Хромогенные бактерии

образующие различные красящие вещества или пигменты, вследствие чего их скопища в природе и в искусственных культурах являются окрашенными в различный цвет. Разнообразие окраски необычайно; здесь встречаем все цвета радуги и все оттенки — от нежно-красного и бледно-желтого до густого темно-синего и темно-фиолетового и даже совершенно черного. Химические свойства этих красок различны, как различна организация и жизнь образующих их бактерий. X. бактерий известно множество видов; среди них есть и шаровидные кокки и палочки-бактерии и винтообразные спириллы. По образу жизни громадное большинство X. бактерий сапрофиты; многие при этом обладают также способностью вызывать гниение и брожение, являясь, стало быть, не только хромогенными, но в то же время и сапрогенными или зимогенными микробами; некоторые могут вызывать болезни — патогенны, но таких немного. Таким образом, группа X. бактерий не есть "естественная, систематическая", а сборная, чисто "физиологическая", так как входящие в состав ее бактерии только и имеют между собой общего, что способность образовать краски, обладают функцией "хромогенеза". Замечательно, что сами X. бактерии, т. е. их клетки, совершенно бесцветны, пигменты же появляются и скопляются вне клеток, рядом с ними, отлагаясь в виде мельчайших капелек, зернышек, даже кристалликов, или же, растворяясь, диффундируют в окружающую среду, окрашивая ее на значительном протяжении. Краски эти, таким образом, являются в громадном большинстве случаев отбросом, не играющим более, по-видимому, никакой роли в физиологических процессах в клетках бактерий; но не имеют ли они какого-нибудь "биологического" значения — еще неизвестно. Таковы настоящие X. бактерии. Классическим примером их является бактерия "чудесной крови" (В. prodigiosum), подробно описанная ниже. Впервые понятие о Х. бактериях введено было в науку Фердинандом Коном (1872), который предложил делить бактерий на 3 группы: X., зимогенные и патогенные. "Те шаровидные бактерии, — говорит Кон, — которые встречаются в окрашенных студенистых массах, я называю пигментными бактериями (X. виды Micrococcus)". Впоследствии X. стали звать не только микрококков, но вообще бактерий, образующих краски. В 1891 г. Бейеринк предложил разделить X. бактерии на три категории: хромопарных, хромофорных и парахромофорных, но его деление не выдерживает критики. Мигула делит Х. бактерии на три отдела: 1) бактерии, образующие пигменты, растворимые в воде, 2) пигменты в воде нерастворимы, но растворимы в спирте, 3) пигменты нерастворимы ни в воде, ни в спирте. Уже a priori видно, что такая классификация очень одностороння и несовершенна. Впрочем, при скудости в настоящее время сведений о химическом составе и природе пигментов и самой X. функции бактерий всякая классификация X. бактерий вообще преждевременна. X. бактерий известно очень много, но так как одинаковый пигмент могут образовать несколько разных видов, а иногда и родов, то сортов красок, вообще, меньше, чем X. бактерий. Среди бактериальных пигментов прежде всего можно отличить 3 сорта: липохромы, продигиозин и бактериофлуоресцеин. Бактерий, выделяющие липохромы, окрашены в массе в желтый, оранжевый или красный цвет. По форме — это преимущественно кокки (Соссасеае), напр. Micrococcus rhodochrous, Staphylococcus pyogenes aureus, вызывающий нагноение с культурами золотисто-желтого цвета, много сарцин (Sarcina lutea, aurantiaca и др.); реже — палочкообразные бактерии (Bacterium chrysogloea, B. egregium и др.). Выделяемый пигмент скопляется в окружающей бактерии среде, иногда в форме кристалликов. Он нерастворим в воде, но растворяется в спирте, эфире, бензине, сероуглероде, вообще в так наз. жировых растворителях. Он омыляется горячим едким натром; в сухом виде дает с крепкой серной кислотой синее окрашивание. Если под микроскопом на массу бактерий подействовать такой кислотой, то видно образование синих кристалликов или зернышек (так называемая липоциановая реакция Цопфа). Спектр липохромов довольно характерен, обнаруживая обыкновенно 2 полосы поглощения в синих лучах: одну около Фраунгоферовой линии F, другую между F и G. Липохромы отличают красные (липородины) и желтые (липоксантины). Вообще, это целая группа близко сродных пигментов, чрезвычайно широко распространенных во всем растительном и животном царстве, начиная от бактерий и кончая человеком. Типичным и наиболее исследованным представителем их является каротин, обусловливающий, между прочим, красный цвет корней моркови. До сих пор физиологическая роль и назначение липохромов остаются не выясненными; у бактерий они, по-видимому, отброс. — Продигиозин (Леман) — красный пигмент Bacterium prodigiosum, вырабатываемый также еще несколькими близкими видами бактерий: Bacterium kiliense, В. miniaceum. Благодаря своему пигменту, поразительно похожему на кровь, B. prodigiosum, бактерия "чудесной крови" (Wunderblut) играла немалую роль в былые времена. Еще в глубокой древности замечено было, что иногда, совершенно внезапно, появляются на хлебе или на другой пище красные пятна, как капельки крови, потом становятся все больше и больше, заливая хлеб кровавым слоем. Еще Пифагор запрещал своим ученикам есть вареные бобы, потому что, постояв на лунном свете, они превращаются в "кровь". В средние века такое чудо превращения хлеба в кровь (transsubstantiatio) не составляло редкости. Особый ужас возбуждало появление "крови" в церкви на гостиях, т. е. на облатках, служащих для причащения у католиков и лютеран. Невежественная толпа в паническом страхе требовала искупительных жертв, которыми часто являлись евреи. "Чудесная кровь" появлялась внезапно в разных местах, имея обыкновенно характер скоротечных эпидемий. В 1819 г. "чудесная кровь" появилась на поленте (каша из маисовой муки) в доме одного крестьянина близ Падуи. Народ, по обыкновению, заволновался; к счастью, местный врач, д-р Сетте, человек просвещенный, рассеял "чудо", открыв его естественную причину — а именно микроскопический "грибок", названный им Zoogalactina imetrofa. Заслуга Сетте бесспорно велика, хотя едва ли ему удалось увидеть в его микроскоп действительного виновника "чудесной крови", очень мелкую бактерию. Честь ее открытия и первого научного описания принадлежит знаменитому протистологу Эренбергу. В 1848 г. он открыл на картофеле крохотный организм, который за его подвижность причислил к микроскопическим животным, так назыв. монадам, и назвал его Monas prodigiosa. Его краску исследовал Эрдман в 1866 г., а в начале 1870-х годов он был подробнее исследован Коном и его учеником Шрёттером. Кон причислил его к бактериям, назвал Micrococus prodigiosus и отнес в группу Χ бактерий. Бактерия эта очень мала: разглядеть ее достаточно ясно можно только при увеличении в 1000 раз. Тогда видно, что это не шарики, не Micrococcus, a очень короткие палочки, почему бактерия и была переименована в Bacillus или Bacterium prodigiosum; последнее название предпочтительнее, так как бациллами лучше называть только такие палочковидные бактерии, которые внутри образуют споры, а спор В. prodigiosum никогда не образует. Палочки в молодых культурах подвижны; органами движения являются несколько жгутиков (или ресничек), расположенных по бокам тела (перитрихиально). В более старых культурах бактерии неподвижны и вырастают, кроме того, в более длинные палочки и даже короткие нити — но это уже вырождение, так наз. инволюционные формы. Появляется бактерия "чудесной крови", как было упомянуто, на белом хлебе, вареном картофеле, поленте, рисе — вообще преимущественно на богатых крахмалом веществах, гораздо реже на мясе или вареных яйцах, притом всего чаще — в конце лета или осенью. Попадает на них она обыкновенно из воздуха, но встречается также в воде, в том числе и в водопроводной. Ее появление не составляет редкости, но, вместе с тем, она встречается далеко не так часто, как, напр., желтая Sarcina lutea, развивающаяся тоже на хлебе, вареном картофеле и пр. Питательную желатину В. progidiosum разжижает, а на агар-агаре, как и на картофеле в чистых культурах образует густой слизистый кроваво-красный слой. Развивается также в молоке, окрашивая верхний слой сливок в красный цвет; скоро под ее влиянием молоко свертывается (створаживается). Болезнетворными (патогенными) свойствами она не обладает, хотя некоторые продукты ее жизнедеятельности (токсальбумины), введенные в большом количестве, могут убить животное. Кроме того, эта бактерия в культурах производит кислоты (муравьиную и янтарную), а также щелочи — в значительном количестве аммиак, метиламин и триметиламин или вещество, обладающее таким же неприятным запахом старого селедочного рассола; запах этот характерен для старых культур. Но самый замечательный продукт В. prodigiosum, это его красный пигмент — продигиозин. Клетки В. prodigiosum совершенно бесцветны, краска же отлагается между ними в виде маленьких блестящих капелек темно-красного цвета. Продигиозин нерастворим в воде, точнее, очень медленно и трудно; в старых культурах он постепенно и слегка растворяется и, диффундируя, окрашивает самый субстрат; он растворим в алкоголе, эфире, хлороформе, сероуглероде, в жирных и эфирных маслах. Щелочи превращают его в оранжево-желтую, кислоты в карминовую, потом в фиолетовую краску. Восстановители, напр. цинк с соляной кислотой, его обесцвечивают, но потом обратного окисления кислородом воздуха не наблюдается. При стоянии на свете растворы пигмента легко выцветают и разрушаются. В спектре продигиозин обнаруживает широкую полосу поглощения от Фраунгоферовой линии Е по направлению к линии D. В кристаллическом виде он до сих пор получен не был и химический состав его точно неизвестен; Гриффит дает ему формулу C₃₈H₅₆NO₅. В 1866 г. Эрдман указал на сходство красного пигмента В. prodigiosum с фуксином; в пользу этого говорил, между прочим, превосходный металлический зеленый блеск (совершенно как у фуксина) старых культур бактерий на картофеле или агаре. Однако дальнейшие исследования показали, что сходство продигиозина с фуксином довольно поверхностное. Совсем иными свойствами обладает флуоресцирующий пигмент — бактериофлуоресцеин (Леман), вырабатываемый Bacterium fluorescens liquefaciens, B. fl. non liquafaciens и некоторыми другими близкими формами. Бактерии эти, маленькие палочки, подвижные при помощи пучка жгутиков, сидящего на одном конце тела (Мигула относит их к своему роду Pseudomonas); спор не образуют. Большая часть их настоящие сапрогенные бактерии, т. е. способные вызывать гниение белковых веществ, и широко распространены в воде и почве. Культуры их обнаруживают превосходную травяно-зеленую флуоресценцию, обусловливаемую бактериофлуоресцеином, изученным Туммом. Пигмент этот растворим в воде и не растворяется в алкоголе, эфире, бензине. Концентрированный раствор его — оранжево-желтого цвета (слабый — желтого) и обнаруживает флуоресценцию голубыми лучами, а после прибавления щелочей — зеленую. В культурах флуоресценция сначала голубая, а потом, вследствие выделения самими бактериями аммиака, становится зеленой. Кислоты уничтожают флуоресценцию. В кристаллическом виде этот пигмент получен не был и по своим свойствам причисляется Туммом к белковым веществам. Бактериофлуоресцеин вместе с другими пигментами выделяет также "бактерия синего гноя" (Bacterium pyocyaneum), одна из хорошо изученных X. бактерий. Прежде она появлялась часто в гное ран, недостаточно тщательно содержимых, окрашивая его в зеленый или синий цвет, теперь — гораздо реже. Обыкновенно она безвредна, являясь только спутником нагноения, но в некоторых случаях она оказывалась и патогенной. Для животных она тоже слабо патогенна — при инъекции вызывается нагноение. Изредка В. pyocyaneum встречается также в полости рта и в кишечнике здоровых людей. По строению (морфологически и биологически) она близка к вышеупомянутой флуоресцирующей бактерии В. fluorescens liquefaciens и имеет вид маленьких стройных палочек, подвижных помощью жгутиков, собранных пучком на одном конце тела; спор не образует. В культурах она сильно разжижает желатину, которая при этом, как и агар, обнаруживает желто- или сине-зеленую флуоресценцию, зависящую от выделяемого бактерией бактериофлуоресцеина. Но кроме этого пигмента, бактерия "синего гноя" образует еще синий пигмент — пиоцианин (pyocyanin). Он был впервые выделен из гнойных повязок, окрашенных в синий цвет, в кристаллическом виде еще в 1859 г. Фордосом; позднее был добыт из чистых культур бактерии и подробнее изучен Жессаром и другими. Его химический состав С₁₄Н₁₄N₂О. Вообще, это наилучше исследованный бактериальный пигмент. Пиоцианин растворим в воде, особенно горячей, также в алкоголе и хлороформе. При действии кислот раствор его краснеет и дает новое кристаллическое соединение; поэтому пиоцианин рассматривают как щелочь и склонны сближать его с птомаинами; впрочем, сам пиоцианин не ядовит. На воздухе, под влиянием его кислорода, равно как и при действии других окислителей пиоцианин переходит в желтую, также кристаллизующуюся пиоксантозу (pyoxanthose), которая находится и в культурах тоже рядом с пиоцианином, особенно в старых. Кроме того, Жессар выделил еще четвертый пигмент — красно-бурый пиоксантин, образующийся преимущественно в культурах на картофеле и происходящий, вероятно, из пиоцианина или пиоксантозы. — От пиоцианина отличается синяя краска, появляющаяся иногда в молоке, вследствие чего оно ясно синеет; она вырабатывается особой бактерией, так называемой бактерией "синего молока" (В. syncyaneum или В. cyanogenes). Бактерии эти имеют вид маленьких, быстро подвижных палочек с пучком жгутиков на полюсе. Желатиновые и агаровые культуры бывают разного цвета и обнаруживают зеленую флуоресценцию; на картофеле образуют желто-бурый слой. Пигмент их — синцианеин (Syncyanein, Леман) очень неустойчив и не был получен еще в чистом виде. В спектре он обнаруживает широкую полосу поглощения в желтых лучах у линии D. В воде и спирте он не растворим, но в воде, слегка подкисленной, растворяется. В кислых растворах он небесно-синего цвета, от щелочей же становится черно-бурым. В естественных условиях "синее молоко" обнаруживает кислую реакцию. Если посеять бактерии в предварительно стерилизованное молоко, то оно не синеет: но если затем через 1—2 дня подсеять туда же бактерий молочнокислого брожения, то получается "синее молоко". Вредных свойств бактерия эта и "синее молоко" не обнаруживают. — Интересна еще одна синяя бактерия, которая была открыта и описана Бейеринком в 1891 г. под именем Bacillus cyaneofuscus; она живет в воде и почве и иногда причиняет в Голландии вред, покрывая некоторые сорта сыра синими пятнами. На вид — это палочки различной длины; они подвижны и жадно отыскивают кислород (строго аэробны). В колониях на питательной желатине рядом с живыми и бесцветными бактериями встречаются также мертвые, окрашенные в темно-бурый цвет, а кроме того еще — отложения углекальциевой соли и пигмента. Пигмент выделяется в виде твердых микроскопических сферитов синего цвета. Кроме того, в культурах образуется еще и другой пигмент — зеленого цвета, растворимый в воде и буреющий на воздухе. Синие сфериты устойчивее, но со временем также чернеют. По своим свойствам этот синий пигмент очень напоминает синее индиго. — Существует еще несколько синих и фиолетовых бактерий, образующих различные пигменты, которые еще мало пока изучены, равно как и черные пигменты, напр. у Bacillus mesentericus niger. Одни бактерии нормально всегда образуют пигмент и являются, так сказать, от природы хромогенными, другие — никогда; у таких форм удается иногда вызвать искусственно хромогенез (образ. пигмента). Одни образуют только один определенный пигмент, напр. Bacterium prodigiosum, другие несколько различных, как Bacterium pyocyaneum. Пигмент может быть свойствен только одному виду бактерий, в других случаях, как видели выше, одинаковый пигмент могут вырабатывать разные виды и даже разные роды бактерий. Случается, что X. бактерии без видимого и уловимого воздействия на них внешних причин сразу теряют способность образовать краску; например при посеве на каком-нибудь субстрате рядом с нормально окрашенными колониями появляются совершенно бесцветные. Из этих колоний можно воспитать на том же субстрате целую бесцветную, или, как говорят, лейкорасу. Замечательно, что такая раса при дальнейших пересевах все на том же субстрате может внезапно, по "внутренним" причинам, дать снова нормально окрашенное потомство. Такое внезапное ("гетерогенетическое") образование рас представляет интерес и с общебиологической точки зрения. Еще чаще бывают случаи, когда проявляется влияние внешних условий на образование пигментов. Условия эти — температура, свет, кислород воздуха, химические деятели и особенно состав питательной среды. Шоттелиус показал, что бактерия "чудесной крови" при температуре 38—39° Ц. (в термостате) хотя и развивается, но краски не вырабатывает, образуя бесцветный слизистый слой на субстрате (лейкораса); если ее затем вынуть из термостата и оставить при обыкновенной температуре, то она скоро окружается красным ободком молодого поколения, уже образующего пигмент; наоборот, выращенная при обыкновенной температуре кроваво-красная культура окружается в термостате белым слоем бактерий, утративших способность образовать продигиозин. Также и гноеродный золотистый стафилококк (Staphylococcus pyogenes aureus), да и многие другие X. бактерии, при более высокой температуре образуют гораздо меньше краски. Большинство X. бактерий производят краски как на свету, так и в темноте, но Micrococcus ochroleucus и Staphylococcus citreus только на свету, а в темноте дают лишь бесцветные культуры. Еще резче проявляется значение кислорода воздуха как необходимого фактора для образования пигмента у громадного большинства X. бактерий, являющихся аэробами преимущественно. Классический и превосходный пример дает В. prodigiosum в культурах уколом в агар-агаре: в глубине укола он развивается, но остается совершенно бесцветным, краска же образуется только в верхних слоях агара, куда проникает еще кислород. Исключений и обратных примеров известно очень немного — между прочим, одна красная спирилла (Spirillum rubrum) дает красный пигмент лишь вдоль укола, в субстрате, там, где нет или очень мало кислорода. Что касается до влияния состава питательного субстрата — оно еще недостаточно известно. Указывают, что для образования бактериофлуоресцеина необходим магний и фосфор. У большинства X. бактерий на образование пигмента неблагоприятно влияет жидкое состояние субстрата, а также значительная его кислотность. Многие яды задерживают хромогенез, напр. у Bacterium pyocyaneum сулема в количестве 0,015 грам. на литр (Шаррен и Роже) замедляет его, а еще большие количества совершенно его задерживают. Привыкнув к яду, бактерии снова получают и способность образовать краски. Так, в опытах Галеотти некоторые X. бактерии сначала совершенно не образовали пигмента на агаре, к которому была прибавлена карболовая кислота, но при дальнейших пересевах (спустя 6—9 поколений) привыкли и получили потерянную способность вырабатывать краску. Наконец, потеря хромогенеза может обусловливаться еще присутствием рядом с X. бактериями других микробов, влияющих, вероятно, своими продуктами обмена веществ, стало быть — химически. Одни X. бактерии легко теряют способность вырабатывать пигмент и легко же ее восстановляют, другие с трудом и редко дают лейкорасы. Бактерии, которые образуют несколько пигментов, напр. бактерия синего гноя, могут терять или один только пигмент, или все; равным образом у этой бактерии и образование бактериофлуоресцеина и пиоцианина представляет две функции (fonction fluorescigène и fonction chromogène франц. ученых), которые можно и искусственно разделить. Что в природе сами собой могут образоваться лейкорасы и долго при благоприятных условиях сохраняться, это весьма вероятно. Искусственно полученную лейкорасу золотистого Staphylococcus pyogenes aureus считают тождественной с встречающимся в природе белым гноеродным стафилококком Staphylococcus pyogenes albus. Как долго могут сохранять свои особенности искусственно выведенные лейкорасы, равно как и точные условия регенерации хромогенеза, еще не достаточно выяснены. Вообще изучение хромогенеза у бактерий представляет большой интерес и имеет значение не только для микробиологии, но также и для общей биологии.

Литература. E. Cohn, "Untersuchungen über Bacterien" ("Beitrage zur Biologie der Pflanzen", т. I, 1872); M. Schottelius, "Biologische Untersuchungen über den Micrococcus prodigiosus" (Kölliker, "Gratulationschrift", 1887); M. W. Beyerinck, "Die Lebensgeschichte einer Pigmentbacterie" ("Botanische Zeitung", 1891); Scheurlen, "Geschichtliche und experimentelle Studien über den Prodigiosus" ("Archiv für Hygiene", т. 26, 1896); A. Luckhardt, "Ueber Variabilität und Bedingungen der Farbstoffbildung bei Spaltpilzen" (диссертация, Фрейбург, 1901); кроме того, некоторые подробности и специальную литературу см.: W. Migula, "System der Bakterien" (т. Ι—II, 1897—1900); E. Macé, "Traité pratique de Bacteriologie" (4 изд. 1901); K. Lehmann und R. Neumann, "Atlas und Grundriss der Bakteriologie" (1896).

Г. Надсон.