Всё, что вы не знали о плесени

Биолог Александр Осмоловский рассказывает о формировании науки микологии, диагностике фитопатогенов, антибиотиках на основе плесени и опасности употребления заплесневелых продуктов.

Плесень — это гриб, который имеет микроскопическое строение. Ее можно увидеть невооруженным глазом — известно, как выглядят испорченные продукты. Но если рассмотреть плесень под микроскопом, то окажется, что это ниточки с кучей шариков вокруг — спорами, которыми она размножается. У плесневых грибов апикальный, или верхушечный, рост, то есть ниточка растет концом вперед. Цель плесени — колонизировать большую поверхность, поглотить большее количество питательных веществ извне.

Зарождение микологии — науки о грибах

Плесень используется с древнейших времен: мы знаем классические французские сыры с плесенью, которые делали в пещерах, но это эмпирический подход. На то, что этот объект живой природы кардинально отличается от растений и животных, одним из первых обратил внимание Аристотель: он писал, что есть грибы и есть плесень, но не очень понятно, чем они различаются. Об этом ничего не было известно примерно до середины XIX века, когда зародилась целая наука о грибах — микология.

Основоположником микологии считается Генрих Антон де Бари, французский естествоиспытатель, который исследовал разного рода грибы, в том числе макромицеты: сыроежки, шампиньоны и другие. Как наука микология оформилась в конце XIX — начале XX века, когда грибы стали систематизировать более детально и выяснилось, что они вызывают многие поражения растений. В 30-е годы XX века появились описание и систематизация плесневых грибов, были изучены их экологические ниши и возможности направленного использования.

Генрих Антон де Бари // wikipedia.org

Классификация плесени

Плесень можно классифицировать по-разному. Ненаучно — по цвету: белая, черная, зеленая, желтая. С научной точки зрения все виды плесени по морфологии можно разделить на две группы: зигомицеты и аскомицеты. Зигомицеты белые, с черным налетом сверху. Такая плесень обычно растет на хлебе и выглядит как полосатая объемная серо-бело-черная губка, разрастается до сантиметра в толщину. Зигомицеты с биологической точки зрения представляют собой одну клетку. Это действительно одна разросшаяся клетка, которую венчает куча разросшихся «чупа-чупсов», то есть закрытых шариков, внутри которых содержатся споры. Аскомицеты — это многоклеточные организмы, которые не имеют «чупа-чупсов», их споры находятся на поверхности специальных структур. Они выглядят как шарик, на поверхности которого находятся цепочки из спор.

Спорангии плесени зигомицет на персике // wikipedia.org

Причины появления плесени

Благоприятный рост плесени обеспечивает наличие двух условий. Первое — это достаточное количество сахара, то есть углеводных компонентов, которые содержатся во всех продуктах. Второе условие — влажность. Плесневые грибы распространены повсеместно: они встречаются в воздухе, воде и почве. В воздухе плесень постоянно присутствует в виде спор, которые попадают на продукты питания и вызывают их порчу. Если в доме есть протечка, плесень обязательно вырастет, и счистить ее с поверхности не получится. Удалится только верхний слой, а внутри плесень все равно останется и будет прорастать заново. Поэтому ее нужно высушивать, может быть, тепловой пушкой.

Считается, что плесень опасна настолько, что ее содержание в воздухе необходимо контролировать. Для этого существуют специальные станции, отряды. Например, летом в Москве можно увидеть ребят со специальными приборами, похожими на пушки, которыми полицейские засекают скорость. Приборы работают как пылесос: они впитывают в себя воздух с автострады, а потом на фильтрах вырастают колонии плесневых грибов. По количеству колоний определяют, насколько грязный воздух.

Воздействие плесени на человека и окружающую среду

Спорообразование начинается в неблагоприятных условиях, когда все питательные вещества, окружающие плесень, были поглощены. Споры плесневых грибов находятся повсюду. Они являются мощным аллергеном, так как в них содержатся белки, а любые чужеродные белки вызывают в нашем организме иммунную реакцию. Если иммунитет ослаблен, то споры, попадающие в организм через рот или нос, могут прорасти, и это вызывает дальнейшие аллергические реакции. Например, группа грибов Aspergillus вызывает заболевания под общим названием «аспергиллез». Плесневые грибы образуют большое количество метаболитов, которые являются токсинами. Они образуются в природе с единственной целью: чтобы отпугивать крупные почвенные организмы, например червей, которые тоже пытаются найти питательные вещества. Для человека токсины очень опасны, потому что вызывают ряд заболеваний, связанных с токсикозом внутренних органов.

Споры зеленой плесени на апельсине под микроскопом // wikipedia.org

В средней полосе, особенно летом, можно увидеть белые и черные листики деревьев. Это так называемые фитопатогенные грибы, их споры способны проникать в клетки растений и вызывать ряд растительных заболеваний — от черной ножки до плесени на плодах. Из-за этого у сельхозкультур снижается урожай, у злаковых зерна становятся непригодными для использования, так как содержат в себе токсины.

Классический пример того, как один вид плесени борется с другим, связан с упавшими яблоками: они начинают подгнивать еще на дереве из-за грибка под названием Fusicladium. Он питается сахаром, которого достаточно даже в кислых плодах. Дальше размер гнили не увеличивается, но вокруг нее появляются белые пупырышки — это заболевание называется парша, ее вызывает грибок Trichothecium, который растет за счет того, что тормозит развитие Fusicladium, выделяя антибиотик. Таким образом, первый гриб «разжевал» структуру яблока, подготовил ее для того, чтобы удобно питаться самому, но тут появляется другой гриб, который давит первый и съедает все, что было подготовлено.

В Бразилии урожай кофе тоже может быть подвержен плесневым грибам, которые выделяют токсины, поэтому, если кофе не обжарить, может остаться какое-нибудь одно зерно, которое несет на себе спору гриба. Он может прорасти в небольшую беленькую пленку, выделить токсин, который нас отравит. Так что термическая обработка всего и всегда — это очень важно.

Плесень на продуктах

Продукты питания, которые подверглись действию плесени, лучше не есть: это очень опасно. Лимон и хлеб, поврежденный плесенью, обычно не едят, а с варенья просто снимают верхний слой. Это неправильно, потому что токсины, которые вывела плесень, осаживаются на дно банки. Пораженный плесенью продукт лучше выкидывать целиком. Часто встречается розовый налет на листьях черники, и, даже если его нет на ягодах, это не значит, что нет гриба внутри ягод. С таких кустиков чернику лучше не собирать.

Плесень на некоторых сортах сыра называется «благородной» по одной простой причине: она находится в таком состоянии, что там не образуется спор. Такая плесень действительно съедобна, она придает сыру определенный вкус и к тому же является источником белка. Если эта плесень начинает образовывать споры, то исключительно из-за смены условий: стало теплее или холоднее. Такой продукт лучше не есть, так как споры — это аллерген. Но вообще плесень, выросшая на сыре, говорит только об одном: сыр качественный.

Антибиотики и ферменты из плесени

Плесневые грибы образуют большое количество антибиотиков, разнообразных по химической структуре: они могут быть пептидной, углеводной, ароматической природы. Считается, что мир и современная медицина обязаны плесневым грибам тремя революциями. Первая — получение пенициллина — антибиотика, который хорошо действует на бактерии, вызывающие гной. Им лечат многие внутренние заболевания, а сейчас появились другие пенициллины, более мощные и обладающие более широким спектром действия.

Вторая революция тоже связана с антибиотиком — циклоспорином, который образуют грибки из рода Tolypocladium. Этот антибиотик оказался мощным иммуносупрессором: циклоспорин избирательно подавляет иммунный ответ на молекулярном уровне и таким образом предупреждает отторжение трансплантатов. Без этого эффективного антибиотика сейчас не обходится ни одна операция по пересадке органов и тканей.

Циклоспорин // wikipedia.org

Третье соединение, полученное благодаря плесневым грибам, называется ловастатин. Это соединение оказывает ингибирующее воздействие на ферменты биосинтеза холестерина: оно связывается с ними, и оверсинтеза холестерина не происходит. Таким образом уменьшают содержание холестерина в крови — это препятствует образованию бляшек, развитию атеросклероза и всех заболеваний холестериновой природы, связанных с закупориванием сосудов.

Известны антибиотики, которые образуются плесневыми грибами и тормозят развитие других плесневых грибов, — это фумагиллин, который образуется Aspergillus fumigatus, и гризеофульвин, образованный Penicillium nigricans. Даже банальный тест на глюкозу, который используют глюкометры, содержит в себе иммобилизованные клетки глюкозооксидазы, которую получают из пенициллов. Интересны с медицинской точки зрения ферменты протеазы, расщепляющие белки. Некоторые из них специфичны к тромбам, их можно применять в качестве тромболитиков. Сейчас наука шагнула чуть дальше: было показано, что грибные ферменты могут активировать белки свертывания крови. Сейчас известны четыре грибных активатора, которые помогают определять содержание белка в плазме крови пациента.

В последние годы продаются порошки с цветными гранулами. В них для удаления пятен содержатся некоторые ферменты, расщепляющие жиры, белки. Эти ферменты выделены из грибов, обитающих в щелочных условиях — в местах с повышенным содержанием соды.

Плесень производит много органических кислот, наиболее известная из них — лимонная. 99% лимонной кислоты — это продукт жизнедеятельности гриба Aspergillus niger, той самой черной плесени, которую все боятся. Ее, судя по описаниям, в начале XX века открыли в египетских пирамидах, а потом первооткрыватели дружно заболели (есть версии, что это случилось из-за другого гриба). Тем не менее даже штамм, патогенный для человека, безопасно используется в производственных процессах.

Aspergillus niger под микроскопом // wikipedia.org

Современные исследования плесени

Биологам нужно понять, насколько еще не изучены разные виды плесени. Исследователям интересна плесень из «экзотических» мест обитания — содовых и соленых. В них плесневые грибы развиваются очень медленно, и поэтому можно внимательно изучить, какие есть виды, отличные от уже известных. Изучать принято классическим способом: смотреть внешний вид, микроскопировать. Есть и современные методы, связанные с выделением ДНК и сравнением ДНК-последовательностей. Этот метод сейчас успешно применяется, потому что можно «задепонировать» ДНК-последовательность и считаться первооткрывателем и, главное, можно сравнить родство с другими известными, но далекими по морфологии видами.

Для изучения плесень культивируют в колбах, в ферментерах, чтобы увеличить выход полезных продуктов — биологически активных веществ: органических кислот, ферментов, антибиотиков, ферментов направленного действия. Биотехнология плесневых грибков наиболее сейчас развита и востребована: стабильный геном, неограниченный рост, в отличие от бактерий, и использование дешевых сред делают плесень экономически выгодной.

Сейчас наиболее важны диагностика фитопатогенов и борьба с ними — для этого нужно взять образец клеточного сока растения и посмотреть, есть ли там грибная ДНК. Наверняка есть, потому что грибы проникают не столько из воздуха, сколько из почвы. Если грибная ДНК найдена, можно провести необходимые фитосанитарные процедуры: чем-то опрыскать, чтобы убить плесень или замедлить ее развитие; уничтожить растение и посеять заново.