Чем питаются хищные бактерии
10 бактерий, которые могут заживо съесть человека
Само словосочетание «плотоядная бактерия» напугает любого человека с фантазией и вызовет в мыслях образы черной гниющей плоти и больных, похожих на зомби из фильмов ужасов.
Некоторые из этих патогенов охотятся за вашей кожей и соединительными тканями, другие могут разрушать кости, третьи селятся внутри вашего организма и медленно разъедают вас изнутри.
10. Некротический фасциит
Некротический фасциит вызывают стрептококки вида Streptococcus pyogenes и анаэробные бактерии Clostridium perfringens. В первую очередь они поражают кожу и подкожные ткани.
На ранней стадии заболевания у больного лишь болит в тех или иных местах и повышенная температура, поэтому неопытный врач может проворонить нужный момент и спутать это заражение с гриппом или иной болезнью. А когда заболевание уже набрало силу, то счет идет буквально на часы.
Пораженные ткани темнеют, инфекция быстро распространяется по лимфатическим сосудам и венам, в результате чего развивается инфекционно-токсический шок. При большой площади поражения больные могут умереть.
9. Летняя бактерия
Бактерию Vibrio vulnificus иногда называют «летней бактерией», потому что чаще всего она поражает любителей пляжного отдыха. Соответственно процветает она в районах с большим скоплением людей, пляжами и водоемами с соленой водой, как к примеру в штате Флорида (США).
Чтобы подцепить эту бактерию, нужно купаться в теплой воде с открытой раной на теле. Другой способ заражения это есть сырые морепродукты вроде устриц, в телах которых этой бактерии также в изобилии.
В отличии от некротического фасциита, эта бактерия не поедает вашу плоть напрямую, однако вызывает сильное гниение подкожных тканей, в результате чего может дойти до ампутации конечностей. Но хуже всего, это когда она проникает глубоко в ваше тело и вызывает гниение уже во внутренних органах.
8. Донованоз
Это венерическая инфекция, вызывающая стойкие язвы в районе половых органов. Причиной ее является бактерия Klebsiella granulomatis, которая не просто создает на коже язвочки и воспаления, но разъедает кожу и может нанести огромный ущерб организму.
Помимо половых органов, она может распространиться и на другие части тела, также создавая там характерные округлые очаги воспаления, которые при разрастании лопаются, обнажая сырое мясо с белесыми краями. В особо запущенных случаях Klebsiella granulomatis может добраться и до костей.
7. Синегнойная палочка
Синегнойная палочка (Pseudomonas Aeruginosa) проникает в ваше тело через любую открытую ранку или царапину и при должных условиях тут же начинает быстро размножаться. Симптомы поражения похожи на некротический фасциит.
Единственная хорошая новость насчет этой бактерии заключается в том, что здоровые люди с нормальным иммунитетом как правило очень редко заражаются ею. Но если ее не лечить, то как и с некротическим фасциитом, она может привести к быстрой смерти, быстро разъедая кожные покровы и проникая во внутренние органы и кости.
Самое страшное это то, что многие штаммы этой бактерии выработали устойчивость к антибиотикам и потому очень сложно поддаются лечению.
6. Золотистый стафилококк
В целом все стафилококки имеют склонность к «поеданию» вашей плоти, но у золотистого стафилококка (Staphylococcus Aureus) еще и большая устойчивость к антибиотикам. Чаще всего поражением им похоже на тяжелую форму угревой сыпи с глубокими гнойниками, но иногда кожа может так сильно разъедаться, что будет напоминать последствия от ожогов.
5. Неглерия фоулера
Эти опасные твари любят плавать в теплой пресной воде, поэтому их легко подцепить даже в бассейне. Если вы проглотите ее, то ничего страшного не произойдет, но если она попадет в нос, то по обонятельному нерву пройдет в мозг и там начнет размножаться и уничтожать мозговые клетки.
Симптомы при этом легко спутать с заболеваниями мозга, а когда выяснится, что это именно плотоядная амёба, обычно бывает уже слишком поздно.
4. Газовая гангрена
Смертельно опасную газовую гангрену вызывают бактерии Клостридия перфрингенс, которые чаще всего попадают в человеческое тело вместе с уличной грязью и пылью. Эти бактерии выделяют очень токсичные вещества, которые отравляют человеческое тело, вызывая массовое вздутие тканей.
Уже через 6 часов после попадания бактерии в тело, у человека начинается лихорадка, кожа приобретает серо-синий оттенок, а ранка, через которую бактерия попала в организм, углубляется, отекает и иногда видны даже мышцы. При надавливании на рану, выделяются мелкие пузырьки газа с неприятным гнилым запахом.
3. Стрептококк пиогенный
Этот стрептококк прицельно атакует горло, а еще прямую кишку и влагалище, поэтому легко понять, что это один из самых неприятных стрептококков вообще, если есть такая квалификация.
Он является возбудителем скарлатины и острого фарингита у детей. Начинается обычно с боли в горле и белесых выделений на слизистой, но может дойти до тошноты, головной боли и даже вызвать синдром токсического шока.
К счастью, большинство инфекций этой бактерией, особенно в горле, не приводят ни к каким «поеданиям» плоти. Однако в тяжелых случаях, когда организм сильно ослаблен и имеется очень слабый иммунитет, этот стрептококк может вести себя очень разрушительно.
2. Кишечная палочка (Escherichia coli)
Эта бактерия обычно отвечает за пищевые отравления, но иногда она проявляет себя куда агрессивнее. Известны некоторые штаммы Escherichia coli, которые вызывают гибель и распад клеток кожи и соединительной ткани и тогда можно наблюдать практически такие же симптомы как при некротическом фасциите.
Жертвами подобных агрессий также как правило являются люди с ослабленным иммунитетом и такие случаи нередко заканчивались их смертью.
1. Язва Бурули
Язва Бурули это опасная тропическая болезнь, которую вызывают бактерии Mycobacterium ulcerans. В 2018 году в Африке, Южной Америке и других жарких странах было зафиксировано почти 3 тысячи случаев этого заболевания. Половина заболевших в Африке это бегающие босиком дети до 15 лет.
Поражаются в основном конечности, причем и кожа и кости, а лечения как такового не существует, больным лишь дают дозы антибиотиков. Попадая в тело через царапины или ранки, бактерии начинают производить опасный токсин, который вызывает поражение тканей и подавляет иммунную систему.
Сначала на ноге возникает небольшая безболезненная шишка, токсин подавляет болевые ощущения. Спустя несколько недель эта шишка распадается и превращается в язву, глубина которой может доходить до костей.
Хищные бактерии помогают иммунной системе справиться с инфекцией
Рис. 1. Жизненный цикл хищной бактерии Bdellovibrio. Бделловибрион находит жертву — грамотрицательную бактерию и проникает в ее периплазматическое пространство (I, II). При этом клетка бактерии-жертвы приобретает округлую форму и погибает (III, IV). Хищник растет и размножается, питаясь содержимым убитой клетки (IV, V). Потомство размножившегося хищника выходит из разрушенной клетки и приступает к поискам новых жертв (VI). Рисунок из обсуждаемой статьи в Current Biology
Быстрое распространение устойчивых к антибиотикам штаммов патогенных бактерий заставляет медиков и биологов искать новые подходы к борьбе с инфекциями. Одним из них может стать использование хищной бактерии Bdellovibrio. Эксперименты на личинках рыбы данио-рерио показали, что инъекция бделловибрионов повышает выживаемость личинок, зараженных патогенной бактерией Shigella flexneri. Хищный микроб проникает в клетки шигеллы и убивает их, снижая численность болезнетворных бактерий до такого уровня, с которым уже способна справиться иммунная система хозяина. При этом сами бделловибрионы не вредят здоровью рыбы. Они размножаются только в клетках своих жертв — патогенных бактерий, а затем постепенно элиминируются иммунной системой. Исследование показало принципиальную возможность эффективного применения бделловибрионов для лечения инфекций внутренних органов, вызываемых грамотрицательными бактериями.
В истории человечества был краткий миг, когда многим экспертам показалось, что проблема инфекционных заболеваний, вызываемых бактериями, решена раз и навсегда. Это было сразу после начала широкого применения антибиотиков. Но вскоре пришло разочарование: оказалось, что микробы способны быстро вырабатывать устойчивость к антибиотикам. Постепенно стало ясно, что для того, чтобы не проиграть эволюционную гонку вооружений с болезнетворными микроорганизмами, нужно не только разрабатывать новые антимикробные средства взамен тех, к которым микробы уже приобрели устойчивость, но и придумывать принципиально новые стратегии борьбы с инфекциями. В частности, большие надежды возлагаются на разработку «биологического оружия» против бактерий, то есть на использование их природных врагов, таких как бактериофаги (см.: К. Мирошников. Пожиратели бактерий; интервью с К. Севериновым: Бактериофаги в борьбе с заражением продуктов).
Еще один естественный враг многих болезнетворных микробов — хищные бактерии, самой изученной из которых является Bdellovibrio bacteriovorus. Бделловибрионы проникают в клетку бактерии-жертвы, убивают ее (при этом клетка приобретает характерную округлую форму) и некоторое время размножаются в ней, а затем выходят на поиски новых жертв (рис. 1). В отличие от бактериофагов, обладающих высокой специфичностью (из-за этого вирус, эффективный против одного штамма патогенов, часто оказывается бесполезен против других), бделловибрионы успешно расправляются с широким кругом грамотрицательных бактерий, в том числе — с возбудителями опасных заболеваний. Bdellovibrio не использует специфические поверхностные белки жертвы для ее идентификации и не подбирает индивидуальных молекулярных «ключей» для атаки. Поэтому бактериям-жертвам должно быть труднее защититься от этого хищника, чем от антибиотика или фага (подобно тому, как мышам легче выработать устойчивость к яду, чем к кошке). Действительно, бесспорных случаев выработки у бактерий-жертв наследственной устойчивости к бделловибрионам пока не обнаружено.
Эти особенности делают бделловибрионов потенциально перспективным антибактериальным средством. Впрочем, за 53 года с момента их открытия (H. Stolp, M. P. Starr, 1963. Bdellovibrio bacteriovorus gen. et sp. n., a predatory, ectoparasitic, and bacteriolytic microorganism) дело так и не дошло до практического применения. Может быть, всё дело в том, что распространение устойчивых к антибиотикам патогенных бактерий еще не приобрело по-настоящему угрожающих масштабов. Но исследования в этом направлении потихоньку ведутся (R. E. Sockett, C. Lambert, 2004. Bdellovibrio as therapeutic agents: a predatory renaissance?).
Судя по имеющимся данным, бделловибрионы сами по себе безвредны для позвоночных. Показано, что пероральное применение бделловибрионов снижает численность сальмонелл в пищеварительном тракте цыплят (R. J. Atterbury et al., 2011. Effects of Orally Administered Bdellovibrio bacteriovorus on the Well-Being and Salmonella Colonization of Young Chicks), а введение их в легкие крыс помогает вылечить пневмонию, вызванную бактерией Klebsiella pneumoniae (K. Shatzkes et al., 2016. Predatory Bacteria Attenuate Klebsiella pneumoniae Burden in Rat Lungs). Кроме того, есть данные, указывающие на эффективность бделловибрионов как средства против глазных инфекций (R. M. Q. Shanks, D. E. Kadouri, 2014. Predatory prokaryotes wage war against eye infections).
Новое исследование британских микробиологов, результаты которого опубликованы в журнале Current Biology, впервые показало возможность эффективного применения инъекций бделловибрионов для борьбы с инфекциями внутренних органов.
Авторы работали с одним из классических объектов экспериментальной биологии — личинками рыб данио-рерио (см. также: Zebrafish). Среди достоинств этой модели — прозрачность, благодаря которой можно наблюдать за бактериями прямо внутри живых рыбок, а также редкостная живучесть, позволяющая исследователям подвергать их самым причудливым манипуляциям.
В экспериментах использовались бделловибрионы, помеченные красной флуоресцентной меткой (mCherry), и устойчивый к антибиотикам (стрептомицину и карбенициллину) штамм патогенной бактерии Shigella flexneri, помеченный зеленой меткой (GFP). Бактерий вводили в желудочек заднего мозга личинкам трехдневного возраста. У здоровых личинок в спинномозговой жидкости нет ни бактерий, ни лейкоцитов, поэтому там удобно следить за развитием инфекции и иммунным ответом.
Для начала исследователи убедились, что инъекция бделловибрионов сама по себе не вредит здоровью личинок. В отсутствие других бактерий хищные микробы не могут размножаться, и их численность в мозге постепенно снижается. Опыты с трансгенными рыбками, у которых флюоресцентными метками были помечены макрофаги и нейтрофилы, позволили установить, что эти клетки проникают в спинномозговой канал и заглатывают бделловибрионов. Впрочем, сильной воспалительной реакции при этом не возникает и жизнеспособность личинок не снижается. Через двое суток после инъекции в рыбке практически не остается бделловибрионов.
В отсутствие бделловибрионов введенная в мозг шигелла быстро размножается, что приводит к гибели 70–75% личинок в течение 72 часов. Однако если через 30–90 минут после заражения впрыснуть в мозг личинке порцию бделловибрионов, то численность шигеллы начинает снижаться, а выживаемость рыбок заметно возрастает (рис. 2). При этом бделловибрионов поначалу становится больше, потому что они размножаются внутри своих жертв, но затем, когда жертв не остается, численность Bdellovibrio тоже быстро сходит на нет.
Рис. 2. Численность шигелл в мозге личинки в отсутствие бделловибрионов растет (три левые фотографии; шигеллы помечены зеленой флюоресцентной меткой; hpi — часы после заражения; PBS — натрий-фосфатный буфер). После инъекции бделловибрионов численность шигелл снижается (три правые фотографии; бделловибрионы помечены красной меткой). Внизу показана реконструкция событий, происходящих в мозге зараженной личинки. В отсутствие бделловибрионов шигеллы быстро размножаются, клетки иммунной системы не могут справиться с таким количеством патогенных бактерий, и рыбка погибает. Бделловибрионы охотятся на шигелл и снижают их численность до такого уровня, при котором иммунная система в состоянии подавить инфекцию. Изображение из обсуждаемой статьи в Current Biology.
При помощи конфокального микроскопа удалось разглядеть, что бделловибрионы в мозге живых личинок действительно атакуют шигелл и размножаются в их клетках, которые при этом приобретают характерную округлую форму (рис. 3).
Рис. 3. Бделловибрион (красный) атакует шигеллу (зеленая) в мозге живой рыбки. Видно, что клетка шигеллы при этом приобретает округлую форму. Длина масштабного отрезка — 2,5 мкм, mpi — минуты после инъекции. Изображение из обсуждаемой статьи в Current Biology
Дополнительные эксперименты с рыбками, лишенными лейкоцитов (у этих рыб на ранних стадиях развития блокировали работу гена, необходимого для развития лейкоцитов), показали, что таким рыбам бделловибрионы тоже помогают бороться с инфекцией, однако наибольшая выживаемость инфицированных личинок наблюдается в том случае, если у них и иммунная система в порядке, и инъекция хищных бактерий была сделана вовремя (рис. 4).
Рис. 4. Процент личинок, выживших спустя 24, 48 и 72 часа после заражения шигеллой. Кружки — личинки с нормальной иммунной системой, квадратики — личинки без лейкоцитов. Белые значки — инъекция натрий-фосфатного буфера, черные — инъекция бделловибрионов. Рисунок из обсуждаемой статьи в Current Biology
Таким образом, иммунная система и бделловибрионы объединяют свои усилия в борьбе с патогенными бактериями. Итоговая реконструкция процессов, происходящих в мозге зараженной рыбки, показана внизу на рис. 2.
Данное исследование, наряду с другими, подтверждает, что хищные бактерии в будущем могут стать надежными помощниками медиков в борьбе с патогенными микроорганизмами, устойчивыми к антибиотикам.
Охотятся ли бактерии на других бактерий?
Бактерии могут быть отличными охотниками. Бактерии Bdellovibrio bacteriovorus охотятся на другие бактерии, и как только их бактериальная добыча попадает в их лапы, они начинают ее поедать.
Однако давайте сделаем шаг назад и окунемся в мир микроорганизмов, где миллиарды бактерий постоянно борются друг с другом за выживание. Именно так! Бактерии также могут охотиться на других бактерий. Этот навык присущ не только животным. Эти бактериальные охотники называются хищными бактериями.
Хищные бактерии: что это такое?
Хотя они относительно безвредны для человека, они не так вежливы по отношению к себе подобным.
Фотография Bdellovibrio bacteriovorus.
Как охотится Bdellovibrio bacteriovorus?
Эти бактерии действуют примерно так же как пиявки. Они прикрепляются к хозяину и начинают высасывать все питательные вещества для себя. При этом они размножаются внутри хозяина, и новые копии вырываются из него, убивая его.
Bdellovibrio bacteriovorus прикрепляется к другим грамотрицательным бактериям, таким как Escherichia coli или Salmonella, а затем проделывает отверстия в их клеточной мембране. Через эти отверстия они проникают в периплазматическое пространство хозяина, которое представляет собой небольшой гелеобразный матрикс, существующий между двумя слоями клеточной мембраны.
Оказавшись внутри, они начинают высасывать питательные вещества из внутренностей хозяина, становясь похожими на микробных пиявок. Они также выделяют разрушающие белки ферменты, которые разрушают хозяина изнутри.
Какие существуют виды хищных бактерий?
Кроме Bdellovibrio существуют и другие бактериальные хищники, и эти виды называются BALO (Bdellovibrio и подобные организмы).
Другие примеры включают Bdellovibrio exovorus или протеобактерии, такие как Micavibrio aeruginosavorus и другие семейства бактерий: Peredibacteraceae, Halobacteriovoraceae и Pseudobacteriovoracaceae. Однако исследований по этим другим типам проводится не так много.
Наиболее изученным и известным остается Bdellovibrio bacteriovorus.
Вредны ли хищные бактерии для людей?
На самом деле, многочисленные исследования были проведены на других млекопитающих, таких как мыши, крысы, крабы и кролики, с использованием B. bacteriovorus и M. aeruginosavorus. К счастью, было установлено, что эти бактерии не оказывают негативного воздействия на этих живых существ.
Исследования также показали, что B. bacteriovorus может быть частью бактериального ландшафта нашего кишечника.
По мере того как все больше исследований подтверждают, что хищные бактерии безвредны для человека, они становятся все более привлекательными в качестве методов лечения.
В настоящее время антибиотики являются наиболее распространенными методами борьбы с бактериальными инфекциями. Однако вы, вероятно, слышали о серьезной угрозе, надвигающейся на нас, — устойчивости к антибиотикам!
Если антибиотики больше не убивают болезнетворные бактерии, то что же мы можем использовать, чтобы остановить их? Одним из потенциальных способов может быть использование хищных бактерий.
Этот метод был бы похож на отправку собственной бактериальной армии, которая сражается на нашей стороне!
Многие бактерии, вызывающие заболевания, могут комфортно жить в нашем организме без успешного уничтожения иммунной системой благодаря биопленкам.
Однако недостатком является то, что мы не можем просто ввести эти бактерии в наш организм и надеяться, что они найдут нежелательные бактерии и атакуют их. Если бы все было так просто.
Вероятность того, что хищные бактерии уклонятся от иммунной системы нашего организма и найдут в нем бактерии, на которые они должны охотиться, довольно высока. Вместо этого лечение будет более поверхностным.
Например, если внутри кожи есть бактерии, вызывающие сыпь или изменение цвета кожи, проще ввести хищные бактерии именно в эту область. Другими словами, этот стиль лечения будет более локальным и будет использоваться для относительно небольших проблем.
Заключение
Оказывается, существуют бактерии, способные охотиться на другие бактерии, и они могут быть весьма полезны для нас! В настоящее время ведется большая работа по изучению механизмов того, как хищные бактерии убивают свою жертву.
Если повезет, мы сможем найти способы адаптировать их использование для лечения бактериальных инфекций. Если забыть о болезнях, их можно использовать в качестве пестицидов в сельском хозяйстве или консервантов в пищевой промышленности.
В итоге они могут стать новым лучшим другом человека!
Энциклопедия «Жизнь растений»
ХИЩНЫЕ НИТЧАТЫЕ БАКТЕРИИ
ХИЩНЫЕ НИТЧАТЫЕ БАКТЕРИИ
Крайне своеобразная группа хитцпых нитчатых бактерий впервые описана на уровне порядка Cyclobacteriales советским микробиологом Б. В. Перфильевым.
Третьим родом хищных бактерий является тератобактер (Teratobacter, рис. 68). Б. В. Перфильев наблюдал у этой бактерии ловчее приспособление в виде петель, которое облегчает улавливание жертв, как правило, нитчатых бактерий (в частности, Beggiatoa).
Бактерии, подобные описанным, довольно легко обнаружить при постановке простейших опытов. Достаточно внести в колбу с водой небольшое количество богатой органическим веществом почвы или ила, чтобы спустя 10- 15 дней на поверхности воды обнаружить микроскопления клеток, соединенных плазмодесмами в большие группы. Такая форма роста известна также под названием бактодерм, и ради объективности следует отметить, что убедительных доказательств в пользу хищной природы подобных скоплений (микроколоний) все еще недостаточно. Само существование таких многоклеточных агрегатов не вызывает сомнения и является формой существования в природе обычных сапрофитных бактерий.
Другим примером сложных нитчатых объединений клеток могут служить обнаруженные В. И. Дудой (1972) анаэробные неспорообразующие бактерии, формирующие сложно организованные колонии, состоящие из клеток, упорядоченных в нити, взаимно переплетенных. На почвенных частицах, взятых в качестве питательной среды, эти бактерии образуют воздушные колонии, напоминающие колонии актиномицетов. При просмотре в сканирующем электронном микроскопе (микроскоп, работающий по принципу отраженного луча) видна сетчатая структура колоний (табл. 38).
Хищные бактерии отражают экологически адекватную (соответствующую среде обитания), по не обязательную форму роста. По-видимому, близки к этой группе и анаэробные нитчатые бактерии.
Бактерия-хищник заменит антибиотик
Уже много миллиардов лет бактерии воюют с бактериофагами, поражающими их вирусами. Но у них случаются и «гражданские войны»: бактерии и сами умеют убивать друг друга. И фаги и «хищные» виды бактерий – объекты пристального внимания человека, потому что их можно использовать против патогенов. Один из потенциальных живых «антибиотиков» – хищная бактерия Bdellovibrio bacteriovorus: по имеющимся данным, она эффективна против ряда патогенов человека и при этом не причиняет вреда, по крайней мере, лабораторным животным. Что же мешает уже сейчас использовать бделловибрионы – если не в медицине, то, например, в сельском хозяйстве?
B. bacteriovorus были открыты более 50 лет назад, но процессы жизнедеятельности этого микроорганизма до сих пор изучены недостаточно. В целом бделловибрион действует подобно вирусу: он присоединяется к своей жертве, проникает внутрь, размножается за счет ресурсов бактерии-хозяина, а когда они заканчиваются, бактериальная клетка распадается, и бделловибрионы выходят в окружающую среду. Одно из неизвестных обстоятельств – и эта неизвестность, в частности, препятствует тому, чтобы человек мог использовать B. bacteriovorus в своих целях – каким образом B. bacteriovorus находит добычу, происходит ли это с помощью каких-либо химических взаимодействий или случайным образом.
Чтобы получить ответ на этот вопрос, ученые из IUPUI (совместный кампус Индианского университета и Университета им. Пердью, США) при помощи видеомикроскопии высокого разрешения наблюдали за «охотой» B. bacteriovorus на кишечную палочку E. coli.
Существовало предположение, что, скорее всего, бделловибрион находит добычу случайно. Но как сказал один из авторов исследования, очень трудно поверить, что это лучшее, что смогла придумать природа за миллиард лет эволюции. Как ни странно, результаты пристального наблюдения за B. bacteriovorus показали, что это так и есть. Быстро перемещающиеся с помощью своего жгутика B. bacteriovorus используют для «охоты» всего лишь гидродинамические эффекты, которые возникают в результате их собственных плавательных движений. В результате бактерии оказываются вынужденными плавать кругами около поверхностей (например, в эксперименте – это предметное и покровное стекла микроскопа) или каких-либо рельефных образований, а это – именно те места, где оказывается будущая добыча в результате своих плавательных движений, побуждающих ее двигаться из толщи жидкости к поверхностям.
В дальнейшем ученые планируют модифицировать B. bacteriovorus так, чтобы их движения были еще более эффективны для «охоты», и понаблюдать, как будут себя вести эти «суперэффективные охотники» в живом организме.
Исследователи надеются, что их работы по гидродинамической составляющей бактериальных взаимодействий приблизят внедрение бактерий-хищников в качестве инструмента уничтожения патогенных бактерий, в том числе устойчивых к антибиотикам.