Текст книги "Путешествие в страну микробов"

Автор книги: Владимир Бетина

сообщить о нарушении

Текущая страница: 29 (всего у книги 31 страниц)

23. Микробы и наше питание

В своем стремлении восполнить недостаток белковых веществ человек неоднократно обращался к микроорганизмам, которые могут получать белки из других азотсодержащих веществ и дешевых источников углерода.

П. Н. Хобсон

Бактерии и наше меню

В предыдущей главе мы воздали должное дрожжам, обеспечивающим нас и вкусным хлебом на столе, и приятными напитками. Еще раньше мы говорили о других грибах – богатых источниках, витаминов. А что же бактерии? Неужели они не принимают никакого участия в нашем питании?

Начнем с уксуснокислых бактерий. Прежде всего эти бактерии дают нам уксус.

Не было бы в нашем рационе ни кислой капусты, ни соленых огурцов или маринованных маслин, если бы не существовали молочнокислые бактерии. Эти бактерии живут не только в молоке. Есть среди них и специалисты по растительной пище. Сахара они преобразуют в молочную кислоту, предохраняющую маринованные овощи от действия гнилостных бактерий.

Любители югурта[42]42
  Югурт – похожий на кефир молочнокислый напиток. – Прим. перев.


[Закрыть] и других напитков, приготовляемых из молока, должны с благодарностью вспоминать о бактериях. Молочнокислые бактерии превращают молочный сахар – лактозу – в молочную кислоту, придающую приятный кислый вкус напиткам и предохраняющую их от разложения. Хорошая хозяйка знает, что из кислого молока можно получить творог – концентрат молочных белков.

Мечников придавал молочнокислым бактериям огромное значение в охране здоровья и обеспечении долголетия. Основываясь во многом на богатом опыте болгар-долгожителей, у которых югурт является широко распространенным молочным продуктом, он разработал учение о продлении жизни, в котором немалую роль отводил молочнокислым бактериям. Все известные данные и собственные взгляды и соображения он изложил в книге «Этюды оптимизма» (1907), в которой подчеркивал важность питания молочнокислыми продуктами.

На Кавказе с незапамятных времен из молока приготовляли кефир, широко распространенный сейчас в Советском Союзе. В молоко вносят так называемые кефирные «зерна», содержащие молочнокислые бактерии и дрожжи. Они сбраживают сахара в молоке, преобразуя их в молочную кислоту и спирт.

На юге РСФСР и в Средней Азии распространен напиток из кобыльего молока, называемый кумысом. Он также содержит молочную кислоту и спирт, образующиеся в результате жизнедеятельности микробов.

В Восточной Азии из коровьего молока приготовляют напиток курунга, напоминающий кефир, а так называемый лебен уже сотни лет распространен в Египте, Сирии, Алжире и на острове Сардиния.

В пастушеских становищах

Жинчица, брынза, ощепки и пареницы[43]43
  Жинчица – напиток из овечьего молока, напоминает кавказский айран; ощепки – вид копченого сыра, по форме напоминающий небольшую дыню; пареницы – плавленый сыр, изготовляющийся в виде толстых макарон, часто сплетаемых в «косички». Все это характерно для горных мест Словакии. – Прим. перев.


[Закрыть] – всей этой пищи, без которой немыслим пастушеский быт в горах, не существовало бы, не будь у человека помощников из мира микробов.

Основа почти всех продуктов, приготовляемых в пастушеских становищах («кошах») Словакии, – овечье молоко. «Закваской» служит кусок желудка теленка. Он содержит ферменты, при помощи которых из молока осаждаются белки в виде сладковатого сыра. Отцеженная жидкость – жинчица – отличный напиток, играющий важную роль в повседневном рационе обитателей коша и столь любимый горожанами. Створоженное молоко, являющееся исходным продуктом для изготовления сыра, длительное время «выдерживают»; в этот период в нем протекают процессы, придающие сыру специфические качества и обеспечивающие длительную сохранность. В этих процессах главную роль играют молочнокислые бактерии. Вслед за ними вступают в действие пропионовокислые бактерии, превращающие молочную кислоту в пропионовую с выделением углекислого газа. В результате сыр приобретает пористость, а его белки преобразуются в аминокислоты.

Самым важным ферментом в закваске молока является реннин, который находили лишь в желудке телят, вскармливаемых молоком. Но недавно японские исследователи из Токийского университета открыли микроскопический гриб Mucor pusillusy вырабатывающий реннин, неотличимый от животного. Таким образом, появились перспективы более рационального приготовления молочнокислых продуктов.

Обработка сыра для получения брынзы также происходит при участии микробов. Но эти химические изменения тормозятся добавлением в качестве консервирующего вещества большого количества соли.

Сыры можно приготовлять из молока и другими способами. В Европе и Азии они были известны за несколько столетий до нашей эры. Греческий поэт Гомер в поэме «Одиссея» рассказывает, как одноглазый циклоп Полифем приготовлял сыр, добавляя в молоко соки кислых трав.

Самый простой из коровьих сыров – творог. Его получают из кислого молока, в котором в результате жизнедеятельности бактерий образуется молочная кислота, а из белков (казеина) выделяется кальций. Казеин, лишенный кальция, при умеренном нагревании отделяется от сыворотки.

Из творога изготовляют различные виды сыров. В их дозревании активное участие принимают микробы. Вкусовые качества сыров как раз и зависят от того, какие микроорганизмы играют ведущую роль при их созревании. Почти в каждой стране имеется свой специфический сыр. Родина эмментальского сыра – Швейцария, в Голландии изготовляют известный эдамский сыр, Италия славится своим пармезаном, в Болгарии производят знаменитый кашкавал.

Франция – производитель известных сыров, получаемых при помощи микроскопических грибов. На юге страны уже почти 1000 лет изготовляют из овечьего молока сыр рокфор. В районе Рокфора разводят высокоудойных овец, а сыр производят на небольших местных заводах. Предварительно выращивают хорошо растущий на хлебе плесневый гриб Penicillium roqueforti. Хлеб размельчают и хранят во влажном и холодном месте. Творог закладывают в формы и посыпают крошками такого хлеба. В сыре, который выдерживают в высеченных в скалах погребах, гриб разрастается и проникает до самой его сердцевины. Другой известный французский сыр – камамбер. Для его созревания используется гриб Penicillium camemberti. Французы – большие знатоки и любители сыров. Президенту Ш. де Голлю приписывают такие слова: «Трудно управлять страной, в которой потребляется свыше трехсот разных сортов сыра!» (фиг. IX).

Угроза голода

В начале нашей эры на Земле насчитывалось около 250 миллионов человек. За последующие 1600 лет число их приблизительно удвоилось. Дальнейшее удвоение населения наступило спустя всего лишь 200 лет. Начиная с 1800 года только за 150 лет количество людей ра планете увеличилось втрое. Для увеличения нынешнего населения в 2 раза потребуется, по некоторым расчетам, неполных 40 лет.

В связи с этим возникает серьезный вопрос – будет ли обеспечено продуктами питания все увеличивающееся население Земли? Не следует забывать, что сегодня 2/3 человечества терпит недостаток в тех или иных продуктах питания.

Важную роль в борьбе с голодом играет и будет играть микробиология, поскольку микробы можно использовать для получения дешевых кормов и продуктов питания для человека. Многие микроорганизмы очень неприхотливы в питании, для их промышленного выращивания могут быть использованы отходы сельского хозяйства и промышленности. Поскольку микроорганизмы размножаются очень быстро, с их помощью можно получать белки, жиры и витамины за значительно более короткий срок, чем при выращивании сельскохозяйственных растений или разведении домашних животных.

Вот уже несколько десятилетий известен дрожжевой организм Torulopsis atills (фото 70). Для его промышленного выращивания могут быть использованы патока, сульфитные щелока с целлюлозных заводов и другие отходы микробиологической промышленности. При росте и размножении в клетках Т. utilis накапливаются белки и витамины, полученные из очень дешевых питательных веществ. Каждый килограмм сухой биомассы этого гриба содержит 500 г белков, 50 г жиров и 0,5 г витаминов. До сих пор на целлюлозных предприятиях мы теряем огромное количество питательных веществ в сульфитных щелоках, спускаемых чаще всего в реки, где они, кстати, отнюдь не благоприятствуют ведению рыбного хозяйства. В мировом масштабе из сульфитных щелоков можно было бы при помощи гриба Т. utills получать по крайней мере миллион тонн высококачественных кормов.

В Финляндии белки получают из сульфитных щелоков так называемым методом «пекило», который заключается в непрерывном выращивании микроскопических грибов в специальных ферментёрах. Получаемый продукт чрезвычайно ценен по своему составу, поскольку содержит аминокислоты и витамины. Используется как высококачественная замена импортируемой соевой и рыбной муки и как отличная добавка к кормам в животноводстве.

Сульфитные щелока могут быть использованы и при микробиологическом получении жиров. Некоторые микроорганизмы откладывают в своих клетках большое количество жиров, иногда до четверти веса сухой массы. Эти жиры по качеству сравнимы с лучшими растительными маслами, что позволяет использовать их в пищевой промышленности.

Микробиологи предпринимают попытки пополнить нашу пищу грибами, которые мы могли бы получать не только в лесах. Некоторые грибы удается культивировать промышленным способом, сходным с производством дрожжей. По внешнему виду искусственно выращиваемые грибы отличаются от лесных, но по своей питательной ценности не уступают последним. В некоторых странах уже выращивают таким образом шампиньоны и пытаются наладить производство и других грибов.

Не менее ценным источником пищевых продуктов и кормов в будущем должны стать зеленые водоросли. Из них будут получать дешевые белки, жиры и витамины. Для их выращивания можно использовать водохранилища, а неплодородные участки, годные к затоплению, превратить в «водорослевые нивы». Выход белка из водоросли хлореллы (Chlorella vulgaris), которую выращивали в водоемах Японии, достиг 15 725 кг на 1 га в год. Такая же площадь травяного покрова дает лишь 673 кг белков, посевы арахиса – 471 кг, а при скармливании скоту трав с 1 га получают 101 кг белков в молоке и 61 кг в мясе.

Кроме сельскохозяйственного способа культивирования водорослей, распространено и их промышленное производство. С этой целью они выращиваются в больших емкостях, снабженных необходимыми источниками света и устройствами для подведения углекислого газа, который обеспечивает процесс фотосинтеза.

Возможно и другое использование водорослей. Советский ученый В. Н. Грезе из Института биологии южных морей в Севастополе подсчитал, что из Черного моря ежегодно можно добывать до 800 000 т красных водорослей для получения агара и других веществ, необходимых в медицинской и пищевой промышленности.

Корма из сырой нефти

Уже долгое время обсуждался вопрос о том, как использовать микроорганизмы, питающиеся составными частями нефти. Известно, что клетки этих микробов содержат, помимо белков, витамины из группы В и каротины, преобразующиеся в организме животных в витамин А. Группа микробиологов из одной английской нефтяной компании выделила культуру микробов, использующих в качестве источника углеродного питания некоторые компоненты сырой нефти и синтезирующих при этом большое количество белков. Если применять питательную среду, которая содержит, помимо соответствующего компонента сырой нефти, еще и азотные вещества с минеральными солями, необходимыми для питания микробов, то выращиваемые в ней микробы будут очень интенсивно разлагать нефтяные продукты и синтезировать белки. По имеющимся данным, с каждой тонны углеводородов можно получать таким путем до тонны белков. Интересно, что эти микробы потребляют как раз такие составные части сырой нефти, которые до сих пор практически не использовались и являются очень дешевым сырьем. По некоторым расчетам, менее 1 % обрабатываемой в настоящее время в мире сырой нефти хватило бы на возмещение недостатка пищевых продуктов на всей планете. Исследователи сравнивали кормовые дрожжи, полученные таким способом, с рыбной и соевой мукой, скармливаемыми домашней птице, и получили очень обнадеживающие результаты. Дрожжи из углеводородов получаются на французских заводах недалеко от Марселя, где размещаются предприятия по очистке нефти. По официальным данным, в Японии за одно полугодие 1970 года намечалось получить из углеводородов четыре с половиной миллиона тонн белковых кормовых веществ. Очень интенсивные опыты в этом направлении проводятся в Чехословакии.

Бактерии, вырабатывающие аминокислоты

Японские микробиологи в 50-е годы обратили внимание на другую важную роль бактерий. Они выделили микробы, продуцирующие аминокислоты, которые можно было бы использовать для повышения качества пищевых продуктов или как добавку к кормам домашних животных. Первой аминокислотой, которую стали получать таким путем в промышленном масштабе, была глютаминовая кислота. Несколько позднее началось производство лизина, принадлежащего к группе так называемых незаменимых аминокислот. Эти аминокислоты – совершенно необходимые, действительно незаменимые компоненты в питании человека. Лизин, вырабатываемый при помощи микробов, может быть использован для повышения качества менее ценных белков. Его получают и на чехословацких предприятиях микробиологической промышленности. Число получаемых с помощью микробов незаменимых аминокислот все время растет. Так, в Японии уже в 1970 году планировалось производство ряда аминокислот (таблица 14).

Бактерии вырабатывают аминокислоты очень эффективным методом. Своеобразный синтез этих веществ происходит в желудке жвачных, если в корм добавить сравнительно дешевое химическое соединение – мочевину (или карбамид).

Бактерии освобождают из этого вещества аммиак, необходимый другим бактериям для получения аминокислот из соединений, образующихся из целлюлозы в желудке хозяина.

В Великобритании пытались выделить бактерии из организма жвачных и культивировать их в лаборатории, с тем чтобы найти пути получения других белков или аминокислот. Но оказалось, что подкормка скота мочевиной – значительно более эффективный способ. Руководивший этими экспериментами П. Н. Хобсон, один из ведущих микробиологов, так оценивает эту работу: «Можно прислушиваться к различным точкам зрения, однако рациональнее всего оставить бактерии в рубце жвачных, где они служат источником белков для питания человека».

Антибиотики в борьбе с голодом

Антибиотики являются одним из важных средств для создания пищевых запасов. Некоторые из них оказывают важные услуги в борьбе с микробами – вредителями растений. В животноводстве они служат лечебными средствами при инфекционных болезнях домашних животных и, таким образом, косвенно способствуют более полному обеспечению человека продуктами питания.

Кроме того, антибиотики применяются и как средство, повышающее качество кормов. Несколько граммов хлортетрациклина (в Чехословакии используют препарат ауреовит) на 1 т кормов повышает у молодых животных вес до 20 %. Добавление антибиотиков способствует лучшему усвоению кормов, что лает возможность снизить рацион животных на 1 кг живого веса. Ауреовит содержит, помимо всего прочего, и витамин В₁₂.

Хорошую службу оказывают антибиотики и при кратковременной консервации некоторых продуктов. Антибиотик низин применяется при хранении молока в сыродельной промышленности. Замораживая рыбу, достаточно добавить 2–8 мг хлортетрациклина на 1 кг льда (всего несколько тысячных долей процента), чтобы рыба сохранялась на 7—10 дней дольше. Антибиотики помогают сохранять свиное, говяжье и птичье мясо.

Многие ученые считают, однако, что в подобных случаях следует использовать лишь такие виды антибиотиков, которые не применяются в медицине. К этому их побуждает опасение возможного распространения устойчивых к антибиотикам микробов.

Живые инсектициды

В пятой части нашего путешествия в страну микробов мы познакомились с инсектицидами, при помощи которых человек ведет борьбу с насекомыми – переносчиками болезнетворных микробов, а также с вредителями культурных растений. Но у насекомых есть враги и из мира микробов. Ученых давно привлекала мысль использовать эти «живые инсектициды» для борьбы с вредными насекомыми.

Мечников в 1879 году провел очень интересный эксперимент. Введя в почву споры болезнетворных микробов, он инфицировал личинки насекомых-вредителей (опыт проводился в цветочном горшке). Успешные результаты навели на мысль о широком использовании этих микробов. Через некоторое время И. М. Красильщик основал при Одесском университете специальную лабораторию для выращивания микроскопических грибов, которые могут уничтожать личинки вредителей пшеницы. Так началась история «живых инсектицидов».

В первой половине нашего века эти интересные исследования продолжили другие ученые. При этом были открыты несколько видов микроорганизмов, вызывающих инфекционные заболевания и гибель вредных и опасных насекомых.

Эксперименты по искусственному заражению личинок вредителей давали, как правило, прекрасные результаты. Но при проведении полевых опытов и внедрении метода живых инсектицидов в широкую практику пришлось столкнуться с большими трудностями. Полевые условия предъявили к такого рода живым инсектицидам ряд строгих требований. Культура микроба должна быть высоковирулентной, иначе говоря, даже очень малое число индивидов должно вызывать в теле насекомого инфекцию. Микроорганизм должен иметь в своем жизненном цикле период покоя, когда он не размножается и, не теряя своих вирулентных свойств, хорошо переносит неблагоприятные условия внешней среды (действие ультрафиолетовых лучей, низкую влажность и др.). С такими условиями микроорганизму приходится сталкиваться, например, при опрыскивании микробами деревьев или полевых культур.

Несмотря на эти трудности, были достигнуты определенные успехи. О некоторых случаях применения живых инсектицидов хотелось бы рассказать.

У японского жука (Popillia japonica) известна молочная болезнь, вызываемая бактерией Bacillus popilliae. Для жизненного цикла этой бациллы, как и других бацилл, характерен период спорообразования. Споры хорошо переносят некоторые неблагоприятные внешние условия и через определенный промежуток времени прорастают, превратившись в растущие и размножающиеся вегетативные клетки. Споры микробов В. popilliae распространены в почве, оттуда с пищей они попадают в пищеварительный тракт личинок японского жука. Там споры прорастают, вегетативные клетки бактерий распространяются по всему организму, и личинка через некоторое время погибает. Но в мертвом насекомом снова начинается спорообразование бациллы, и тела личинок становятся опасным источником инфекции. В довоенные годы в США, Австралии и Новой Зеландии благодаря живым инсектицидам были достигнуты хорошие результаты[44]44
  Биологическим методам борьбы с вредными насекомыми, несомненно, принадлежит будущее, поскольку микробиологические препараты не нарушают естественные биоценозы, не загрязняют биосферу и не представляют опасности для человека. – Прим. ред.


[Закрыть].

К числу опасных вредителей полевых культур в Калифорнии относится гусеница, уничтожающая урожай люцерны. Группе сотрудников Калифорнийского университета удалось получить вирус, вызывающий инфекционное заболевание гусениц. В природе этот вирус проявляет свое губительное действие лишь в конце лета, когда гусеницы уже завершают свою вредоносную деятельность. Опрыскивая посевы люцерны вирусной культурой еще в весенние месяцы, можно своевременно уничтожить опасного вредителя и сохранить урожай.

Вирус легко размножается в организме гусениц, образуя множество телец кристаллического типа. После размножения вируса гусеница погибает. Мертвых гусениц высушивают и сохраняют до момента применения; тогда их растирают в порошок и засыпают в сосуд с водой. По имеющимся данным, на 1 га посевов достаточно вирусов, полученных из 12 гусениц. Небезынтересно отметить, что если порошок высушенной гусеницы развести 40 л воды, то в одной чайной ложке суспензии будет содержаться до 20 миллионов кристалликов, а в каждом из них – по нескольку сотен вирусных частиц. Опрыскивание посевов люцерны такой суспензией очень эффективно.

В последние годы немало надежд возлагали на другой живой инсектицид, известный в Чехословакии как турицид. Название этого организма – Bacillus thuringiensis – происходит от названия области (Земля Тюрингия, где 50 лет назад микробиолог Берлинер открыл эту бактерию). Родовое название Bacillus показывает, что мы и здесь имеем дело с микробом, образующим споры. Любопытным свойством этого микроба является то, что одновременно со спорами в его клетках возникают и кристаллические образования (так называемые параспоры), содержащие очень ядовитый токсин (фото 71). Такая клетка с параспорами, попав в пищеварительный тракт насекомого, вызывает его немедленную гибель. Этот токсин белковой природы, в нем обнаружили 17 аминокислот.

Препарат турицид получают, культивируя в промышленном масштабе В. thuringiensis. Микробы быстро размножаются в жидкой питательной среде, и на определенной стадии начинается спорообразование. При этом в клетках продуцируются кристаллы токсина. Питательная среда вместе с культурой микроба и его спорами соответствующим способом концентрируется до известного уровня, и препарат готов к употреблению. Он применяется в виде суспензии, которой опрыскивают полевые культуры, защищая их таким путем от насекомых-вредителей. Токсин действует на слизистую оболочку пищеварительного тракта личинки насекомого. Если вместе с кристалликами токсина личинка проглотит и споры В. thuringiensis, то последние начнут прорастать на поврежденной слизистой оболочке, продуцируя вегетативные клетки, которые быстро размножаются в теле жертвы, и личинка погибает.

В Чехословакии турицид вырабатывается в количествах, достаточных для его применения в промышленных масштабах. Много работают над внедрением этого препарата в практику и в других странах. На фото 72 представлены результаты применения турицида в овощеводстве.