МИКРОБИОЛОГИЯ, 2004, том 73, № 5, с. 598-612
= ОБЗОР
УДК 574.4:579.8.083.18(047)
ИЗУЧЕНИЕ МИКРОБНОГО РАЗНООБРАЗИЯ В ИНСТИТУТЕ МИКРОБИОЛОГИИ ИМ. С.Н. ВИНОГРАДСКОГО
© 2004 г. Г. А. Заварзин
Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского РАН, Москва Поступила в редакцию 17.05.2004 г.
Вследствие сложившихся обстоятельств, которые были частично обусловлены неблагоприятными событиями, ИНМИ продолжил традицию "Золотого века" микробиологии времен С.Н. Виноградского. В фокусе интересов находилось функциональное разнообразие микроорганизмов как катализаторов природных химических процессов. Основной концепцией в общей микробиологии остается морфофизиологический род как действующая операционная единица науки. Сотрудники Института описали, как первооткрыватели, 60 родов, что составляет 4.9% из 1228 родовых названий, узаконенных на 1 января 2004 г., и более 6% от списка культивируемых родов в ББМХ. В дополнение к формальному биоразнообразию рассматриваются аспекты физиологического и экологического разнообразия, описываемые другими способами классификации. Находки последних лет сосредоточены в области алкалофилов, ацидофилов, термофилов, галофильных анаэробов, развивающихся в экстремальных местообитаниях. Представлены попытки дать классификации микроорганизмов, обладающие прогностическими свойствами.
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
Институт микробиологии в Москве по праву считается одним из международных центров изучения разнообразия микроорганизмов, по преимуществу бактерий. В 1980-1990 гг. число описываемых в нем новых таксонов микроорганизмов составляло до 5% от мирового урожая. Новые таксоны относились преимущественно к родам свободноживущих организмов из своеобразных мест обитания - экстремофилам. Почему возникла такая устойчивая традиция интереса к определенной области микробиологии? Почему в коллективе исследователей сложилось соревнование в свободном поиске новых организмов и установились навыки решения задач именно в этой области?
По предложению редакции мне было поручено написать об истории изучения микробного разнообразия в ИНМИ в связи с 70-летием института и распространившейся в научной общественности эпидемией юбилеев. Вряд ли правомерно выделять отдельный институт для анализа развития области науки даже как "case study" для выявления особенностей развития небольших научных коллективов, в значительной степени зависящих от случайностей. На примере ИНМИ интересно сопоставить преимущества и недостатки преобладания научной традиции над полной сменой тематики и направления как практикуется, например, в Германии, где уход лидера ведет к полной реорганизации. Новый лидер начинает с "до основания, а затем...". Считается, что за два-три десятилетия лидерства тема полностью исчерпывает
себя. Она поддерживается минимумом штатных сотрудников и аспирантами, завершающими свое участие в теме за три года. В СССР, напротив, господствовала практика преемственности: замены руководителя при сохранении профиля научной ячейки от института до лаборатории. Связано это было во многом с желанием сохранить дорогую инфраструктуру и с убеждением, что каждый определенный сектор науки должен быть обеспечен в большой стране, нуждающейся в независимости. Вопрос, конечно, зависит от масштаба проблемы. Он совершенно ясен для болезнетворных микроорганизмов - для каждой инфекции или типа инфекций должны быть подготовленные кадры - даже если эпидемия не грянула. Нечто подобное имеет место и в проблеме биологического разнообразия: крупные разделы его должны быть обеспечены кадрами, имеющими соответствующие навыки работы. В современных условиях в науке в Российской Федерации, наследницы СССР, возникли большие пробелы. В качестве близкого к микробиологии примера можно назвать всю область микологии и, в значительной степени протистологии, особенно в их современных экспериментальных аспектах.
ЦЕЛЬ ИЗУЧЕНИЯ БИОРАЗНООБРАЗИЯ
Биоразнообразие приобрело статус респектабельности в глазах вышестоящих организаций только в 1990-х гг. с подготовкой и принятием Конвенции по биоразнообразию. До этого момента оно рассматривалось как нечто, имеющее узкий специальный интерес для одной отрасли на-
уки, или препровождение времени любителей. Это невнимание прерывалось лишь сенсационными находками бактерий в необычных местах обитания (сейчас их называют экстремофилами) или организмов с необычными функциями. Конвенция по биоразнообразию обязывает каждую страну знать и охранять биоразнообразие на своей территории. В результате в РФ действует федеральная программа "Биоразнообразие", которая включает и микроорганизмы. Конвенция резко изменила отношение к ученым, собирающим коллекции живых организмов как способ сохранения видового разнообразия ex situ - вне природного местообитания. К микробиологии это относится в полной мере, поскольку для признания нового таксона бактерий (и дрожжей) требуется наличие его жизнеспособной культуры в одной, а сейчас двух, международно признанных коллекциях. Для всех остальных организмов необходимо сохранение неизменного образца в виде гербар-ного листа, фиксированной пробы, позволяющей идентифицировать новую находку путем сопоставления. Надо сказать, что в современных условиях это требование выглядит несколько архаично, поскольку идентификация, особенно бактерий, может быть осуществлена молекулярно-биологическими методами. Однако хранение жизнеспособных бактерий имеет то преимущество, что они могут быть использованы для уточнения знаний новыми методами и для биотехнологических нужд. Заметим, что таксономическое понимание биоразнообразия, хотя и очень распространено, но ограничено.
Целью Конвенции является сохранение разнообразия живых существ на планете как основы устойчивого развития биосферы. Для достижения этой цели гораздо важнее сохранение биоразнообразия in situ, то есть в местообитании - экосистеме. Поэтому сохранение ландшафта на самом деле имеет приоритет перед сохранением гербарных листов и даже ботанических садов. Имеет ли значение сохранение экосистемы для микроорганизмов и какого масштаба должна быть охраняемая область? Ведь бактерии очень малы и, может быть, они обойдутся каплей воды? Именно так реагировали зоологи на мою статью в "Природе" "Заповедники для микробов" [1]. Охранять микробов? Какая чушь! Они же все вредные! Иное дело перелетные птицы и их гнездовья. Для этого, очевидно, нужны заповедники и заповедное дело усиленно развивалось в СССР (не в Российской Федерации, где на разбазаривание пошли даже водоохранные зоны и законодательно принято решение "плюй в колодец, воду привезем в бутылках"). На самом деле, микробы в большой степени зависят от условий обитания и микробного сообщества в нем, и хотя они могут быть перенесены из одной гидротермы в другую, из одного солончака в другой, но их поиск связан
с гораздо большими трудностями и затратами, чем наблюдение в бинокль за перелетными птицами. Поэтому заповедники для микробов как обеспечение генетического ресурса страны вполне обоснованы. Наиболее очевидный пример -сообщества термальных источников. Сохранение мест обитания экстремальных сообществ микроорганизмов требует сохранения гидрологического режима в первую очередь, а эта задача не ограничивается каплей воды и требует сохранения ландшафта. Биоразнообразие необходимо оценивать на разных уровнях. В связи с устойчивостью биосферы особенно важно функциональное разнообразие. Предложено рассматривать природное разнообразие: 1) видов, 2) популяций, 3) функциональных групп, 4) систем, 5) ландшафтов, относящихся к разным биологическим зонам и биомам [2]. Из этих уровней микробиологи ИНМИ концентрировали внимание на уровнях 1, 3, 4, понимая под "системами" сообщества микроорганизмов.
Распространенное, хотя и грубо ошибочное, мнение заключается в том, что разнообразие следует ограничить видовым разнообразием с особым вниманием к редким и исчезающим видам, которое можно оценивать по числу латинских названий в списках "флор" и "фаун". Но даже при оценке видового разнообразия следует различать таксономию и номенклатуру. Открытие нового таксона и его первичное описание поддерживается фундаментальным принципом приоритета, закрепленным в Бактериологическом Кодексе, но часто нарушаемом путем последующего изменения номенклатуры. К описанию множества организмов есть два подхода: дробление таксонов ("splitters") и их объединение ("lampers"). Филогенетическая систематика бактерий привела к усиленному дроблению особенно на уровне родов, ввиду принятых условных количественных критериев по различию в последовательности нуклеотидов гена 16S рДНК. Род "Clostridium" с применением генотипических методов и количественных критериев таксономических различий распался на множество самостоятельных "кластеров" с малочисленными родами. Дробление родов приводит к переименованию таксонов, при котором теряется приоритет первооткрывателя организма, и закрепляется приоритет номенклатурщика - автора названия или даже орфографии. Например, происходили переименования хорошо известного агента сернокислотного выщелачивания Thiobacillus ferrooxidans - Ferriba-cillus - Acidithiobacillus и вряд ли сохраняются имена Темпля и Колмера, открывших этот агент. В частности изменение номенклатуры, не относящейся к собственно науке, позволяет игнорировать исходные работы и ограничиваться публикациями последних лет. За изменениями номенклатуры необходимо следить по каталогу DSMZ или сайту http:// www.dsmz.de и Euzeby (2002) сайт http://www.bacterio.cict.fr.
Этапы развития ИНМИ (в сравнительном аспекте)
Этапы в микробиологии
1880-1914 гг. "Золотой век микробиологии" - открытие на основе чистых культур представителей основных групп бактерий. Приоритетные работы русских исследователей в области хемосинтеза, азот-фиксации, метаногенеза
1920-1970 гг. "Единство в биохимии" - доказательство универсальных реакций и путей метаболизма у избранных представителей физиологических групп.
Типология. Установление основных путей обмена на примере избранных представителей бактерий. Открытие антибиотиков и поиск продуцентов физиологически активных веществ, особенно у актиномицетов
1970-н
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.