З незапам'ятних часів люди засолюють або зацукровують їжу, щоб її зберегти. Солять, наприклад, рибу і м'ясо, багато овочів і деякі плоди; зацукровують зазвичай фрукти. Такі підходи склалися, очевидно, емпірично і передавалися з покоління в покоління. Ми добре знаємо, що обидва способи запобігають ріст більшості бактерій і захищають їжу від накопичення бактеріальних токсинів, але мало хто замислюється, чому це відбувається і що ефективніше в якості консерванту.
Механізм дії консервуючих чинників
Зовсім випадково вдалося виявити цікаві факти, які, можливо, допоможуть відповісти на ці питання. Працюючи в лабораторії біохімії факультету фармацевтичних наук університету Чіби в Японії, разом з професором Хіроші Кобаяші, вивчаючи зростання кишкових бактерій, зіткнулися з несподіваним явищем. Коли в розпорядженні бактерій був кисень, вони успішно росли і розмножувалися, незважаючи на деяку кількість хлориду натрію в середовищі, однак варто припинити надходження цього газу, і та ж концентрація солі помітно гнітила їх зростання. Хлорид натрію при концентрації 0,5 М в аеробних умовах (при доступі кисню) всього наполовину зменшував швидкість росту кишкової палички, а без кисню при тій же концентрації - в 2,5 рази! Зростання і розмноження бактерій практично придушувалися. Таким ефектом володіють саме солі натрію, але не інших катіонів. Цукри діяли слабкіше солі, і до того ж майже однаково і в аеробних, і в анаеробних умовах.
Чому ж кишкова паличка так чутлива до іонів натрію під час відсутності кисню? Мабуть, справа не в осмотичному тиску. Цукор теж збільшує його, однак цей стрес бактерії долають. Ймовірно, тут задіяний інший механізм. В клітини бактерій обов'язково проникають іони натрію, а їх надлишок токсичний. Будь-які клітини, а не тільки бактеріальні, змушені постійно виводити іони Na назовні. Тварини клітини виконують це за допомогою натрієвого насоса, який використовує енергію АТФ. У кишкової палички, та й у переважної більшості інших бактерій, подібного механізму немає. Вона позбавляється від зайвого натрію за допомогою так званих антипортерів, які впускають всередину іони водню в обмін на іони натрію, що викидаються назовні. Ці механізми працюють без АТФ. Коли клітці не вистачає кисню, вони не дуже активні, і іони натрію виводяться менш інтенсивно. У разі потреби може відбуватися індукція антипортерів - синтез і збільшення їх кількості.
А тепер уявімо собі, що концентрація кухонної солі в зовнішньому середовищі підвищується. Нам вдалося показати, що, якщо при цьому умови анаеробні, концентрація іонів натрію всередині бактеріальної клітини дійсно стає значно вище, ніж в аеробних умовах. Це може бути результатом малої активності одних антипортерів або недостатньої індукції інших.
Мабуть, тому кишкова паличка так чутлива до іонів натрію.
Вивчення роботи антипортерів може мати величезне значення для фізіології, гігієни та медицини взагалі. Можливо, занадто високий вміст натрієвих солей в кишечнику (наприклад, через пересолювання їжі), здатне вбити або послабити корисну мікрофлору. Треба буде ще розібратися, корисні або шкідливі бактерії більш стійкі до такого впливу в анаеробних умовах. Потрібно зрозуміти і те, який вплив надає на них той кисень, який нехай в невеликих кількостях, але все-таки є в кишечнику. Точні дані на цей рахунок поки не відомі.
Будемо сподіватися, що ці закономірності зацікавлять і технологів, які займаються консервацією їжі. Для них має бути важливо, що консервативну дію кухонної солі ефективніше в анаеробних умовах.
Напрошується ще одне питання, цікавий уже біологу: чому в процесі еволюції бактерії не придбали більш потужні механізми для виведення іонів натрію? Відповідь, на жаль, буде спекулятивним, поки не з'являться нові експериментальні результати. Зачекаємо трохи.
