Mikroorganizmų makroefektas

Kas lemia žmonijos vystymąsi, civilizacijų iškilimą ir žlugimą? Istorikai turbūt atsakytų, jog visų pirma asmenybės. Tačiau klimatologai ir mikrobiologai turi savų argumentų. Mokslų sąveika, o taip pat vis geresni paleoarcheologijos, paleomikrobiologijos ar paleoklimatologijos metodai atskleidžia, kas yra tikrieji istorijos kūrėjai ir bendraautoriai.
Vis daugiau sužinoti apie praeities istorinius įvykius ir net jų priežastis mums padeda genetika. Kitaip sakant, prieš tūkstančius ir šimtus metų palaidotų žmonių palaikų genetinė analizė.
Kaip teigia antropologas, VU prof. Rimantas Jankauskas, mūsų sukaupta kaulinė medžiaga yra tarsi biobankas, kurį kiekviena karta perskaito savaip. Tobulėjant metodams iškirti genetinę medžiagą iš kaulinės medžiagos, įmanoma tyrinėti ne tik prieš šimtus ir tūkstančius metų Lietuvoje gyvenusių žmonių, bet ir ligų sukėlėjų genomą. Būtent todėl labai įdomi yra prieš pora metų išleista istoriko Kyle Harperio knyga „Romos likimas”.
Atsižvelgiant į naujausius paleoklimato tyrimus, taip pat užkrečiamųjų ligų sukėlėjų genetinę analizę aiškėja, jog Romos žlugimo istorija galėjo būti sudėtingesnė, negu anksčiau manyta. Ši analizė padeda suprasti didžiausių epidemijų atsiradimo priežastis, nustatyti jų kilmės vietas, rekonstruoti plitimo kelius. Politinę suirutę trečiame mūsų eros amžiuje, kaip manoma, sukėlė gan sparčiai kintantis klimatas. Dėl sausros ėmė trūkti maisto imperijos aruode – Egipte. Po to prasidėjo ir neregėta epidemija. Šaltesniame klimate gyvenusios barbarų gentys jos išvengė. Vyskupo Kiprijono vardu pavadintą epidemiją trečiojo mūsų eros amžiaus viduryje, sprendžiant pagal simptomų aprašymus, galėjo sukelti filovirusas. Bene garsiausias iš jų yra Ebolos. Šie milijonus metų gamtoje egsiztuojantys mikrobai galėjo peršokti į žmones iš šikšnosparnių ir beždžionių, kaip tą sugebėjo padaryti dabar Kinijoje siaučiantis koronavirusas. Audinių nekrozė, galūnių deformacija – tai amžininkų aprašyti mirtinos ir sparčiai plitusios epidemijos požymiai. Ji buvo perduodama per kūno skysčius.
Valstybę užgriuvusios nelaimės transformavo ir jos gyventojų tikėjimą. Senieji dievai nesugebėjo apsaugoti žmonių nuo mirties, o krikščionybė žadėjo viltį ir pomirtinį gyvenimą. Tačiau lemtinga tapo trečioji epidemija, vadinta imperatoriaus Justiniano vardu šeštojo mūsų eros amžiaus viduryje. Mokslininkai jau gali pasakyti, kad jos sukėlėjai atkeliavo iš vakarų Kinijos, kartu su hunų invazija. Ši epidemijos banga turėjo dideles politines, kultūrines, socialines, ekonomines pasekmes visai Europai, o ypač Bizantijos imperijai.
Šio epidemijos kaltininkas gerai žinomas – tai maro bakterija Y. pestis, kurios genetika itin domina mokslininkus. Europos žemyną maro sukėlėjas pirmą kartą nuniokojo jau vėlyvojo akmens amžiaus-bronzos amžiaus laikotarpiu, prieš 5000 metų. Jo pėdsakų rasta ir Lietuvoje, Gyvakaruose.
Justiniano maras iš tiesų yra graužikų liga, todėl žmonės netyčia tapo jos aukomis, nesėkmingai susiklosčius aplinkybėms. Jas perneša blusos, o graužikuose jos gyvena. Deja, žmonės pasirodė pernelyg neatsparūs šiai bakterijai. Paleomikrobiologai 1998 m. iššifravo šios bakterijos genomą iš XVIII a. masinėje kapavietėje rastų palaikų. Jis tapo patogenų evoliucijos modeliu.
Manoma, kad tas Justiniano maras, susilpninęs Bizantijos imperiją, paskatino islamo plėtrą, kadangi nebeliko ją stabdančio politinio barjero. Europai tai buvo traumatizuojanti atmintis, buvo ieškoma kaltų. Ši tragedija sustiprino religines nuostatas, ėmė stiprėti absoliutizmas.
Štai taip gamtos jėgos paveikia žmonių istorijas. Negana to, maro bakterijos į Europą, kaip žinia, grįžo dar ne vieną kartą. Itin katastrofiška tapo XIV amžiaus epidemija, išnaikinusi bene trečdalį Europos gyventojų. XXI amžiuje irgi atsiranda nauji pavojingi mikrobai, atgimsta Ebola, o dabar Kinijoje siautėja iš šikšnosparnių ir gyvačių į žmones peršokęs pavojingas virusas, plintantis oro-lašeliniu keliu. Belieka tikėtis, kad šiai itin pavojingai epidemijai pavyks užkirsti kelią.

Mikrobai kosmose
Mūsų santykiai su mikrobais ir XXI amžiuje išlieka dramatiški. Ir ne tik Žemėje. Atrodo, jog astronautai ir būsimieji Marso kolonistai turės ruoštis kovai ne su dantytais ateiviais iš kosmoso, kurių knibždėte knibžda fantastiniuose filmuose, bet su žemės mikrogyventojais, kurie kosminėje erdvėje, nesvarumo būsenoje kažkodėl sulaukėja. Tam jau ruošiasi ir Lietuvos mokslininkai. Europos kosmoso agentūra prieš keleris metus paprašė mokslininkų grupės, vadovaujamos mikrobiologės, dr. Eglės Lastauskienės, išspręsti vieną svarbią medicininę problemą: kaip išvengti kenksmingų mikroorganizmų kosminiuose laivuose, arba kaip juos neutralizuoti.
Mikroorganizmai kosminėje aplinkoje puikiai prisitaiko. Gaunama radiacija jiems patinka. Jie pakeičia savo gyvenimo stilių ir gali sukelti pavojingas ligas astronautams. Bėda ta, kad kosminiuose laivuose cheminių medikamentų vartojimas griežtai kontroliuojamas. Ten negalima naudoti antibiotikų, kadangi nežinomas jų poveikis tokiose sąlygose. Priešgrybelinių junginių taip pat. Tad reikėjo pasiūlyti kitą būdą suvaldyti ligų sukėlėjus. Lietuvos mikrobiologai moka, naudodami elektrinį lauką, sušaudyti pavojingą bakterijos ląstelę tarsi kulkomis. Jos sienelėje atsiveria poros, ir tokia ląstelė žūsta. Šis metodas vadinamas elektroporacija, ir juo stabdomas mikrobų plitimas. Mokslininkai dirba su tokiais standartiniais ligų sukėlėjais kaip staphylococcus aureus, pseudomonas aeruginosa, kurių savybės pakinta iš esmės. Ligos eiga kur kas sunkesnė, negu Žemėje. Tai siejama su gravitacijos nebuvimu. Be to, kadangi astronautus kosmose veikia daug streso faktorių, imunitetas silpsta ir infekcijoms lengviau pasireikšti. Bet pakinta ir mikroorganizmai. Pavyzdžiui, odos infekcijos prasideda tuomet, kai dėl antibiotikų poveikio arba alerginių reakcijų išnyksta gerosios bakterijos. Ant odos paviršiaus apsigyvena Candida genties mieliagrybiai. Mikrogravitacinėje aplinkoje jie patiria stresą ir supiktybėja.
Streso atveju candidas grybeliai geba keisti savo morfologiją, pradeda formuoti siūlų formos struktūras, vadinamas hifais. Jų atsparumas išauga, kadangi nesvarumo būklėje pasikeičia mieliagrybių genų raiška, jie tampa kur kas atsparesni aplinkos veiksniams. Pradėję projektą 2016 metais, Gyvybės mokslų centro Eukariotų molekulinės mikrobiologijos laboratorijos specialistai tyrė, kaip kuo efektyviau elektroporacijos būdu sunaikinti ir žalingas bakterijas, ir mieles.
Pavyzdžiui, mielių atsparumas antibiotikams išauga nuo 10 iki 30 kartų. Kodėl? Kai kurie pasaulio mokslininkai mano, kad gyvybė į Žemę atkeliavo iš kosmoso. Virusai ir kai kurios bakterijų rūšys pasiekė mūsų planetą asteoroidais arba meteoritais. Išgyveno tik labiausiai užsigrūdinę. Tai paaiškintų, kodėl Žemėje randama mikrobų, vadinamų ekstremofilais. Jie gali išbūti milijonus metų be vandens. Tačiau atsidūrę vandenyje, kaip mat atgyja ir ima daugintis. Todėl net kosminis šaltis ar rentgeno spinduliavimas jų nesunaikina. Tyrinėjant ekstremofilines archėjas, sierą redukuojančias bakterijas, cianobakterijas ir titnagumblius paaiškėjo, kad jie labai atsparūs UV spinduliuotei, gama, rentgeno spinduliuotei. Išlieka gyvybingos net vakuume. Gal tai yra moderniųjų mikrobų protėviai. Ir todėl nesvarumas, radiacija tarsi grąžina ligų sukėlėjus į pirmykštę būseną?
Mielių sandara iš principo labai panaši į mūsų. Todėl gydymas tokių ligų, kurios sukeltos mielių, turi nemenką šalutinį poveikį. Netgi gali būti pažeidžiamos kepenys. Todėl ir ieškoma alternatyvių gydymo būdų. Mokslininkai tikėjosi, kad naudojant elektroporaciją, pavyks paskatinti pažeistas mielių ląsteles nusižudyti. Toks užprogramuotos mirties procesas vadinamas apoptoze. Mūsų organizme tokia regeneracija vyksta nuolat, kai senas arba pažeistas ląsteles keičia kitos. Jis geras todėl, kad ląstelės žūsta, nesukeldamos uždegimo ir neišskirdamos į aplinką toksinių medžiagų.
Reikėjo surasti mechanizmą pasiųsti signalą, kuris pastūmėtų mielės ląstelę apoptozės keliu. Tada jos likučius pasisavintų epitelio ląstelės ir panaudotų regeneracijai. Ir tą pavyko padaryti, naudojant minimą metodą. Išsivysčius agresyvioms stafilokokinėms infekcijoms žaizdose, jų kraštai yra elektroporuojami ir tai padeda gijimui. Naudojant šį metodą, pavyko vienam pacientui išgydyti trejus metus negijusią žaizdą. Mokslininkams įdomu, kaip elektroporacija keičia mikroorganizmų bendruomenę ant odos, kaip paveikia bakterijų ir mielių santykius. Išnaikinus kokį nors mikroorganizmą, ta vieta tuščia nelieka. Todėl mikrobiotos tyrimai šiuo metu itin populiarūs, nes jie leidžia geriau suprasti mikrobų elgesį ir kurta efektyvesnsius gydymo metodus bei vaistus.

Rolandas Maskoliūnas