Текст книги "Знание - сила, 2003 № 08 (914)"

Автор книги: Автор Неизвестен

сообщить о нарушении

Текущая страница: 1 (всего у книги 12 страниц)

Знание – сила, 2003 № 08 (914)

Ежемесячный научно-популярный и научно-художественный журнал

Издается с 1926 года

«ЗНАНИЕ – СИЛА» ЖУРНАЛ, КОТОРЫЙ УМНЫЕ ЛЮДИ ЧИТАЮТ УЖЕ 77 ЛЕТ!

Заметки обозревателя

Александр Волков

He дай поговорить микробам!

Каким бывает мирное время? Радость, покой... Минувшая весна, помнится, даже не будь иракской войны, была окрашена в тревожные тона.

Каждый день в выпусках новостей звучали новые сводки с фронта боев. Еще одна страна завоевана вирусом, еще одна группа пострадавших доставлена в больницу. Атипичная пневмония! Откуда взялся этот вирус?

Уж не результат ли он военных разработок?

Что еще за напасти могут нас ждать?

Как бороться с бактериями и вирусами, грозящими нам?

Есть ли в арсенале ученых новые средства защиты от инфекций?

В последние месяцы подобные вопросы звучат очень часто. Биология долго считалась «наукой жизни». В наши дни она неожиданно стала наукой, несущей смерть. «Коровье бешенство», биотерроризм, клонирование человека, генетические манипуляции над растениями и животными – все это дары современной биологии. Сколько еще у нее припасено сомнительных удовольствий?

Разве не удивительно! Система контроля за ядерным оружием существует давно, а никакого контроля за биологическим оружием практически нет. А ведь оно может быть не менее опасно! Сейчас в любой мало-мальски оборудованной лаборатории можно вести опыты с токсинами ботулизма, спорами сибирской язвы или другими возбудителями недугов, всячески модифицируя их. Еще до вспышки эпидемии атипичной пневмонии наблюдатели предупреждали, что результатом необдуманных экспериментов может стать появление смертельно опасных возбудителей гриппа, кори, кишечных инфекций... Разве пневмония не из этого ряда?

А что еще в этом ряду? Оспа. По мнению многих специалистов, самая страшная инфекционная болезнь, с которой сталкивалось человечество. Лишь в XX веке, в пору массовой вакцинации от оспы, эта болезнь унесла жизни нескольких сотен миллионов человек.

8 мая 1980 года Всемирная организация здравоохранения объявила о полной победе над оспой. Это событие стало одним из главных достижений медицины XX века. И вот теперь на Западе вновь обсуждается необходимость всеобщей вакцинации от оспы.

Так, в Германии уже составили трехэтапный план действий на случай начала эпидемии оспы. «Во избежание возможных беспорядков или паники среди населения следует провести всеобщую вакцинацию в течение нескольких дней» – говорится в подготовленном документе. Ведь даже инфицированных оспой можно спасти, если сделать им прививки в первые четыре дня после заражения.

В стране с населением вдвое меньше, чем в России, намечено открыть 3287 пунктов вакцинации в школах, на предприятиях и стадионах. Любой пункт будет оборудован «достаточным количеством вакцины и шприцев, а также письменными принадлежностями». На каждом пункте будут работать более ста человек персонала. Пациентов рекомендуется выстраивать в десять очередей. Воистину, немецкого педантизма на случай чрезвычайных ситуаций у нас в России всегда не хватает!

«Нельзя ждать, пока начнется эпидемия оспы. Проведение всеобщей вакцинации населения в сжатые сроки – задача чрезвычайно трудная, поэтому к ее выполнению надо готовиться уже сейчас», – так руководители германского здравоохранения объясняют причину принятия подобной программы.

В США подготовка к возможной эпидемии тоже началась. Уже к началу марта профилактические прививки от оспы были сделаны примерно полумиллиону солдат. Намечена вакцинация еще около десяти миллионов служащих. Кстати, в канун Рождества президент Буш тоже сделал себе прививку от оспы.

«На первый взгляд, это выглядит как демонстрация американской неуязвимости, – говорит Александр Кекуле, директор Института медицинской микробиологии (Галле, Германия), – в действительности же, это признание медицинского и политического банкротства. Самый могущественный человек на Земле боится болезни, которая официально была побеждена 23 года назад».

В отличие от него, специалисты по инфекционным заболеваниям вовсе не горят желанием делать себе прививку от оспы. Ведь она далеко не безопасна. В одном случае из тысячи у человека наблюдаются серьезные осложнения. По оценкам экспертов, в США из-за различных противопоказаний нежелательно делать прививки 25 – 30 процентам населения.

По расчетам немецкого врача Райнера Лауфса, в случае всеобщей вакцинации погибнут около ста жителей Германии. А надолго ли защитит вакцина? По большому счету, срок ее действия неизвестен. Несколько десятилетий назад врачам, работавшим в очагах эпидемий, прививали оспу раз в три года. По оценкам экспертов ООН, прививка эффективна в течение десяти лет. Давняя прививка, как правило, не может предотвратить заболевание оспой, но заметно смягчает болезнь; теперь она вряд ли завершится смертельным исходом.

Впрочем, у медиков довольно проблем и без оспы. Положение с инфекционными заболеваниями сейчас серьезное. Так, в США они вышли уже на третье место в списке причин смертности населения. Все чаше врачи вынуждены беспомощно наблюдать за тем, как их пациенты умирают от давно побежденных болезней. Эффективность антибиотиков порой оказывается крайне низка, а ведь только они да вакцины – наше главное оружие в борьбе с инфекциями. А есть ли альтернативные средства лечения?

В СССР еще до появления антибиотиков успешно боролись с бактериальной опасностью с помощью медикаментов, приготовленных на основе бактериофагов – вирусов, которые охотятся на определенные виды бактерий и вводят в них свою ДНК, заставляя их плодить новых фагов. В отличие от многих других вирусов, вызывающих опасные недуги, например, оспу или СПИД, бактериофаги безобидны для человека. И, значит, их можно использовать для борьбы с болезнями, одолевающими нас, ведь для фагов наше тело—л ишь «тучное пастбище», где жируют стада бактерий.

Мази, микстуры и лекарства, содержащие подобные вирусы, использовали при лечении различных заболеваний: они защищали красноармейцев от гнойных инфекций; помогали справиться с осложнениями, возникавшими после операций; оберегали детей от расстройства желудка. Подобные медикаменты часто помогали лучше, чем позднее – антибиотики. Последние, по идее, убивают любые бактерии, как вредные, так и полезные, а это подвергает человека риску вторичных инфекций.

В последние годы интерес к подобным лекарствам стремительно растет. За минувшие шестьдесят лет мы истребили почти все слабые бактерии, зато выжившие микробы стали невероятно сильны. «Из-за их невосприимчивости к антибиотикам, – отмечает грузинский ученый Александр Сулаквелидзе, работающий сейчас в США, – мы, возможно, будем отброшены в ту эпоху, когда никаких антибиотиков не было и в помине». Наследники советской школы медиков объявляются в США, Канаде, Израиле, Индии. Есть целые направления медицины, где не обойтись без бактериофагов, например: лечение ожогов и наружных ран, поскольку антибиотики здесь плохо помогают; лечение инфекционных болезней, возбудители которых привыкли к антибиотикам.

Спектр внелечебного применения фагов тоже довольно широк. Они обеззараживают продукты, зашишая нас от сальмонеллеза. Борются с микробами, вредящими садовым и огородным культурам, и повышают урожайность овощей. На пляжах очищают песок от бактерий. В продовольственных магазинах могут стерилизовать прилавки и витрины.

Впрочем, в любом случае бактериофаги не сумеют полностью потеснить антибиотики. Ведь они не справляются с микробами, проникающими внутрь человеческих клеток, например, туберкулезными палочками или возбудителями тифа. А еще они – однолюбы. Они специализируются лишь на отдельных видах бактерий. В этом их преимущество; в этом и недостаток. Нужно детально знать, какая именно разновидность бактерий вызывает болезнь. Охотник не станет нападать на чужую добычу. Ему подавай лишь его излюбленных микробов.

Другое решение предлагают ученые, наблюдающие за поведением бактерий. В последние годы стало ясно, что бактерии обмениваются какими– то сигналами. Повинуясь им, например, они образуют колонии на эмали зубов, вызывают воспаления слизистых оболочек или нарушают работу кишечника.

А ведь еще недавно бактерии считались одиночками, не способными к общению с собратьями. Теперь же стало ясно, что они – по-настоящему «коллективные животные». Они, например, быстро замечают, много ли микробов находится по соседству. Когда их скопление достигнет определенной величины, их поведение резко меняется.

Исследователи окрестили этот феномен Quorum sensing. Бактериям нужен какой-то «кворум», чтобы принять решение. Они определяют этот кворум, выделяя сигнальные молекулы. Если бактерий собралось в этом месте достаточно много, то сигнальные молекулы, выделенные соседями, постоянно достигают их. Это вызывает неожиданный эффект. В организмах бактерий переключаются какие– то гены, и их поведение резко меняется. Пока еше, правда, непонятен механизм воздействия сигнальных веществ на генетику бактерий. Зато ясна реакция. В одних случаях бактерии, как по команде, выделяют яды иди вредные ферменты; в других случаях окутываются слизистой пленкой, защищающей их от антибиотиков.

Американские издатели за цензуру

В феврале 2003 года на ежегодной конференции American Society for the Advancement of Science, проходившей в Денвере, главные редакторы и издатели крупнейших научных журналов выступили с необычным обращением. Они заявили, что намерены запрещать публикацию любых материалов, которые могут угрожать безопасности США. Речь идет прежде всего о статьях, посвященных биотерроризму, а также о любых биологических исследованиях, которые «могут встревожить общественность», например, о синтезе вируса полиомиелита или неудачном эксперименте над мышами, больными оспой. Цензура коснется работ по микробиологии и медицине, особенно инфекционной медицине.

Что полезно для колонии микробов, то смертельно опасно для человека. До определенного времени бактерии уживаются с ним. Когда же «кворум» собран – колония достигла внушительного размера, – тогда они атакуют организм человека.

Если бы нам удалось понять язык бактерий, то мы могли бы вмешаться в переговоры и прервать их – это защитило бы от бактериальной инфекции. Значит, нам нужны лекарства нового типа – не антибиотики, которыми невидимую рать стараются извести подчистую, а – назовем их так – «дезориентирующие» лекарства. Они мешают бактериям общаться, оставляют их в изоляции. Те остаются живы, хоть и беспомощны. Тогда не сработает механизм естественного отбора и не появится популяция микробов, устойчивых к действию лекарства.

Возможно, когда лекарства нового типа будут найдены, они окажутся универсальными. Ведь выяснилось, что многие виды бактерий используют в общении одни и те же сигнальные молекулы. Если помешать выделению этих молекул, наступит «немая сцена». Армия бактерий будет ждать команду: «В ружье!» – и не дождется ее.

А когда мы дождемся новых громких побед на фронтах биологической войны?

Новости Науки

Михаил Вартбург

Физики не шутят

Хотя это может показаться очередной экстравагантной шуткой, которыми так знамениты физики, но на сей раз они, кажется, не шутят.

Собравшись на очередное заседание Международной комиссии по будущим ускорителям, они согласовали совместное решение, в котором утверждают, что к концу нынешнего года будут окончательно разработаны и утверждены основные принципы нового, грандиозного ускорителя элементарных частиц, способного подобраться к тем областям энергий, где таятся ответы на вопрос о происхождении массы всех частиц Вселенной и природы основных физических сил, действующей между этими частицами.

На пути к новым горизонтам фундаментальной физики стоят всего лишь два препятствия: нужно договориться, какой из двух предложенных принципов действия будущего ускорителя, американо-японский или немецкий, будет положен в основу строящегося ускорителя – и нужно найти, где взять необходимые для этого строительства 6 миллиардов долларов.

Иными словами, свадьба на мази, осталось уговорить графа Потоцкого.

В одном конкуренты согласны заранее: новый ускоритель должен быть электронно-позитронным, каким был закрытый ныне женевский, то есть разгоняться и сталкиваться в нем должны не тяжелые частицы, а легкие – электрон и его античастица позитрон. Строящийся сейчас в той же Женеве «Большой адронный ускоритель», говорят физики, не сумеет решить интересующие нас задачи, потому что в нем будут разгоняться тяжелые частицы-протоны, а протон – слишком громоздкое орудие для решения тончайших физических проблем, Вот почему все надежды физиков связаны именно с новым международным электронно-позитронным ускорителем.

Что же это за проблемы, требующие таких гигантских усилий? Предыдущее поколение ускорителей помогло физикам построить так называемую Стандартную модель элементарных частиц – своего рода «Менделеевскую таблицу» микромира, в которой все фундаментальные микрочастицы собраны в группы двух видов – основные частицы вещества и частицы-посредники, переносящие разного рода взаимодействия между частицами вещества. Стандартная модель блестяще оправдалась, дав возможность предсказать существование новых, доселе неизвестных частиц, а затем и открыть их в экспериментах (в тех же ускорителях). Но выяснилось, что эта модель не в состоянии объяснить, почему составляющие ее частицы имеют разную массу. Для этого нужно понять, что такое масса вообще, откуда она появляется.

В самой Стандартной модели нет ничего, что указывало бы на существование массы – грубо говоря, модель не изменилась бы, если бы у всех ее частиц масса была равна нулю.

Но на деле она не равна нулю, и чтобы объяснить это, британский физик Хиггс выдвинул гипотезу, что существуют некая новая частица (потом ее назвали «бозон Хиггса», ибо бозонами называется весь класс частиц-посредников), которая переносит энергию взаимодействия всех частиц вещества с неким всепроникающим полем (это поле впоследствии назвали, естественно, «полем Хиггса»). Облипая обычную частицу со всех сторон, бозоны Хиггса наделяют ее способностью «сопротивляться» воздействию внешних сил – иными словами, наделяют ее инерцией; а масса, как известно, есть мера инерции. Судя по теоретическим расчетам, частица Хиггса должна иметь очень большую энергию, поэтому она может быть «увидена» только в результате сверхмощного столкновения – как раз такого, какое должен породить проектируемый новый ускоритель.

Вторая «недоделка» Стандартной модели состоит в том, что в ней представлены частицы-посредники для трех разных фундаментальных сил природы – слабого ядерного, сильного ядерного и электромагнитного взаимодействий, – которые становятся все более сходными по мере увеличения энергии и уменьшения расстояний между взаимодействующими частицами вещества. Физики давно подозревают поэтому, что при какой-то очень высокой энергии все эти три силы попросту сольются в одну, и уже разработана даже теория – она называется «теорией суперсимметрии», – в которой так и происходит, но увы – теоретически.

Новый ускоритель как раз и должен подобраться – почти – к таким высоким энергиям, где слияние происходит на практике. Указанием на это будет появление (в результате столкновений электронов и позитронов) новых, так называемых суперсимметричных, двойников ныне известных частиц – с-электрона, с– кварка и т.п. Экспериментальное доказательство существования таких частиц и выяснение их свойств будет иметь тем большее значение, что ныне предполагается, будто именно из суперсимметричных частиц состоит пресловутое «темное вещество» вселенной, составляющее чуть не четверть всей ее массы.

Так что физики не шутят, когда говорят о суперускорителе за 6 миллиардов. Речь идет, действительно, об очень серьезных вещах.

Михаил Вартбург

Выигрывают те, которые любят погорячее...

Перефразированное в заголовке название известного фильма, в котором главную роль сыграла Мэрилин Монро, исключительно точно описывает тот фильм, что прокручивается в темных глубинах женского тела, – с той разницей, что главную роль здесь играет не Мэрилин Монро, а рядовая яйцеклетка, а в роли «некоторых» выступают столь же рядовые сперматозоиды.

Забавные дела, оказывается, происходят в темных глубинах наших тел. И наука, демонстрирующая нам, что у нас внутри происходит, кажется порой чем-то вроде волшебного фонаря, на прозрачных стенках которого разыгрываются поразительные спектакли.

Михаэль Айзенбах. профессор химического департамента израильского Института имени Вейцмана в Реховоте, вот уже много лет исследует тончайшие детали процесса оплодотворения. Детали эти, хоть и тончайшие, но в то же время и важнейшие в таком процессе. Мы. например, представляем себе обычно, что мужские сперматозоиды, оказавшись в женском организме, немедленно устремляются в путь к яйцеклетке, настойчиво одолевая все и всяческие преграды на этом пути. А в действительности это не так. В действительности, оказывается, сперматозоиды в этот момент еще не вполне созрели для того, чтобы проникнуть в яйцеклетку и оплодотворить ее. И поэтому, едва войдя в так называемую фаллопиеву трубу, они устраивают «привал» на стенке этой трубы и здесь, во время этого привала, «дозревают». И лишь те сперматозоиды, которые вполне созрели, отрываются от стенки и отправляются дальше. Но куда?

Вопрос не праздный. По сравнению со сперматозоидом фаллопиева труба огромна. Для него двигаться в ней – все равно, что нам идти пешком по туннелю под проливом Ла-Манш. С той – невыгодной для сперматозоида – разницей, что фаллопиева труба изгибается, по стенкам ее все время пробегают волны мышечных сокращений, а сами стенки – не бетонные, так что маленький сперматозоид вполне может в них застрять. Главное же – как найти цель?

Двенадцать лет назад профессор Айзенбах обнаружил, что у сперматозоида есть наводчик, и является им сама яйцеклетка. Оказывается, созревшая яйцеклетка выделяет определенное химическое вещество, на призыв которого, как бабочка на свет, и движется по фаллопиевой трубе сперматозоид. Происходит так называемый хемотаксис, химическое притяжение.

Вскоре, однако, выяснилось, что хемотаксис действует лишь на коротких расстояниях. Причиной этого являются как раз упомянутые выше волны мышечных сокращений, пробегающие по трубе. Из-за этих волн химическое вещество, выделяемое яйцеклеткой, не может распространяться на большие расстояния по трубе. Оно может навести сперматозоид на цель лишь после того, как он подойдет к ней на достаточно близкое расстояние. А как подойти? Мы возвращаемся к прежнему вопросу.

Ответ на него нашел тот же профессор Айзенбах. В статье, опубликованной в конце января 2003 года в журнале «Nature Medicine», он сообщил о своем новом исследовании, которое привело к поразительному результату Оказалось, что на дальних расстояниях сперматозоид ведет не химический, а тепловой «радар». Сперматозоиды, выясняется, любят, где погорячее.

В поисках возможного метода «наводки» сперматозоида на яйцеклетку были перебраны самые разные варианты. Намек на «тепловой вариант» был получен, когда обнаружилось, что место дозревания сперматозоидов в фаллопиевой трубе несколько холоднее, чем то место, где он проникает в яйцеклетку. Для проверки новообнаруженной возможности был поставлен специальный опыт. В лаборатории соорудили некое подобие фаллопиевой трубы, концы которой поддерживались при несколько разной температуре, как это имеет место в настоящей фаллопиевой трубе. Первоначально опыт ставился на кроличьей сперме, позже – на человеческой. Выяснилось, что та и другая реагируют на разницу температур одинаково. Почуяв эту разницу, сперматозоиды тотчас начинают двигаться в сторону большей температуры (поклонникам концепта «витальности» разрешается усмотреть в этом движении жизни против градиента температуры ее, жизни, «антиэнтропийную» особость: «мертвое» вещество «движется» от горячего к холодному). В первых опытах эта разница составляла 2 градуса Цельсия («место дозревания» имело температуру 37 градусов, а «место проникновения» – 39). Затем, постепенно понижая температуру, исследователи установили, что сперматозоиды реагируют даже на разницу в полградуса. Выявилась также другая замечательная деталь: на эту разницу температур реагируют только «дозревшие» (то есть уже способные проникнуть в яйцеклетку) сперматозоиды. Незрелые остаются на месте «привала».

Такие вот дела творятся во мраке фаллопиевых труб. Как подытожил профессор Айзенбах, «сперма, видимо, наводится тепловым сигналом – во всяком случае, на большей части пути по трубе. И лишь в самом конце, в непосредственной близости от яйцеклетки, происходит более тонкая настройка на цель с помощью испускаемого яйцеклеткой химического сигнала».

Теперь остается пожелать главным действующим лицам удачи.