CC BY
119
Научные обзоры
© ВОЛКОВ В.Т., СМИРНОВ Г.В., ВОЛКОВА н.н. -УДК 579.283.73
НАНОБАКТЕРИЯ (перспективы изучения)
В.Т. Волков, Г.В. Смирное, Н.Н. Волкова.
(Сибирский государственный университет, ректор - чл.-корр. РАМН, заслуж. деятель пауки, проф.
В.В. Новицкий, кафедра пропедевтики внутренних болезней, зав. - проф. Ф.Ф. Тетенев)
Резюме. Настоящий обзор содержит информацию об открытии и перспективах исследования нового класса бактерий, покрытых карбонат-апатитной оболочкой, вошедшей в литературу под названием нанобактерия. Ее широкое распространение в природе впервые было открыто профессором геологии Техасского университета Робертом Фольком, а открытие ее у человека принадлежит финским исследователям. Открытие каменной бактерии создает широкую перспективу для пересмотра природы многих заболеваний человека, включая уролитиаз, холели-тиаз, атеросклероз сосудов, подагру, болезнь Альцгеймера, кариес, парадонтоз и др. виды патологии, а также экологические проблемы окружающей среды.
Официальной датой открытия каменной бактерии, названной за ее малые размеры нанобактерией, считается 1990 год. Впервые се обнаружил среди минералов скальных пород, земных карбонатов, вулканического туфа американский геолог Техасского Университета Роберт Фольк [1]. Бактерии овоидной и призматической формы размером 0,2-0,5 микрон занимают промежуточное зве-
Рис. 1. Панобактерия на кристалле арагонита. Электронная микроскопия (цит. по R. Folk, 1998 г.)
Рис.2. Колонии нанобактерий вулканического туфа. Электронная фотография (цит. по R. Folk, 1998 г.)
но между крупными вирусами и бактериями. Поверхность бактерии покрыта каменной оболочкой карбонат-апатита - своеобразной средой обитания, благодаря которой бактерия защищена от неблагоприятного влияния окружающей среды. Благодаря этой каменной мантии бактерия не была доступна для многих исследователей (рис.1, 2, 3,
Рис.З. Колония нанобактерий на алюминиевом фрагменте. Электронная микрофотография (цит. по R. Folk, 1998 Г.)
Рис.4. ABC - Колонии нанобактерий в зоне ржавления
металла. Электронная микроскопия х 1600 (цит. по R. Folk, 1998 г.)
В 1990 году Фольк выявил активное участие карликовых бактерий в минерализации осадочных пород. К этому времени Роберт Фольк, признанный в наши дни отцом нанобактерии, и другой техасский геолог Опв)!, опубликовали более сорока работ, посвященных этой странной бактерии. Она попадает в поле зрения биологов, бактериологов, врачей, астрономов.
Рис.5. Нанобактерия в форме 1усешщы па поверхности Марсианского метеорита Электронная микроскопия (цит. по R. Folk, 19% г.)
В 1996 году Роберт Фольк и Kaj обнаружили присутствие окаменевшей нанобактерии на марсианском метеорите, залетевшем на землю более двух миллионов лет назад, что послужило веским основанием для пересмотра существующих теорий о происхождении жизни на пашей планете и расширило рамки астробиологии и признание нанобактерии в качестве космического пришельца органической жизни па земле (рис.5). В последующем нанобактерии были обнаружены другими исследователями (Smith D.) на метеорите Allenda (рис.6), фрагментах астероидов, комет, что подтвердило идеи Джордано Бруно о занесении жизни из космоса кометами и астероидами аминокислот с комплексом гидрокарбоната нанобактерии -космической гостьи.
Роберт Фольк вместе с другим геологом профессором Техасского Университета высказывает предположение, что обнаруженный "нанопланктон" - это промежуточное звено между бактериями и вирусами, которое формирует большинство биомасс и ответственны за коррозию металлов и осаждение минеральных осадков. В 1992 году Роберт Фольк представил свои исследования перед своими коллегами, однако по признанию самого
исследователя в качестве награды он получил "гробовое молчание". Идея существования нанобактерии в горных породах встретила откровенное недоверие не только среди геологов, но и биологов и бактериологов.
Рис.6. Нанобактерия па поверхности метеорита Allende Elbert Мексика. Электронная мнкрофотхмрафия (цит. по R. Folk, 1998 г.)
Идеи, высказанные профессором Фольком тем не менее послужили основанием для поиска нанобактерии у человека. Приоритет в этом направлении принадлежит группе финских исследователей во главе с О. Кайапдером [2]. В начале 90-х в небольшом финском городке Куопио (Kuopio) молекулярный биолог Олави Кайандср, работавший с клеточными культурами, неожиданно столкнулся с серьезной проблемой. Выращиваемая исследователем культура часто переставала расти и погибала. Внутри гибнущих клеток ученый заметил необычные пузырьки в несколько долей микрон. Вместе со своими коллегами исследователь стал выяснять причину апоптозиса. Результат оказался ошеломляющим. В фильтрате культуры, пропущенной через ультрапористый фильтр, способный пропустить вирусные частицы, ученый обнаружил странную бациллу, размеры которой колебались от 0,2-0,5 до 2 микрон, заключенную в каменную скорлупу (рис.7, 8).
Научная общественность с поразительной закономерностью с порога отмела открытие Кайап-дера, н о нем забыли без малого па 10 лет, и лишь в 1998 году о нанобактсриях снова заговорили благодаря открытию финскими исследователями (Kajandcr О., Ciftcioglu N.B. др.) нанобактерий в почечных камнях. При изучении почечных камней у 30 больных с использованием электронной микроскопии и иммунофлюоресцсптной микроскопии, моноклопальпых антител нанобактерий Kajandcr О. и его коллеги доказали не только присутствие нанобактерий в почечных камнях, но и их участие в формировании уролитов. Таким образом, финскими исследователями впервые сделан крупный шаг в области нового направления механизма биоминерализации в организме человека, включая почечио-камспную болезнь, поли-кистоз почек (рис.9, 10).
Рис.7. Контрастно-фазовая световая микроскопия (Л. В и О) и трансмиссионная электронная (С. Е и її) культуры нанобактерий. сформированных в середине ячейки без сыворотки. (її) - коккоидиыс частицы нанобактерий минимальные. В центре видны и более крупные по размерам нанобактерий. (В и Э) - при фазовом световом контрастировании отчетливо определяется сформировавшаяся апатитная оболочка вокруг бактерии. Это хорошо видно и при электронной микроскопии (С. Е и її) указанные стрелками (цит. по N. Сійск^Іи аг а1. 1997 г.)
В исследованиях канадского микробиолога Монреальского университета Джеймса Коултона получены не только подтверждения финских ученых, по и приведены данные, каким образом нанобактерии "строят" почечные камни. В самом начале своей жизни нанобактерии окружают свою клеточную степку прочной скорлупой из карбо-пат-апатита. Эту скорлупу они постепенно наращивают, и, в конце концов, оказываются внутри этого минерального саркофага, размером с микроскопическую песчинку. Одетые в "каменную шубу" нанобактерии, сливаясь, формируют минеральный агрегат почечного камня, за время, исчисляемого в несколько дней. Финским ученым удалось вывести моноклопальиые антитела, которые связываются с поверхностными белками нанобактерии, присутствие которых легко определить в любой среде, в том числе и в почечных камнях (рис. 11, 12).
Финским ученым удалось выделить бактериальную ДНК, а также сконструировать ген, координирующий один из компонентов рибосом -клеточного механизма для производства белка. Сравнивая ген нанобактерии с соответствующими генами других механизмов, ученые нашли, что нанобактерии состоят в родстве с бактериями
бруциллеза, бартопеллой. Несмотря па присутствие нанобактерии в крови у зараженных людей, ученые полагают, что средой обитания их является моча. Когда нанобактерии вводили животным, они устремлялись к почкам и исчезали в крови. Результаты исследований финских ученых позволили признать научной общественностью и МАБА (Национальная Академия США) приоритет ученых Финляндии в открытии нанобактерии у человека, сс участие в формировании не только по-чечно-камспиой болезни, по и целого ряда недугов чсловсчсского организма.
Эпидемиологические исследования финских ученых позволили выявить 5% носителей нанобактерии среди населения Финляндии и 80% среди коренных жителей Турции. Пока это первые шаги скринипгового изучения человеческой популяции, но с учетом патогенетического участия нанобактерии в формировании целого ряда заболеваний, включая новообразования и лейкоз, это ставит в необходимость контроля донорской крови на присутствие нанобактерии. Пока в России медицина и здравоохранение, включая широкие научные круги, мало что представляют о важнейшем открытии на стыке 20 и 21 веков. Без любого преувеличения можно высказать мысль, что с от-
Рис.8. Электронная микрофотография нанобактерий, их диаметр от 30 до 300 нм (Л). В-С - трансмиссионная электронная микрофотография нанобактерий в ячейках, бациллы окружены гидроксил-апатитной оболочкой. С - нанобактерии свободные и окруженные толстым слоем апатита. Э- колонии нанобактерий в среде Леффлера после 6 недель культивирования. Е - кристаллы апатита вокруг нанобактерий. Электронная микроскопия. И - исходные кристаллы апатита как па рис Е (Цит. по N. СИтск^к! аг а!.. 1997 г.)
крытием нового класса бактерий мы стоим па пороге новых открытий н пересмотра патогенеза н этиологии широкого круга болезней человечества. Нанобактерии относятся к группе протеобактс-рий, хламидий. Наличие каменной оболочки, состоящей из карбонат-апатита и содержащей питательные каналы, не позволяет нанобактерии расти на агаре. Нанобактерия вырабатывает на своей поверхности карбопат-апатит в качестве защитной среды обитания и в этом минеральном саркофаге, наращивая который, она сливается с другими аналогичными бактериями, формирует почечные камни с поразительной скоростью (в течение нескольких дней). Приоритет в изучении участия нанобактерии в образовании почечных камней принадлежит финским ученым во главе с Олави Кайапдером (Kajandcr О. ct alt, 1998).
Иммунной системе человека сложно опознать папобактсрию, находящуюся под каменной маской, и они могут долго безнаказанно циркулировать в крови зараженных людей. Нанобактерии по размерам приближаются к крупным вирусам и выявляются лишь при электронной микроскопии. У них невозможно окрасить клеточную оболочку и тело бактерии из-за каменной мантии. Большин-
ство бактерий делятся каждый час. Нанобактерии делятся в течение трех суток, что затрудняет изучение ее метаболизма. В последние годы многими исследователями высказываются предложения об участии нанобактерии в генезс формирования других кальцификатов и атеромотозных изменений, сердечно-сосудистых заболеваний, варикоза вен, аортита, слабоумия типа деменции Альцгеймера и даже новообразований. В последние годы финским ученым Hjclla удалось привести доказательства участия нанобактерии в формировании поликистоза почек. О. Kajandcr (1991) выявил цитотоксичсскос повреждение фибробластов и В-лимфоцитов человека при внесении культуры нанобактерии. Мост, проброшенный между исследованиями американских геологов (Folk R. et alt) и открытием финскими учеными (Kajandcr О. et alt) нанобактерии в организме человека заполняет современную науку дальнейшими поисками причин биомиперализации в системе других органов, в частности, гепато-биллиарной системе (холели-тиаз и формирование желчных камней), респираторного тракта (бропхолитиаз, микролитиаз, остеопатическая пневмония и др.).
Рис.9. Культура нанобактерий и их взаимодействие с клетками Л - световая микроскопия нанобактерий, заключенных в каменную оболочку карбопатапатита; В - окраска нанобактерий дезоксипуклеиновоя кислотой - ЭИД с применением модифицированного метода Хехста; С - колония нанобактерий внутри апатитного шлейфа; Э - нанобактерия. окрашенная дезоксинуклеиповой кислотой, метод Хехста х 860. Электронная микрофотография Р.-И - раструбная электронная микрофотография формирования уролитов размножающейся ианобактерией; О-Н - выход нанобактерий из своего жилища - каменного саркофага в период деления (показано стрелками); [-Ь - выявление апатитпой оболочки нанобактерий методом Косса (Цит. по Ка]апёег О. Аг а!.. 1998 г.)
Рентгено-структурн ый анализ бропхолигов у больных бронхолитиазом по нашим исследованиям (В.Т. Волков. 1996) позволил по характерным пикам дифрактограммы выявить абсолютную идентичность бронхолита и почечного камня.
Химический анализ и результаты сканирующей микроскопии кальцифсритов у больных микроли-тиазом принес в наших исследованиях доказательство присутствия в их структуре карбонато-апатита (В.Т. Волков. 1996). В работах отдельных
Рис. 10. Локализация нанобактсрии на поверхности ячейки ЗТ6. а - Сканирующая электронная микроскопия клеток фиб-робластов. не зараженных напобактерией (контроль); Ь-1'- Культура клеток ячейки ЗТ6. зараженных ианобакте-рией; с-1'- Косвенный вид Р[ТС пятна размножения нанобактерии ЗТ6 ячейки после 24 часов наблюдения; с-ё -Распространение процесса размножения нанобактерии за пределы ячейки ЗТ6 (стрелки) (Цит. по N. СИтск^к! Е.О. Ка]апс1ег. 1998 г.)
Рис.11. Экспериментальное заражение в ячейках ЗТ6
культуры фибробластов. Стрелкой указаны ячейки. зараженные напобактерией. Диаметр 10 мм. (Цит. по N. Ciftcioglu Е.О. Kajander. 1998 г.)
исследователей (Brenda - Kirkland - George, 1998) приведены данные об участии нанобактерии в формировании кариеса зубов и зубных камней. Если эти исследования будут продолжены другими исследователями и будут получены аналогичные доказательства, - в современной стоматоло-
гнн произойдет настоящий переворот в представлении истинных причин столь распространенных форм заболеваний, поджидающих человечество. Это неминуемо коснется возможности контагиозное™ кариеса и широкой преувеличенной рекламы сомнительной ценности средств, направленных на "предупреждение" стоматологических заболеваний.
В работах Kirkland - George (1998) выявлено наличие нанобактерий в атероматозпых участках каротидных артерий больных атеросклерозом. К. Akcrman и др. (1997) используя радиологический метод исследования, выявили антигенную идентичность нанобактерий и хламидий, что наряду с нахождением нанобактерий в атеросклеротических бляшках подтверждает инфекционную природу атеросклероза, обсуждение которой длятся уже более 20 лет. Хламидийпая теория атеросклероза, занимающая центральное место в исследованиях американских кардиологов Томаса Грейстона, Иозифа Мулсшитайна, обнаруживших в тромбах коронарных артерий и склеротических отложениях большинства больных атеросклерозом и лиц, перенесших инфаркт миокарда колонии хламидий, которая все больше завоевывает
Рис.12. Дифференциальная картина здоровых (а) и зараженных ячеек (Ь) ЗТ6. Диаметр 10 мм. (Цит. по N. СИтек^к! Р..О. Ка]апёег. 1998 г.)
популярность, подвергая сомнению классические представления об участии алиментарного фактора в этом недуге. В эксперименте Пскк Спайкка, при введении хламнднн в пос кроликов, в течение нескольких недель получена типичная картина атеросклероза сосудов. По данным английского кардиолога Сапджнй Гуайта хламнднн вызывают воспаление коронарных сосудов, за которым следует инфаркт мнокарда. По словам американского кардиолога Уэйпа Александера открытие инфекционного фактора как причины инфаркта мнокарда н новообразования - "самый большой медицинский сюрприз 20 века", - оно опрокидывает всс представления медиков об инфаркте. Однако, в связи с открытием карликовой бациллы, окруженной карбопат-апатнтпым матриксом, способной вызывать бномиперализацию и воспаления.
пожалуй, является очередным сюрпризом в оценке инфекционной теории атеросклероза, требующей пересмотра лечебной стратегии и новых методов дополнительной диагностики ИБС.
Высказываются мнения об участии нанобакте-рнй в патогенезе малакоплакни, болезни МкЬае-Нз-Гутмапа, простатите, сахарном диабете, склеродермии, нхтсозе, подагре, диффузном гнперо-стозе. Нахождение нанобактернй при многих болезнях человека поставит необходимость пересмотра международной классификации, по-новому осветить проблему коптагиозпостн новообразований, кариеса, подагры, о возможности передачи которой прозорливо предсказывал более трех веков назад талантливый клиницист и широко мыслящий Бургавс.
NANOBACTERIA (perspectives of study)
V.T. Volkov, G.V. Smirnov, N.N. Volkova
(Siberian State Medical University)
The present review contains the information on discovery and perspectives of investigation of the new class bacteria covered with carbonate-apatite covcr, which went down to the literature as nanobactcria. Its wide spreading in the nature first had been discovered by the Professor of Geology of Texas University Robert Folk and its discovery in human being belonged to Finnish researches. The opening stony bactcria creates the wide perspective to revise the nature of many diseases, including urolithiasis, cholclithias, vascular atcroscle-rosis, gout, Alzheimer's disease, caries, parodontosis and other types of pathologies, as well as ecological problems of environment.
Литература
1. Folk R. Nanobactcria // J. The University ofTexas at 2. Kajander O. Nanobacteria // Proc. Nat. Acad. Sci Austin USA. 1998.-Vol.8. P. 1 4. USA. 1998,- P.8270-8274.
