросшей споры образовалось свободное пространство, где бактерии стафилококков были полностью уничтожены. Это случайное наблюдение натолкнуло Флеминга на мысль получить из плесени средство от нагноения, вызываемого стафилококками. Десять лет спустя в США удалось наладить массовое производство нового лекарственного препарата. Пенициллин эффективен и при лечении многих других заболеваний, включая пневмонию, скарлатину, дифтерит. (Кстати, не путайте названия самого гриба пеницилла и его продукта – вещества пенициллина!)

Следом за пенициллином были открыты многие другие антибиотики, и сейчас ведется интенсивный поиск всё новых и новых лекарственных веществ. Такое внимание к грибам не случайно. По характеру обмена веществ грибы занимают промежуточное положение между растениями и животными, поэтому мы вправе ожидать, что среди грибов удастся найти такие вещества, какие ни растения, ни животные образовывать не могут.

Вернемся к антибиотикам и подумаем, зачем могли возникнуть у грибов вещества, убивающие бактерий? Количество микроорганизмов, населяющих каждый комочек почвы, каждую капельку воды, настолько огромно, что его невозможно представить. Например, на 1 см² стопы человека обитает около 2 млн. бактерий. Чтобы отвоевать себе место для жизни, микроскопические грибы просто вынуждены применять «химическое оружие» против многочисленных конкурентов. И война эта ведется не только с бактериями, но и со своими же грибами. Оставьте кусочек корочки от сыра или хлеба в полиэтиленовом пакете (или как говорят микробиологи, произведите посев), и уже через несколько дней его украсят разноцветные островки плесени всех размеров и сортов. При этом каждая из них будет расти своей отдельной колонией. Все эти разные грибы питаются одним и тем же продуктом, т. е. конкурируют за пищевые ресурсы и за пространство для жизни. И всем им, чтобы выжить и оставить свое многочисленное потомство, заключенное в споры, необходимо сдерживать рост других колоний грибов. В этом им помогают антибиотики. Получается, чем сильнее «химическое оружие» организма, тем больше у него шансов на выживание. Так на протяжении миллионов лет и поныне, словно химики в • лаборатории, микроскопические грибы неустанно создают новые всё более и более эффективные антибиотики, помогающие им победить в борьбе с другими видами микроорганизмов, и вслед за ними так же упорно микробиологи ищут эти чудесные вещества, чтобы поставить их на службу человеку.

Большое экономическое значение имеют и другие грибы из рода Penicillium. Одна из таких плесеней – Penicillium roquefortii (читается: пенициллиум рокфорти) – впервые найдена в пещерах вблизи французской деревни Рокфор. Согласно легенде, крестьянский мальчик забыл свой завтрак – кусочек обычного свежего сыра – в одной из пещер, а вернувшись через несколько недель, нашел на его месте ароматный сыр с цветными разводами. Настоящий сыр «Рокфор» с тех пор изготавливается только в этом районе Франции. Другой вид этого рода – P. camembertii – придает специфические вкусовые качества сыру «Камамбер». В промышленности лимонную кислоту в больших количествах получают из колоний аспергилла (Aspergillus), выращенных в сильно кислой среде.

Разные виды пеницилла отличаются строением спороносных органов