Спирохеты — это тонкие, гибкие и очень подвижные одноклеточные бактерии спиральной формы, делящиеся поперечно. Левенгук первым увидел эти микробы в пробе собственных «таких жидких экскрементов» и в слюне. На рисунках, присланных им в 1681 г. Лондонскому королевскому обществу, ясно видны спирохетоподобные формы. Позднее спирохет изучали Добелл, Кёрби и многие другие исследователи. Они были идентифицированы как возбудители фрамбезии, возвратного тифа и сифилиса. Все они состоят из протоплазматического цилиндра, окруженного плазматической мембраной и сложно устроенной грамотрицательной стенкой. В отличие от жгутиков других бактерий жгутики спирохет лежат в периплазматическом пространстве и поэтому окружены внешними слоями клеточной стенки, так называемым чехлом. Спирохеты — хемогетеротрофы. Они не образуют спор, хотя могут выдерживать замораживание (Smibert). Часто они растут в длину, не образуя поперечных стенок. Поэтому диаметр является для них более постоянным, надежным и штаммоспецифическим признаком, чем длина. В последнем издании «Определителя Берги» спирохеты разделены на пять родов:
- Spirochaeta — свободноживущие морские или пресноводные микробы диаметром от 0,25 до 0,75 мкм. Имеют небольшое число жгутиков, расположенных по типу 1-2-1 или 2-4-2. Эти цифры относятся к трем последовательным поперечным сечениям: конец, середина, конец. Места прикрепления жгутиков у спирохет — концы клетки. Спирохеты, имеющие на каждом конце по одному жгутику, заходящему за середину клетки, принадлежат к типу 1-2-1; те, у которых на каждом конце по 2 жгутика, заходящих за середину, принадлежат к типу 2-4-2.
- Cristispira — комменсалы моллюсков. Множество жгутиков (до нескольких сотен) образуют пучок-кристу. Клетки крупные, диаметром от 0,5 до 3,0 мкм. Обычно обитают в жестком студенистом кристаллическом стебельке — органе пищеварительной системы устриц и других двустворчатых моллюсков.
- Treponema — тонкие спирохеты диаметром от 0,05 до 0,17 мкм. Анаэробы, живут внутри других организмов; патогены или симбионты многих млекопитающих. Некоторые виды вызывают фрамбезию и сифилис. Расположение жгутиков обычно сходно с таковым у рода Spirochaeta, от которого они, вероятно, произошли.
- Borrelia — патогены или симбионты млекопитающих; переносчиками часто служат членистоногие. Боррелии, переносимые клещами, возбудители возвратного тифа. Диаметр от 0,2 до 0,5 мкм. Жгутиков немного, не более восьми.
- Leptospira — единственный известный строго аэробный род спирохет. Диаметр около 0,1 мкм. Могут быть патогенными, часто встречаются у млекопитающих. Имеют загнутые концы и немногочисленные жгутики.
Протозоологи, изучавшие микрофлору заднего отдела кишечника термитов, давно уже наблюдали крупных спирохет. Их относили ко многим родам. Электронная микроскопия и повторные исследования прижизненного материала привели к пересмотру представлений о родственных отношениях этих организмов другими спирохетами.
Если принять систему пяти царств, предложенную Уиттэйкером, то спирохеты заслуживают статуса типа в царстве Monera. По нашей классификации роды спирохет распадаются за три класса: свободноживущие анаэробы Spirochaetes), облигатные аэробы Leptospires) и крупные анаэробные симбионты (Cristispires). Недавно было создано несколько новых родов для необычных представителей этой последней группы: Pillotina, Diplocalyx, Hollandina и Clevelandina. Все эти спирохеты, обитающие как симбионты в задней кишке термитов, принадлежат к семейству Pillotaceae; их объединяют под названием пиллотин. Поразительно то, что в протоплазматическом цилиндре у некоторых из них содержатся продольно расположенные микротрубочки диаметром около 21 нм. Пока неизвестно, есть ли виды, имеющие микротрубочки, в другом семействе Cristispiraceae. Наличие микротрубочек, распространение и поведение делают пиллотин кандидатами на роль родственников ундулиподий — если вообще есть какая-то связь между спирохетами и ундулиподиями.
Спирохета Pillotina calotermitidis, ради которой и был создан род, описана Холландом и Гарагозлу в 1967 г. Этот организм был найден в больших количествах в задней кишке необычного термита Calotermes ргаесох (по современной классификации Proelectrotermes ргаесох), встречающегося только в лесистой западной части острова Мадейра. Таким образом, этот организм в течение многих лет был недоступен для исследования.
Изучая микротубулярный аксостиль полимастиготы Pyrsonympha — симбионта задней кишки Reticulitermes flavipes, обычного подземного термита северо-востока США, Бладгуд обнаружил крупных спирохет. Рассматривая превосходные микрофотографии Бладгуда, я заметила, что некоторые из сфотографированных спирохет, выделенных из R. flavipes, чрезвычайно похожи на спирохету Pillotina calotermitidis с Мадейры, описанную Холландом и Гарагозлу, если не идентичны ей. Это открытие стимулировало систематические поиски, в результате которых спирохеты-пиллотины были найдены у ряда североамериканских и европейских термитов.
У более чем 30 изученных видов термитов, обитающих в сухой или влажной древесине, а также под землей, спирохеты — пиллотины оказались важным компонентом микрофлоры задней кишки. Они были обнаружены у 21 вида термитов из сухой древесины (калотермитид) и у 5 видов подземных ринотермитид. Таким образом, остается исследовать еще 323 вида древесных и 180 видов подземных термитов из самых различных районов мира! Хотя пиллотины столь же обычны для питающегося древесиной таракана Cryptocercus punctulatus, их не оказалось совсем или оказалось очень мало у термитов с разнообразным рационом, включающим гнилую древесину (например, годотермитид и назутитермитид). Пиллотины, однако, всегда входят в состав обильной разнообразной симбиотической микрофлоры тех насекомых, рацион которых ограничивается древесиной. Микробные сообщества задней кишки у этих насекомых обычно включают наряду с пиллотинами протистов-гипермастигот (особенно трихонимфид), протистов-полимастигот главным образом девесковинид) и часто также несколько типов прокариот-азотфиксирующие бактерии, крупные подвижные палочки с перитрихальными жгутиками, грам-положительные кокки, длинные нитчатые неподвижные спорообразующие бактерии рода Arthromitus и множество трепонемоподобных спирохет.
Представителей семейства Pillotaceae можно узнать в живых термитах по крупным размерам и по тому, как они плавают, изгибаясь; для идентификации видов необходима, однако, электронная микроскопия. Пиллотины, вероятно, не покидали своих экосистем в кишечнике насекомых более 200 млн. лет. Так как вне организма хозяина, если не принять специальных предосторожностей, они погибают за несколько часов, кажется вероятным, что они эволюционировали и специализировались в составе симбиотической ассоциации с термитами-хозяевами.
Как мастотермитид, так и калотермитид на основании энтомологических данных считают примитивными формами, т. е. близкими родственниками питающихся древесиной тараканов Cryptocercidae из отряда Blattaria, от которых, как полагают, произошел отряд термитов, Isoptera. Все питающиеся деревом личинки, нимфы и субимаго калотермитид всегда буквально набиты громадными популяциями крупных спирохет. Солдаты и крылатые особи тоже их содержат, но у них спирохет и протестов часто бывает меньше. К сожалению, нет никаких данных о генетике или метаболизме этих микробов; поэтому их роды приходится различать по морфологическим признакам: длине, диаметру, амплитуде движений, степени зазубренности чехла и числу и расположению жгутиков. Большинство термитов одной популяции содержит одни и те же роды спирохет в сходных количествах, но отмечены сезонные различия, а также различия между термитами из разных географических районов. Опубликовано наше предварительное сообщение о распространении спирохет у термитов. Они встречаются в большом числе между ундулиподиями обычных крупных гипермастигот, таких как Trichonympha agilis (Leidy). Они постоянно «снуют» среди ундулиподий и даже проникают внутрь клетки протиста-хозяина.
Двигаясь наподобие штопора, пиллотины могут проникать в пучки трихомов Arthromitus, так же как они проникают в пучки ундулиподий жгутиковых. Крайний пример такого явления наблюдали у термита из Аликанте (Испания), в котором было очень мало протестов, но много пучков Arthromitus. Спирохеты проникали в эти пучки в продольном направлении, двигаясь сначала вперед, а затем назад, но оставаясь внутри пучков. В нескольких микрометрах от этих пучков было очень мало «свободных» пиллотин. Факторы, влияющие на распределение пиллотин в кишке насекомого, выявить пока не удается, так как их невозможно выращивать в культуре. Однако можно добиться обогащения кишечника термитов пилпотинами, выдерживая насекомых без пищи при высокой температуре.
До сих пор все спирохеты, у которых имеются микротрубочки, были выделены из кишечника термитов и принадлежат к семейству Pillotaceae. Конечно, эти трубочки видны не на всех тонких срезах, но то же относится и к жгутикам. Частота встречаемости микротрубочек в разных родах семейства Pillotaceae неизвестна. Возможно, однако, что тубулин содержат и другие свободноживущие спирохеты. В анаэробных участках микробных матов из лагуны Фигероа в Нижней Калифорнии были найдены спирохеты диаметром около 0,4 мкм. Имеются весьма предварительные данные о том, что эти спирохеты тоже реагируют с флуоресцирующими антителами к тубулину мозга. В микробных матах, в отличие от кишечника термитов, эукариоты отсутствуют; поэтому присутствие тубулина вряд ли может быть обусловлено примесью эукариот. Эти спирохеты выращены в культуре; они близки к Spirochaeta littoralis как по нуклеотидному составу ДНК (С + С = 50%; М. Mandel, личное сообщение), так и по метаболическим особенностям (S. Francis, личное сообщение). Проводятся эксперименты с целью выяснить, обусловлена ли их реакция с мечеными антителами присутствием тубулина и микротрубочек, гомологичных микротрубочкам эукариот.
Источник: Л. Маргелис. Роль симбиоза в эволюции клетки. Пер. В.Б. Касинова, Е.В. Кунина. Под ред. Б.М. Медникова. Издательство «Мир». Москва. 1963