Плесень — друг или враг?

Одна колония — буквально целый «город» грибов, со множеством уровней и коммуникаций.

Плесень: скрытые особенности и опасности

Плесень — это общее название для группы грибов, принадлежащих разным таксонам, преимущественно аскомицетам и зигомицетам. Эти грибы могут не быть родственными друг другу и зачастую конкурируют в одном месте обитания. Тем не менее, у них есть общие характеристики, что и приводит к объединению в одну категорию. Кроме того, плесенью называют микромицеты — грибы, чьи органы имеют микроскопические размеры и не видны невооружённым глазом. В то время как сами грибы невидимы, их колонии могут быть видны на поверхности в виде характерных образований. Однако стоит отметить, что это не весь гриб, а лишь его колония.
Пеницилл. Слева — конидиеносцы, генеративные органы гриба (споровые кисточки), справа — непосредственно плесень на чашке Петри.
Плесень удивительно хорошо адаптировалась к экстремальным условиям, где многие другие организмы не могут выжить даже несколько часов. Она встречается на таких субстратах, как жесткая древесина, кислые фрукты, разлагающиеся растительные остатки, а также на бетоне и побелке. Эта неприхотливость и способность выживать в разнообразных, порой неблагоприятных условиях, является уникальной особенностью грибов. Подобную стойкость могут проявить разве что бактерии, которые являются более простыми организмами. Для многоклеточного организма это, без сомнения, является значительным достижением.
Секрет этой устойчивости к внешним условиям заключается в особенностях пищеварения у грибов. У всех плесневых грибов пищеварение является внешним. Мицелий, нитевидное тело гриба, выделяет в окружающую среду ферменты, которые расщепляют органическое вещество, после чего грибы поглощают его в уже переваренном виде. С другой стороны, тело плесени довольно хрупкое. Грибы имеют незначительную защиту в виде хитина в клеточных стенках, но эта защита достаточно проницаема для внешних веществ, что облегчает их пищеварение. В ответ на это плесень выработала более активные способы защиты, которые позволили ей выжить в экстремальных условиях.
Активная защита — это не только атака противника клыками и когтями. Помимо ферментов для переваривания, плесень научилась вырабатывать и другие вещества — антибиотики.

Активная защита плесени состоит не только в выработке токсичных ферментов, но и в способности синтезировать антибиотики — биологически активные вещества, которые могут подавлять рост других микроорганизмов. Эти антибиотики могут включать токсины, литические ферменты, десиканты (вещества, высушивающие органические материалы), а также соли и металлы. Они могут быть как биологического, так и синтетического происхождения. Кроме того, некоторые антибиотики, вырабатываемые грибами, могут оказывать канцерогенные и тератогенные эффекты. Понимание воздействия этих веществ на здоровье человека важно для осознания возможных рисков, связанных с воздействием плесени.

• Яд

  Яд — это вещество, которое в малых дозах может нарушать жизнедеятельность организма и вызывать отравление, болезни и даже смерть.
  
• Токсин

  Токсин — это яд биологического происхождения, чаще всего белковый, который обладает способностью воздействовать на клетки и вызывать заболевания. Эти вещества могут быть канцерогенными, что увеличивает риски развития рака.
  
• Тератогенез

  Тератогенез — это процесс, при котором внешние факторы вызывают физические отклонения у плода, включая дефекты развития, вызванные токсинами и другими химическими веществами.
  

Тератома — это опухоль, которая по сути является недоразвитым близнецом. Она может содержать различные ткани, такие как зубы, волосы, а порой и части других органов, расположенные случайным образом в организме.

Грибные токсины, известные также как микотоксины, являются веществами, которые выделяются грибами и могут вызывать различные заболевания и отравления. Эти заболевания получили название микотоксикозов, а иногда и токсикозов с указанием конкретного гриба, например, фузариотоксикозы — отравления, вызванные грибами рода Fusarium. Эволюционно грибы выработали способность синтезировать антибиотики, чтобы подавить рост конкурирующих грибов и бактерий на своей территории. Однако такие антибиотики часто обладают широким спектром действия и могут оказывать токсическое воздействие на растения, животных и человека. Мы подробно рассмотрим это позже. Fusarium graminearum — частый обитатель зерновых и гороха, являющийся причиной отравлений хлебом. Розовый оттенок появляется благодаря вторичным метаболитам, которые часто сопровождают токсичные вещества.

Микотоксины разнообразны, и один вид гриба может производить несколько десятков или даже сотен различных токсинов. Более того, несколько видов грибов, а иногда и целые семейства, могут синтезировать один и тот же токсин. Семейство фузариумов является одним из наиболее продуктивных производителей микотоксинов. Оно вырабатывает фумонизины (В1, В2, В3), трихотецены типа A, такие как Т-2 и НТ-2, а также диацетоксискирпенол (ДАС). Кроме того, в этом семействе можно встретить трихотецены типа B (например, дезоксиниваленол или ДОН), ниваленол, фузаренон-Х и другие вещества, такие как зеараленон и фузарохроманон. В следующей таблице представлена информация о некоторых токсинах и точках их воздействия на организм животных. Кроме фузариума, опасность для человека представляют и другие плесневые грибы: альтернарию, пенициллы, аспергиллы, триходермы и другие.

Микромицеты рода Alternaria считаются менее агрессивными по сравнению с грибами рода Fusarium, однако A. solani часто встречается на картофеле, культурах защищенного грунта (томаты, съедобные грибы, огурцы, яблоки) и семенах растений. При интенсивном развитии гриб снижает всхожесть семян, а на растениях появляются характерные симптомы. Несмотря на свою слабость, A. solani становится более активным после уборки урожая и при длительном хранении, а также как вторичный патоген в случае ослабления растений другими инфекциями, например, при "черной ножке" или пятнистости листьев. Колонии Alternaria solani, возбудителя заболеваний овощей, слева — вид снизу, справа — вид сверху на свежую колонию. Молодой гриб белый, старый чернеет, оставляя серыми только конидиеносцы.

Грибы рода Penicillium обладают широкой распространенностью и могут встречаться в различных местах, включая почву, растения, воздух, помещения, пищевые продукты и морские воды. Одной из отличительных черт этих грибов является способность к синтезу микотоксинов, которые оказывают сильное антибиотическое действие, угнетающее другие микроорганизмы. В то же время эти токсические вещества могут оказывать отрицательное воздействие на человека и животных, приводя к полиорганной недостаточности (поражение почек, ЖКТ, печени, нервной системы и других органов). В 2007 году Джон Ингрэм Питт, австралийский миколог и микробиолог, специалист по роду Penicillium, описал 9 микотоксинов, продуцируемых этими грибами, которые представляют наибольшую угрозу для человека и животных. Среди них можно выделить охратоксин A и цитринин. Споры пенициллов присутствуют в воздухе, что позволяет грибам быстро прорастать даже в самых стерильных помещениях, если на них попадет органическое вещество. Эти споры отличаются исключительной живучестью и могут прорасти даже в стерилизованных ультрафиолетом помещениях, если чашка Петри будет открыта немного шире, чем необходимо. Сверхлетучие и вездесущие споры на чашке.
Грибы рода Aspergillus обладают способностью расти в высокоосмотических средах, таких как крепкие растворы сахара и соли. Некоторые виды могут быть патогенными для человека и животных. Наибольшую опасность представляют виды A. fumigatus и A. flavus, которые вырабатывают афлатоксины — мощные токсины и гепатоканцерогены. Эти грибы могут заражать пищу, в том числе орехи, семена и зерновые культуры. Распространёнными возбудителями аллергических заболеваний являются виды A. fumigatus и A. clavatus. Некоторые другие виды гриба имеют значимость как патогены сельскохозяйственных культур. Аспергиллы продуцируют афлатоксины (В1, В2, М1, М2, G1, G2), охратоксины, патулин, циклопиазоновую кислоту, стеригматоцистин. Также они могут вызывать заболевания у человека и животных, не только через токсическое воздействие, но и путём непосредственного паразитирования на коже и слизистых оболочках, включая лёгкие. Аспергиллы — грибки, столь же распространённые и стойкие, как и пеницилл.

Плесневые грибы обладают высокой устойчивостью к внешним воздействиям, что делает их практически невозможно уничтожить. Микромицеты могут присутствовать в самых разных пищевых продуктах и способны расти даже на средах, бедных питательными веществами, например, на стенах зданий. Грибы рода Aspergillus были обнаружены в специях из Шри-Ланки, продуктах, привезённых из африканских стран, а также в рисе из Японии и в зерновых культурах (пшеница, рожь, кукуруза) в европейских странах. Их также находили в фисташках, кофе, какао-бобах и сыре. Плесень повреждает фураж для скота, продукты в хранилищах, деревянные ящики, бумажные упаковки, ткани, одежду, а также книги, бумаги в архивах, музейные коллекции насекомых и чучела. Она может поражать даже такие предметы, как солевые аккумуляторы, изоляцию проводов и строительные растворы.

Плесень: не только вредитель, но и союзник

Плесневые грибы — это не только вредные организмы. В природе они играют важную роль в поддержании экологического баланса, участвуя в разложении органических остатков (деревьев, трав, листвы и т. д.), что способствует образованию почвы и ила. Грибы вырабатывают антибиотики, которые помогают контролировать популяцию других микроорганизмов и насекомых. Человечество научилось извлекать пользу из этих свойств грибов. Так, ферментация, вызванная грибами, позволяет производить королевские сыры с плесенью — как голубые (рокфор, стилтон, кабралес, горгонзола, блед д’Овернь, данаблю), так и белые (камамбер, бри, гамалуст). Помимо сыра, плесенью ферментируют чай, сухие колбасы (салями), виноград для изготовления вин (например, сотерн, трокай), а также другие грибы. Не все сыры с плесенью — королевские, и не каждая плесень пригодна для употребления в пищу.

Гриб Penicillium roqueforti встраивается в сыр с помощью специальных штыревых инструментов только после того, как молоко свернётся молочно-кислыми бактериями. Чтобы предотвратить подавление грибка этими бактериями, сыр обычно подвергают дополнительному посолу. Однако не всегда требуется вносить гриб в сыр, чтобы использовать его ферменты. Современные биотехнологические компании освоили технологии выращивания плесени в промышленных масштабах, а также отделения и очистки ферментов, которые она производит. Кроме того, пенициллы и триходермы широко применяются в биотехнологии для производства таких ферментов, как целлюлаза (раскладывает древесину и растительные остатки, а также используется при переработке бумаги), хитиназа (для получения легко усваиваемого хитозана, применяемого в микробиологии и производстве инсектицидов) и других. Также стоит отметить, что около 80% лимонной кислоты, поступающей в магазины, производится с использованием грибов рода Aspergillus niger. Конидиеносец A. niger — это опасный паразитический гриб, который, тем не менее, оказался одним из самых полезных в пищевой промышленности, став основным производителем лимонной кислоты.
Кроме ферментов, используемых в пищевой и химической промышленности, грибы играют важную роль в производстве антибиотиков. Этот процесс не является нововведением нашего времени. Древние египтяне и греки использовали вытяжки из плесени для лечения гноящихся ран. В Древнем Китае ведисты применяли плесневелый хлеб для обработки кожных заболеваний, а в Средневековье настойка из плесневелого хлеба, вымоченного в воде, использовалась для борьбы с паразитами. Также арабские конюхи использовали плесень на кожаных седлах для лечения ран и мозолей у лошадей. Несомненно, стоит упомянуть и историю пенициллина, хотя многие знакомы с этим открытием. Тем не менее, краткое напоминание о нем не будет лишним.
Сегодня существует целое семейство пенициллиновых антибиотиков, тетрациклинов, фторхинолов, аминогликозидов и многих других антибиотиков, производимых с использованием плесени и грибовидных бактерий (стрептомицетов и актиномицетов). Кроме того, микромицеты активно применяются в биологической защите растений, например, как биоудобрения. Дело в том, что в почве всегда присутствуют споры грибов и бактерий, которые, при удачном стечении обстоятельств, могут колонизировать только что посаженные растения, нарушая их развитие и снижая урожай. Для дикорастущих растений это не так критично, однако для овощных и зерновых культур это может привести к существенным потерям. Даже в питомниках, где массово выращиваются елки, растения могут быть подвержены заражению. В таких условиях использование химических пестицидов и фунгицидов становится затруднительным. Хотя ели выдержат такое лечение, овощи, подверженные частым обработкам, не успевают избавиться от химических остатков до сбора урожая, а некоторые цветы сильно меняют свой цвет и товарный вид. В таких случаях на помощь приходят биотехнологи. Они создают новые штаммы микроорганизмов на основе природных сапротрофных и симбиотических видов плесени. Эти штаммы проходят серию лабораторных и полевых испытаний, чтобы определить их эффективность в борьбе с патогенными организмами, безопасность для растений и потребителей, а также полезные свойства, такие как производство фитогормонов (ауксинов и гиббереллинов), которые способствуют росту растений.
Зеленая масса — Trichoderma asperellum, белая — Fusarium redolens и F. graminnearum. На фото показан один из опытов по исследованию антибиотической активности новых штаммов триходермы, направленных на уничтожение опасных фузариумов. Капля 0,1 мл культуральной жидкости триходермы за неделю полностью вытесняет фузариум, который покрывает чашку Петри, а через две недели он полностью уничтожается.

Биопрепараты, как живые организмы, требуют постоянного контроля качества на производстве, чтобы гарантировать сохранение антибиотической активности размножаемых грибов. Однако, это общая проблема для всех биологических веществ, даже при производстве таких широко известных продуктов, как лимонная кислота. Таким образом, плесень одновременно является опасной для нас, заражая продукты, и полезной, служа основным источником лекарств и химических веществ. Это пример дуализма, который пронизывает природу во всей ее полноте.