Nie do zabicia
Myli państwo dziś ręce? To dobrze. Jeśli zrobiliście to prawidłowo, każdy z was spłukał do umywalki kilka milionów bakterii, nie licząc wirusów, drożdży, grzybów i innych żyjątek bytujących sobie na ludzkiej skórze.
Liczba bakterii na dłoniach waha się od 40 tys. do 5 mln na centymetr kwadratowy skóry. Największą florą bakteryjną, być może odporną na antybiotyki, mogą „pochwalić się” pracownicy placówek medycznych oraz osoby zajmujące się przygotowywaniem zwłok do pochówku, zwłaszcza ludzi, którzy zmarli w szpitalu.
Dzisiaj obawiamy się koronawirusa i do pracy przystępujemy z ostrożnością, ale niech wyczekiwany koniec pandemii nie uśpi naszej czujności. Jako pracownicy domów pogrzebowych nie znamy szczegółowych danych medycznych dotyczących zmarłego. Zazwyczaj nasza wiedza jest ogólna: zmarł na zawał, udar, raka itp. Nie mamy natomiast dostępu do dokumentacji szpitalnej, a w wielu przypadkach moglibyśmy znaleźć tam interesujące informacje. Osoba, która zmarła po długiej, wyniszczającej chorobie i spędziła przed śmiercią jakiś czas w szpitalu, jest często nosicielem wielu antybiotykoopornych bakterii. W dokumentacji określa się je jako „drobnoustrój alarmowy”.
Te drobnoustroje bywają wtórną przyczyną zgonów. Powinniśmy zatem zakładać, że większość zmarłych, którzy trafili do domu pogrzebowego ze szpitala, może być zarażona drobnoustrojami odpornymi na antybiotyki.
Twoje ciało nie należy wyłącznie do ciebie
Nawet całkowicie zdrowy człowiek jest jednym wielkim siedliskiem zarazków. Powiedzenie, że nasze ciała nie należą tylko do nas, jest w tym przypadku jak najbardziej słuszne. Organizm przeciętnego człowieka składa się z 10 bilionów komórek. Ale to są tylko jego komórki. Bo według źródeł nasze ciało jest domem dla od 38 do nawet 100 bilionów bakterii. Składa się zatem tylko w jednej dziesiątej z własnych komórek. Jak to możliwe? Oczywiście nie chodzi tu o kategorie wagowe.
Całe to drobnoustrojstwo (zwane naukowo mikrobiomem) waży przeciętnie około 1,3 kilograma. Wagowo to niewiele, ale gatunkowo – bardzo dużo. Podrap się za uchem – na palcach została ci część z 2359 gatunków pomieszkujących tam bakterii. Na języku żyje kolejne 7947 gatunków. Gardło jest domem dla 4154 gatunków, a nozdrza – dla 2264. Zwróćmy uwagę, że mówimy o gatunkach, a nie o pojedynczych bakteriach – liczba tych ostatnich idzie w dziesiątki i setki milionów. Najwięcej bakterii bytuje w naszych jelitach – przeciętnie 33,627 gatunków.
Ten fragmentaryczny opis jest początkiem, a nie końcem wyliczanki, bo obejmuje jedynie bakterie, a co z wirusami? Tych nosimy w sobie i na sobie jeszcze więcej – ludzki wiriom (bo tak nazywa się ogół zamieszkujących nasz organizm wirusów) liczy 380 bilionów mikroorganizmów. To już tak nieprawdopodobna liczba, że podaję ją na odpowiedzialność Davida Pride’a, dyrektora Wydziału Mikrobiologii z University of California oraz Chandrabali Ghose z Rockefeller University.
Oczywiście nie wszystkie te wirusy są dla nas szkodliwe. Niektóre są nawet niezbędne, gdyż atakują nieprzyjazne nam bakterie. Takie wirusy nazywamy bakteriofagami. Skoro nasze ciało zamieszkuje dużo więcej wirusów niż bakterii, można by przypuszczać, że wiemy o nich o wiele więcej. Tak jednak nie jest. Naukowcy zaczęli przyglądać się im od niedawna i dopiero teraz odkrywają niektóre z podstawowych funkcji, jakie te wirusy w naszym organizmie pełnią.
Szczepionkowa porażka
Ze zwalczaniem wirusów mieliśmy problem od momentu odkrycia pierwszego z nich. Dokonał tego rosyjski uczony. Nie nazywał się on Wirusow, tylko Dimitirj Iwanowski i w 1892 roku opisał chorobę liści tytoniu, którą – jak dowodził – „wywoływał ekstremalnie mały czynnik zakaźny”. Obecnie ten pierwszy odkryty „czynnik” nazywamy wirusem mozaiki tytoniowej i do dziś badacze nie wynaleźli skutecznego środka ratującego uprawy przed zniszczeniem.
Niektóre groźne dla człowieka wirusy udało się nam poskromić. Odra, różyczka, ospa, polio (choroba Heinego-Medina) – tych i wielu innych chorób wirusowych dzięki szczepieniom już się nie spotyka. Porażkę ponieśliśmy w przypadku najpowszechniejszej dolegliwości: przeziębienia. Wywołuje je ok. 200 wirusów dzielących się na różne odmiany: rinowirusy, pikornawirusy, koronawirusy, adenowirusy, ortopneumowirusy i jeszcze kilka innych. Odporność nabyta przez organizm po zarażeniu się którymś z wirusów jest krótkotrwała. Jeśli ktoś ma pecha, może zarazić się tym samym wirusem już po kilku miesiącach od poprzedniego zachorowania. To prawdopodobne, zważywszy że przeciętnie chorujemy na przeziębienie dwa do czterech razy w roku, a dzieci nawet sześć do ośmiu razy.
W przypadku rodzin z dwojgiem dzieci i więcej – jeżeli chodzą one do przedszkola lub szkoły – nie powinno nas dziwić, że choruje się 10, a nawet 12 razy w roku. Niestety szczepionki na wirusy wywołujące przeziębienie nie opracowaliśmy. Powód? Każdy typ wirusa (a przypomnijmy, że jest ich około 200) reaguje na inne przeciwciała. Do tego wirusy mogą dzielić się na różne szczepy. I tak za około 75 proc. przeziębień odpowiada rinowirus, szczepionka przeciwko niemu wyeliminowałaby zatem znaczną liczbę zakażeń. Jest jednak pewien problem. Rinowirus dzieli się na około 150 szczepów, a aby skutecznie walczyć z każdym z nich trzeba by wyprodukować dla każdego inne przeciwciała, a to bardzo komplikuje sprawę opracowywania szczepionki. Obecnie naukowcy eksperymentują ze szczepionką przeciwko stu szczepom, ale do sukcesu jeszcze daleko i w najbliższych latach nie ma co spodziewać się przełomu.
A szczepionka by się przydała, bo przeziębienie – mimo że rzadko powoduje komplikacje zdrowotne – naraża na spore straty gospodarkę. Szacuje się, że w USA rodzice opuszczają w sumie 126 milionów dni roboczych, żeby opiekować się chorymi dziećmi. Do tego dochodzi 150 milionów dni roboczych opuszczonych z powodu choroby u dorosłych. Generalnie ocenia się, że straty z powodu okołoprzeziębieniowych dolegliwości, w wyniku których ludzie nie przychodzą do pracy, wynoszą ok. 20 miliardów dolarów rocznie. Oczywiście, jak to bywa w gospodarce, jedni tracą, inni zyskują. Na ogólnodostępne leki na przeziębienie Amerykanie wydają 2,9 miliarda dolarów. Do tego dochodzi 400 milionów na specyfiki wydawane na receptę. Dodajmy tylko dla ścisłości, że są to preparaty łagodzące objawy, a nie leczące przeziębienie. Leku zwalczającego wirusa przeziębienia, podobnie jak szczepionki, nie ma. Organizm sam musi zwalczyć wirusa.
Ta walka nie zawsze kończy się powodzeniem. Owszem, wirusa przeziębienia czy grypy zdrowy, silny organizm jest w stanie pokonać. Istnieją jednak wirusy, których nasz system immunologiczny „nie widzi” albo nie jest w stanie ich zwalczyć. Tak bywa w przypadku wirusa brodawczaka, AIDS czy wirusowego zapalenia wątroby. Choroba przybiera wówczas stan chroniczny. Bywa również tak, że nasz układ odpornościowy wykrywa wirusa, a jego reakcja jest tak silna, że staje się dla nas zabójcza. Chorzy na COVID-19 umierają nie na skutek obecności wirusa jako takiego, tylko w wyniku gwałtownej reakcji organizmu na jego obecność. Prowadzi ona do obrzęku płuc i niewydolności innych narządów. Dlatego właśnie chorym podaje się deksametazon – lek sterydowy łagodzący stan zapalny, który jest reakcją organizmu na pojawienie się wirusa.
Wirusy są trudniejszym przeciwnikiem, bo działają na innej zasadzie niż bakterie. Przede wszystkim wirusów nie uznaje się za organizmy żywe. To wyłącznie spirale DNA otoczone płaszczem białkowym, tzw. kapsydem. Nie są w stanie samodzielnie się rozmnażać. Aby to zrobić, muszą wniknąć w głąb komórki i wykorzystać jej części, by się zmultiplikować. Korzystając z enzymów komórkowych, wirus wytwarza setki albo tysiące swoich kopii, które następnie przebijają się przez ścianę komórki i ruszają na podbój kolejnych komórek.
Zaraz, zaraz, jak to możliwe? Z jednej zawirusowanej komórki wylęgają się tysiące wirusów? W jaki sposób jedna komórka może wykarmić taką ich liczbę? Odpowiedź jest prosta: chodzi o wymiary. Komórka w ludzkim ciele ma przeciętnie średnicę 100 mikrometrów (0,01 cm). Najmniejsze bakterie mają średnicę 0,4 mikrometra (0,0004 cm) i są to giganty w porównaniu z wirusami, których rozmiar jest od stu do tysiąca razy mniejszy.
Co ich nie zabije, to je wzmocni
Część osób może wzruszyć ramionami. To nie nasze zmartwienie. Mamy w zakładach środki bakerio- i wirusobójcze, a w razie potrzeby wyciągamy broń ostateczną – formaldehyd, który jest składnikiem m.in. płynów do balsamacji. Jeszcze się taki zarazek nie narodził, któremu by formaldehyd nie dał rady. O, przepraszam, to stwierdzenie to już błąd.
Istnieją grzyby oraz szczepy bakterii i wirusów odporne albo przynajmniej oporne na działanie formaldehydu, w tym szczepy siejącej postrach w szpitalach anytbiotykoopornej bakterii Klebsiella pneumoniae. Obecnie możemy przeciwdziałać tej o(d)porności, stosując odpowiednio silne stężenie formaldehydu, ale doświadczenie pokazuje, że tak nie musi być w nieskończoność. Niejednego naukowca zaskoczyło, w jak zabójczych warunkach drobnoustroje mogą przetrwać, a nawet zacząć się w nich rozmnażać.
Pod koniec lat 60. swoją zdolnością przetrwania zdumiała naukowców z NASA pospolicie występująca w jamie ustnej bakteria z grupy paciorkowców Streptococcus mitis. Historia musiała zacząć się od kichnięcia przez pracownika montującego kamerę telewizyjną we wnętrzu sondy księżycowej Surveyor-3. Sonda wystartowała 17 kwietnia 1967 roku, a swoją misję zakończyła już 3 maja. Dwa lata później załoga statku Apollo 12 podczas misji księżycowej wymontowała kamerę z sondy i przetransportowała ją na Ziemię. Wówczas w laboratorium NASA – w warunkach całkowitej sterylności – kamerę rozmontowano i podczas badań mikroskopowych znaleziono w jej wnętrzu żywego paciorkowca.
No cóż, tam, gdzie są ludzie, są i paciorkowce, dlaczego więc ten pojedynczy drobnoustrój często atakujący naszą jamę ustną miałby u kogokolwiek wywołać zdumienie? Ano ze względu na warunki, w jakich skromna bakteria spędziła dwa lata na Księżycu: wytrzymała tam bez tlenu i wody, w temperaturach wahających się od plus dwustu stopni w dzień do minus dwustu w nocy, w dodatku była narażona na zabójcze promieniowanie kosmiczne. A mimo to po powrocie na Ziemię wykazywała pełną żywotność.
Paciorkowiec, który przetrwał dwa lata w kosmosie, to jednak tylko jeden z przykładów na to, że drobnoustroje są w stanie bytować nawet w teoretycznie zabójczym dla życia środowisku. Od zarania dziejów ludzie konserwowali żywność za pomocą soli. Pochłania ona wodę, a ponieważ bakterie potrzebują jej do rozmnażania się, zasolone środowisko jest dla nich wrogie. Okazuje się jednak, że nie dla wszystkich. Weźmy takie Wielkie Jezioro Słone w stanie Utah. Woda w nim jest tak słona, że człowiek się w niej nie zanurzy. Zasolenie przekracza tu ośmiokrotnie zasolenie wód morskich i 30-krotnie płynów ustrojowych człowieka. A mimo to amerykański biolog Paul Zaal jeszcze w latach 60. odkrył w tej wodzie istne mrowie glonów, pierwotniaków i bakterii.
Natomiast w latach 80. mikrobiolog A. Welsby z Wielkiej Brytanii wykazał, że w jeszcze bardziej zasolonych wodach w okolicy półwyspu Synaj też roi się od bakterii. To czym mamy w końcu bakterie zabijać, skoro sól im niestraszna? Oczywiście alkoholem. Niemal każdy żel do dezynfekcji rąk jest na bazie alkoholu. Producenci tych specyfików nieodmiennie zapewniają, że zabijają one 99,9 proc. zarazków (pamiętajmy: biorąc pod uwagę liczbę zarazków na dłoniach, pozostałe 0,1 proc. przekłada się na tysiące zarazków, których żel nie ruszył).
Na pewno jednak żaden żel nie zabije bakterii Thermoanaerobacter ethanolicus. Żyje ona sobie w gorących źródłach parku Yellowstone i tam, w temperaturze 78°C, bez dostępu do tlenu, wytwarza właśnie alkohol. Poza potencjalną przydatnością tego mikrobu do pędzenia bimbru, warto zwrócić uwagę na temperaturę środowiska, w jakim on żyje. Przecież nie bez kozery graniczna dla człowieka jest temperatura 42°C.
W wyższej temperaturze zaczyna ścinać się białko, więc następuje uszkodzenie komórek. Ale dotyczy to tylko organizmu człowieka, a nie bakterii, bo te potrafią żyć i rozmnażać się w temperaturach jeszcze wyższych niż wspomniane 78°C. W 1990 roku radziecka „Priroda” donosiła o bakterii Anaerocellum Thermophilum (wykorzystywanej zresztą do produkcji celulozy), która najlepiej rozmnaża się w temperaturze 86°C. A trzy lata wcześniej niemieccy naukowcy z uniwersytetu w Regensburgu odkryli w gorących źródłach u wybrzeży Włoch bakterie, które swobodnie funkcjonują jeszcze w temperaturze 92°C. Jeśli włożylibyśmy rękę do tego wrzątku, natychmiast obumarłyby tysiące komórek na naszej skórze, a tu jakaś pojedyncza komórka mikroskopijnej wielkości żyje, i jeszcze się rozmnaża.
Czy nie przekroczyliśmy już granicy między rzeczywistością a fikcją? Okazuje się, że nie, a co więcej, ta granica leży dużo dalej. W 1983 roku magazyn „Nature” doniósł o odkryciu bakterii żyjących 2650 metrów pod poziomem morza w temperaturze 250°C. Egzystują one w pobliżu gejzerów tryskających siarką na dnie oceanu nieopodal wybrzeży Meksyku. Mało tego, dają pierwsze oznaki aktywności dopiero przy 85°C, optymalna jest dla nich temperatura 200°C, a życie zachowują (zaprzestając co prawda rozwoju) jeszcze przy 300°C. Przepraszam, ale czy to w ogóle jest jeszcze… życie białkowe?
Pytanie to zadają sobie zapewne naukowcy, którzy raz po raz odkrywają mikroby bytujące w środowiskach teoretycznie dla nich zabójczych. W 1988 roku japońscy mikrobiolodzy zawiadomili świat o odkryciu w toluenie bakterii z rodzaju Pseudomonas. Toluen to mieszanka węglowodorów, która jest zabójcza dla bakterii już w stężeniu 0,1 proc. Przynajmniej tak było, póki Japończycy wszystkiego nie zepsuli. Odkryta przez nich bakteria świetnie się miewa w 70-procentowym roztworze toluenu. Mało tego, bardzo lubi wysokie stężenia ksylenu, heksanu, benzenu i jeszcze paru innych substancji, których wspólną cechą jest znakomite rozpuszczanie tłuszczów.
Tymczasem błona każdej komórki składa się w głównej mierze z tłuszczu. Właśnie dlatego higieniści apelują o przynajmniej 20-sekundowe mycie rąk, aby mydło zdążyło rozpuścić tłuszcz w ścianach komórek bakterii i otoczkach lipidowych wirusów. Ale jak rozpuścić taką bakterię za pomocą zwykłego mydła, jeśli ona żyje i rozmnaża się w nieporównanie silniejszym od tegoż mydła rozpuszczalniku, w dodatku używanym w laboratoriach do zabijania kultur bakteryjnych?
Z otchłani wieków
Bakterie zaskakują nie tylko odpornością na wrogość środowiska, ale również zdolnością przetrwania przez długi czas. W 2007 roku magazyn „New Scientist” doniósł, że naukowcy z Rutgers University w USA wykryli bakterie znajdujące się w pokładach lodu na Antarktydzie liczących osiem milionów lat. No, nie tylko odkryli, ale jeszcze rozmrozili je i umieścili na płytce z pożywką. Bakterie zaczęły się rozmnażać, co było z ich strony pewnym wyczynem, bo czas połowicznego rozkładu zamrożonego DNA wynosi 1,1 mln lat (po takim okresie przestaje istnieć połowa struktur), a to znaczy, że drobnoustroje straciły znaczną część kodu genetycznego.
Ale te osiem milionów lat to drobiazg. W lipcu tego roku media doniosły o innym odkryciu. Japońscy naukowcy znaleźli w pokładach dennych południowego Pacyfiku bakterie liczące sto milionów lat. I one też, po umieszczeniu w pożywce, zaczęły się rozmnażać. Chwała im za to, ale przejść do porządku dziennego nad tym nie jest łatwo. Czy zdajemy sobie sprawę z tego, ile minęło od powstania tych bakterii od obecnych czasów? Tu już nawet nie ma co porównywać z historią ludzkiego gatunku (ok. 300 tys. lat).
Te bakterie rozpoczęły swoje istnienie kilkadziesiąt milionów lat przed wyginięciem dinozaurów. Świat jest nie do poznania. Kontynenty dopiero zaczynają przybierać znany nam kształt. Nie ma jeszcze południowej części Europy. Nasz kraj leży niedaleko lądu, który w przyszłości odsunie się hen na zachód i stanie się Ameryką Północną. Ten fragment lądu, na którym znajduje się przyszłe terytorium Polski, oblewa od południowego zachodu Atlantyk, od północy zaś – Ocean Arktyczny. Bałtyku jeszcze nie ma, więc do Szwecji możemy dostać się drogą lądową. A poza naszym grajdołkiem? Nie pojedziemy na wakacje do Egiptu ani do Hiszpanii, bo te jeszcze nie istnieją – przynajmniej nie w miejscu, do którego jesteśmy przyzwyczajeni.
Na południu dwa oddzielne lądy leżą blisko siebie, ale dopiero za miliony lat utworzą jeden kontynent – Afrykę. Na razie te dwie połówki znajdują się rzut beretem od Ameryki Południowej, która przez kolejne miliony lat będzie odsuwała się na zachód. Zamiast Oceanu Spokojnego mamy oblewający Eurazję ocean zwany Tetydą. Australia dopiero co zaczęła oddzielać się od Antarktydy, z którą do tej pory tworzyła jeden ląd. Za kilkadziesiąt milionów lat zajmie należne jej miejsce w strefie podzwrotnikowej. Poszkodowani są Rosjanie, bo w miejscu tak niezależnych od nich potęg jak Kazachstan, Mongolia, Turkmenistan czy Kirgistan przelewa się ocean.
Do tego od wschodu siedzą im na tyłku Chińczycy, którzy dopiero za kilkadziesiąt milionów lat zsuną się dużo niżej na południe. Ale żarty na bok. Ta Ziemia sprzed stu milionów lat to nasza planeta, ale nie nasz świat. I co, wyciągnięty z tej otchłani wieków jednokomórkowy organizm odżył i zaczął się rozmnażać? Toż to za kolejne sto milionów lat, ktokolwiek znajdzie się na tej planecie, nie będzie świadom istnienia gatunku homo sapiens, a nawet jego następcy, dopóki nie dogrzebie się do jakichś szczątków pod dziesiątkami metrów warstw geologicznych. A zatem, jeśli weźmiemy pod uwagę zdolność przetrwania, czy aby na pewno to człowiek jest najdoskonalszą formą życia na Ziemi?
