Poznaj „wszechświat” wszechobecnych mikroorganizmów

„My, ludzie, stoimy na krawędzi dwóch nieskończoności: jednej ciągnącej się w górę, ku gwiazdom i poza nie; drugiej – idącej w małość, w świat kropli wody, poprzez drobne żyjątka, bakterie, wirusy, aż do atomu, do jego jądra i dalej… dalej… dalej… do osobliwych i nie zbadanych jeszcze światów”.

Od czasu, kiedy Antoni van Leeuwenhoek z Deltt spojrzał w mikroskop i po raz pierwszy zobaczył mikroorganizmy minęło prawie 350 lat. Od tej pory były one na zmianę naszymi wrogami i sprzymierzeńcami. Dziś badacze z całego świata podkreślają, że nasze procesy życiowe i procesy środowiskowe są nierozerwalnie z nimi związane, że potrzebujemy ich do życia tak jak wody i powietrza. Choć mają wielkość od 1 do 20 mikronów bez nich na Ziemi nie powstałoby życie.

Życie mikroorganizmów – co o nim wiemy?

Mikroorganizmy to bakterie, pierwotniaki, grzyby, glony. Zamieszkują wszystkie środowiska na naszej planecie, a w niektórych są ich jedynymi rezydentami. Panują na Ziemi od ponad 3,5 miliarda lat. Ich różnorodność jest tak ogromna, że do tej pory zidentyfikowano mnij niż 0,2% szczepów.

Mikroorganizmy stanowią 80% wagi wszystkich stworzeń na całej kuli ziemskiej. Każde stworzenie: roślina, zwierzę i człowiek jest planetą zanurzoną w oceanie mikroorganizmów.

Chociaż są tak małe, że nie widzimy ich gołym okiem to ich procesy życiowe są bardzo skomplikowane. Dzięki wyspecjalizowanym enzymom, czyli białkom, które regulują przebieg procesów życiowych, mikroorganizmy potrafią przetrwać prawie w każdych warunkach. Występują w biosferze nawet na wysokości 32 km, na 11 km w głębi ziemi, tysiące metrów pod powierzchnią lądolodu, ponad 3,5 km pod powierzchnią Oceanu Atlantyckiego. Potrafią przetrwać bez obecności tlenu i z jego nadmiarem, bez udziału światła, w skrajnych temperaturach – nawet powyżej 100°C, w warunkach wysokiego ciśnienia, niskiego i bardzo wysokiego pH, a nawet w obecności promieniowania radioaktywnego. Potrafią wytworzyć takie formy przetrwalnikowe, które przeżyją stulecia.

Ponadto: choć nie rozmnażają się płciowo wyewoluowały wiele gatunków, opanowały umiejętność naprawiania uszkodzonego DNA, prowadzą bezustanną wymianę genów. Dzięki temu procesowi wykształciły takie cechy jak oporność na antybiotyki, zdolność do fotosyntezy, czy asymilacji azotu atmosferycznego.
Ocenia się, że w łyżce stołowej gleby znajdują się miliony osobników należących do 10 tys. gatunków bakterii i grzybów, a grzybnia liczy setki metrów. Mikroorganizmy rozmnażają się w ciągu kilku minut, lub kilku godzin. Wielkim wyzwaniem dla nauki jest genetyczna i metaboliczna różnorodność świata mikroorganizmów.

Jak pisze David Pimentel, w 100 m² gleby znajduje się około 1300 kg dżdżownic, 1000 kg stawonogów, 3000 kg bakterii, 4000 kg grzybów. Gleba jest miejscem życia ok. 25% ziemskich stworzeń, które stanowią źródło materii organicznej, a bez obecności biologicznego życia, w tym pożytecznej mikroflory, nie ma szans na powstawanie i odtwarzanie się próchnicy.
Profesor Lesław Badura przestrzegał, że: na glebę możemy patrzeć oczyma fizyka, chemika, a nawet mineraloga, ale bezwzględnie musimy widzieć ją w aspekcie biologicznym, w którym nie tylko występują określone organizmy, określone gatunki czy populacje, ale widzieć ich podstawowe, pełnione przez nie funkcje. Bez organizmów żywych, bez ich funkcji powierzchnia ziemi byłaby rumowiskiem składników mineralnych podobnie, jak są powierzchnie otaczających ziemię planet.

Jak komunikują się organizmy?

Mikroorganizmy potrafią porozumiewać się między sobą, nawet jeżeli wchodzą w grę przedstawiciele różnych światów. I tak na przykład w kulturach kefirowych bakteria potrafi porozumieć się z grzybami. Komunikowanie to zachodzi za pomocą cząsteczek związków chemicznych. Mikroorganizmy potrafią też tworzyć sojusze. W latach 80 ubiegłego stulecia prof. Teruo Higa zauważył, że w każdym zdrowym, zrównoważonym środowisku występuje ciągła interakcja pomiędzy mikroorganizmami. Mikroorganizmy podzielił na trzy grupy:

• regeneratywne – stanowią ok. 5%. Odpowiadają za pełny rozkład materii organicznej, odtwarzają witalność i sprzyjają wysoko zorganizowanym formom życia. Przyjemny zapach może wskazywać na ich dominację w danym środowisku;
• degeneratywne – one również stanowią ok. 5% wszystkich mikroorganizmów. Wywołują niepełny rozkład materii organicznej, odpowiadają za procesy gnilne. Odczuwalnym efektem ich dominacji jest nieprzyjemny zapach;
• fakultatywne, które stanowią ok. 90%. W zależności od uwarunkowań środowiska potrafią dostosowywać się swoim metabolizmem zarówno do mikroorganizmów regeneratywnych jak i degeneratywnych, przez co wchodzą w koalicję z grupą dominującą.

Takie niezwykłe cechy mikroorganizmów rozstrzygają o kondycji i stanie każdego ekosystemu – gleby, wody, ale też np. naszych jelit.

Skąd się biorą pożyteczne mikroorganizmy w ludzkim ciele?

Do niedawna sądzono, że na świat przychodzimy sterylni, a pierwszy kontakt z bakteriami mamy w chwili porodu i przejścia przez kanał rodny kobiety. Najnowsze badania wskazują, że do wód płodowych kobiety prawdopodobnie przedostają się niektóre gatunki bakterii należące do mikrobiomu matki. Dziecko połyka wody i w ten sposób jego organizm zostaje zasiedlony.

Kolejne gatunki kolonizują nasz organizm podczas karmienia piersią oraz kontaktu z rodzicami. Bakterie zasiedlają określone miejsca w organizmie tworząc charakterystyczne skupiska mikroorganizmów. I tak tuż po urodzeniu człowiek staje się gigantycznym siedliskiem miliardów osobników różnych gatunków i szczepów.

Gdzie żyją mikroorganizmy?

Na co dzień nie pamiętamy, że nasze organizmy to doskonałe miejsce do rozwoju i życia mikroorganizmów. Każdy fragment naszego ciała – skóra, jama ustna i nosowa, a zwłaszcza przewód pokarmowy, to siedlisko bakterii, grzybów i pierwotniaków, których liczebność wielokrotnie przewyższa ilość naszych komórek. Jeśli pożyteczne mikroorganizmy zasiedlające nasz organizm, znajdują się na swoim miejscu stają się naszymi przyjaciółmi: zwiększają siłę układu odpornościowego i wpływają na utrzymywanie homeostazy – równowagi w naszym organizmie.

Na całym ciele możemy mieć ponad 10 miliardów mikroorganizmów. Są to przede wszystkim gronkowce (Staphylococcus epidermidis – gronkowiec skórny i Staphylococcus aureus – gronkowiec złocisty), które chronią przed atakiem innych bakterii. W przedsionku nosa bytuje gronkowiec złocisty (S. aureus), natomiast w gardle różne paciorkowce. Warto dodać, że obecność gronkowca w gardle świadczy już o chorobie. Nasz układ oddechowy jest najbardziej narażony na kontakt z czynnikami zewnętrznymi. Bakterie probiotyczne zamieszkujące go stanowią barierę dla szkodliwych zarazków.

W jamie ustnej można doliczyć się 80 gatunków bakterii. Jeden mililitr śliny zawiera ok. 100 milionów do miliarda bakterii. W pochwie kobiety gnieżdżą się bakterie kwasu mlekowego z rodziny Lactobacillus. Wydzielają kwas mlekowy, który zabija szkodliwe mikroorganizmy. Dzięki tym bakteriom środowisko pochwy jest kwaśne i odporne na infekcje.

Zespół mikroorganizmów jelitowych człowieka stanowi jeden z najbardziej zróżnicowanych gatunkowo ekosystemów na Ziemi. W ich składzie może znajdować się aż 1500 różnych gatunków bakterii. Szczególnie aktywna, bo i najliczniejsza, jest populacja zamieszkująca jelito grube, która stanowi 40-50% jego treści. Łączna biomasa wszystkich mikroorganizmów jelitowych wynosi około 1,5 – 2 kg. Najważniejsze dla naszego zdrowia są gatunki bakterii kwasu mlekowego z rodzaju Lactobacillus oraz niektóre drożdże z gatunku Saccharomyces cerevisiane.

Podobne właściwości mają również inne bakterie, niezdolne do życia w obecności tlenu, mikroby z rodzaju Bifidobacterium. Niezbędną do życia energię, którą uzyskujemy w procesie oddychania, zdobywają w procesie fermentacji, czyli beztlenowego rozkładu cukrów. Tworzą one przeciwwagę dla bakterii szkodliwych lub potencjalnie szkodliwych stanowiących nieodłączną część mikroflory jelitowej. Wraz z innymi bakteriami pokrywają one szczelnie nabłonek jelitowy i dzięki temu stanowią barierę dla bakterii chorobotwórczych lub szkodliwych substancji. A jest co chronić – jego powierzchnia całkowita wynosi od 300 do nawet 400 m². Mamy więc do obrony obszar całkiem sporego boiska, przez który nasz organizm kontaktuje się z otoczeniem.

Współczesna nauka do skomplikowanego układu naszego organizmu – tysięcy komórek tworzących tkanki i organy, dołącza jeszcze większą liczbę bakterii zasiedlających całe nasze ciało. I tak zaczęto stosować pojęcie super-organizmu, jako określenie całego interaktywnego kompleksu komórek organizmu człowieka oraz jego mikrosystemu.