Бактерии

Микро- и нанопластик присутствуют в продуктах питания повсеместно, и ученые ищут способы защитить от него наши организмы. Один из них обнаружили корейские исследователи: они обнаружили, что содержащиеся бактерии в популярном ферментированном продукте кимчи могут буквально «связывать» микроскопические частицы пластика в кишечнике и выводить их из организма.

Кимчи - традиционное корейское блюдо из ферментированных овощей, чаще всего пекинской капусты, с добавлением острого перца, чеснока, имбиря и соли. Решите добавить его в свой рацион?

Нанопластик представляет собой крошечные частицы пластика размером менее 1 микрометра, которые образуются при разрушении упаковки и других пластиковых материалов. Вокруг нас его неизмеримое количество, особенно много в еде — туда он попадает разными путями: через загрязненную воду, почву, воздух, а также из упаковки продуктов. Через эту пищу затем наночастицы попадают и в организм человека, проникая через кишечный барьер и накапливаясь в органах. Но, как оказалось, всего одно блюдо может поспособствовать выведению нанопластика из организма.

Чудодейственное блюдо

Команда ученых из Всемирного института кимчи (Южна Корея) изучила свойства молочнокислых бактерий Leuconostoc mesenteroides CBA3656, содержащихся в популярном корейском блюде.

В лабораторных условиях бактерия демонстрировала высокую способность к адсорбции (процессу, при котором молекулы или частицы одного вещества скапливаются и удерживаются на поверхности другого вещества) — до 87%. Но особенно важным оказалось то, что даже в условиях, имитирующих человеческий кишечник, эффективность оставалась на уровне около 57%, тогда как у других пробиотиков она резко падала.

Далее исследователи провели ряд экспериментов на лабораторных мышах, у которых не было собственной микробиоты кишечника. Результаты подтвердили эффект: у животных, получавших этот пробиотик, количество нанопластика, выводимого с калом, увеличилось более чем в два раза по сравнению с контрольной группой. Эффект наблюдался и у самок, и у самцов.

Из этого следует, что молочнокислые бактерии могут взаимодействовать с микрозагрязнителями окружающей среды и выводить их из организма в больших количествах. Более того, такие бактерии содержатся не только в кимчи, их можно найти и в составе квашеной капусты, и в маринованных огурцах, и в других ферментированных продуктах.

Пока, правда, речь идет только о ранних стадиях исследований, и говорить о «чудо-продукте» рано. Но сама идея — использовать пробиотики как инструмент для борьбы с нанопластиком — открывает новое направление в науке о питании и здоровье.

отсюда

Грызунов кормили пищей с высоким содержанием жиров

Исследование американских ученых показало, что бактерии могут перемещаться непосредственно из кишечника в мозг мышей, когда их кормят пищей с высоким содержанием жиров. У мышиных моделей болезни Альцгеймера, болезни Паркинсона и расстройства аутистического спектра также обнаружили повышенную проницаемость кишечной стенки и перемещение бактерий из кишечника в мозг. Примечательно, что бактерии не обнаруживались в головном мозге при возврате на обычную диету. Результаты исследования опубликованы в PLoS Biology.

Недавние данные свидетельствуют о том, что ось кишечник-мозг связана с нейродегенеративными патологиями, в частности болезнью Альцгеймера, болезнью Паркинсона и расстройствами аутистического спектра. Исследования показали, что микробиом кишечника воздействует на мозг через модуляцию иммунной и нейроэндокринной систем, а также через работу вегетативной нервной системы. Иногда изменения в микробиоме кишечника влияют на проницаемость кишечного барьера, что способствует проникновению микробов или метаболитов в собственную пластинку кишки и воротную вену.

Однако все эти известные механизмы не объясняют, как конкретно кишечный микробиом может напрямую влиять на мозг и вызывать нарушения в его работе. Прямых доказательств причинно-следственной связи между микробиомом кишечника и неврологическими заболеваниями недостаточно, поскольку для этой связи не установлено ни одного устойчивого биомаркера.

Чтобы заполнить этот пробел, группа ученых под руководством Араша Гракуи (Arash Grakoui) из Университета Эмори выдвинула гипотезу, что бактерии из кишечника могут попадать напрямую в мозг, запуская воспаление и нейродегенерацию. Для ее проверки исследователи использовали мышей с нокаутом гена Mdr2, который приводит к нарушению оттока желчи и изменению состава кишечных бактерий. Таких мышей кормили пищей с высоким содержанием жиров, и через девять дней у них в кишечнике наблюдалось увеличение числа бактерий родов Staphylococcus, Bacteroides и Akkermansia. Также в их кале стало меньше кишечных комменсальных лактобактерий по сравнению с мышами из контрольной группы. Эти изменения в составе микробиома коррелировали с повышенной проницаемостью кишечного барьера.

Чтобы определить, может ли проницаемость кишечной стенки привести к распространению бактерий по организму, ученые проверили их численность в фекалиях, подвздошной кишке, легких, сердце, почках, селезенке, головном мозге и крови. Они не обнаружили бактерий во внутренних органах и крови, однако их небольшое количество нашли в головном мозге, причем из-за того что их не было в ликворе и твердой мозговой оболочке, ученые исключили менингит. Бактерии были представлены стафилококками и энтерококками, которые обнаруживались в кишечнике. Дополнительный анализ показал, что гематоэнцефалический барьер у мышей оставался сохранным.

Поскольку блуждающий нерв соединяет кишечник и мозг, ученые проверили его на наличие бактерий. В шейном отделе нерва они обнаружили кишечного стафилококка — S. xylosus, в шейном отделе спинного мозга бактерий не было. Чтобы проверить, может ли блуждающий нерв служить путем транслокации бактерий из кишечника в головной мозг, исследователи удалили шейную часть правого блуждающего нерва. После этого мышей держали на диете с высоким содержанием жиров, и у них в мозге было в 20 раз меньше бактерий, чем в контрольной группе (у 5 из 15 мышей бактерии не обнаруживались вовсе). Поскольку левый блуждающий нерв остался не тронут (двустороннее пересечение блуждающего нерва привело бы к смерти), его заподозрили в том, что по нему бактерии все еще могли перемещаться в мозг. В дальнейшем в нем тоже нашли бактерии кишечного микробиома. Генетические анализы подтвердили, что микробы в кишечнике и в головном мозге практически полностью совпадали, причем перемещение бактерий заняло примерно шесть дней от начала липидной диеты. После возврата на обычную диету бактерий в мозге на находили.

Примечательно, что воздействие антибиотиков изменило состав не только микробиома кишечника, но тех микроорганизмов, которые находили в головном мозге мышей. Дополнительный эксперимент на мышиных моделях болезни Альцгеймера, Паркинсона и расстройства аутистического спектра показал, что у всех этих мышей наблюдается повышение проницаемости кишечной стенки. А в их кишечном микробиоме и головном мозге присутствуют бактерии, которые в предыдущих исследованиях ассоциировались с изучаемыми заболеваниями.

Эти результаты показывают, что необходимы дальнейшие исследования того, может ли модификация кишечного микробиома (в том числе с помощью диеты) потенциально предотвратить попадание бактерий в мозг. Однако важно для начала определить, встречается ли транслокация бактерий из кишечника в головной мозг у людей.

Одним из методов воздействия на кишечный микробиом может стать тиамин. Ранее мы рассказывали, что он воздействовал на распространение микробов в кишечнике, что коррелировало с симптомами хронической усталости.

отсюда

В румынской ледяной пещере ученые обнаружили бактерию возрастом около 5 000 лет, которая устойчива к ряду современных антибиотиков. Открытие может помочь разработать новые лекарства, но также поднимает вопросы о рисках, связанных с таянием ледников.

Бактерию Psychrobacter SC65A.3 выделили из 25-метрового ледяного керна, извлеченного из пещеры Скэришоара в Румынии. Геном микроба расшифровали и проверили его реакцию на 28 антибиотиков. Оказалось, что штамм устойчив к 10 препаратам из восьми разных классов – в том числе к тем, что применяются для лечения серьезных инфекций легких, крови и кожи.

Это первое подробное описание профиля устойчивости древней бактерии из ледяной пещеры. Работа опубликована в журнале Frontiers in Microbiology.

Почему древние бактерии устойчивы к антибиотикам

На первый взгляд это парадокс: как микроорганизм, живший тысячи лет назад, может сопротивляться препаратам, созданным в XX веке? Ответ в том, что антибиотики не изобретение человека. Микробы вырабатывают вещества для борьбы друг с другом миллионы лет. Именно из таких природных соединений и выросла современная антимикробная терапия – достаточно вспомнить историю открытия пенициллина.

Гены устойчивости давно присутствуют в микробных экосистемах. Когда антибиотики используются широко, выживают и размножаются те бактерии, у которых уже есть защитные механизмы. Эти гены могут передаваться между видами, усиливая проблему резистентности.

Экстремалы с двойным потенциалом

Psychrobacter SC65A.3 – так называемый полиэкстремофил. Он приспособлен к холоду и повышенной солености. В его геноме нашли более 100 генов, связанных с устойчивостью к антибиотикам, и почти 600 генов с неизвестными функциями. Кроме того, обнаружены 11 генов, потенциально подавляющих рост бактерий, грибов и вирусов.

Это делает штамм одновременно перспективным и потенциально рискованным. С одной стороны, он может подсказать новые пути создания антибиотиков и ферментов для биотехнологий. С другой – при таянии ледников древние микробы и их гены могут попасть в современную среду.

Климатический фактор

Ученые подчеркивают, что сам по себе выход древних бактерий изо льда не означает автоматической угрозы. Чтобы гены устойчивости стали проблемой, они должны передаться патогенным видам и закрепиться под давлением массового применения антибиотиков.

Однако в условиях глобального потепления замороженные экосистемы постепенно «размораживаются», и это превращает ледники в возможные резервуары генов резистентности.

Проблема устойчивости к антибиотикам уже сегодня связана более чем с миллионом смертей в год. Поэтому изучение древних микробов – это не только взгляд в прошлое, но и шанс лучше понять механизмы устойчивости и использовать их для разработки новых лекарств.

отсюда

Международная группа под руководством ученых из Института Макса Планка провела первое системное исследование сенсорных способностей полезных бактерий. Исследователи расшифровали механизмы, позволяющие микробам распознавать питательные вещества и химические сигналы в организме.

Эффект «общего стола». В микробиоме процветает кросс-фидинг, или перекрестное кормление. Это процесс, при котором одни виды бактерий перерабатывают сложные вещества и выделяют побочные продукты (например, лактат), которые служат основным источником энергии для других видов. Таким образом, кишечник представляет собой сложную логистическую сеть, где выживание одного вида напрямую зависит от «отходов» жизнедеятельности другого, что и обеспечивает стабильность всей экосистемы.

Взаимодействие между микробиомом и телом человека критически зависит от способности бактерий ориентироваться в окружающей среде. Наука до сих пор фокусировалась на патогенах, оставляя без внимания полезных обитателей кишечника.

Новая работа, опубликованная в журнале PNAS, заполняет этот пробел. Ученые изучали клостридий — группу подвижных бактерий, поддерживающих наше здоровье. Выяснилось, что их рецепторы настроены на широкий спектр соединений: продукты распада углеводов, жиров, белков и даже ДНК.

Анализ показал, что бактерии не просто дрейфуют по кишечнику, а целенаправленно ищут конкретные метаболические сигналы. Особое значение имеют молочная и муравьиная кислоты, которые чаще всего являются стимулами для движения. Это подтверждает, что поиск пищи является главным драйвером активности микрофлоры.

Секреты бактериальной коммуникации

Важнейшим открытием стало обнаружение новых групп сенсорных доменов у бактерий. Эти сенсоры отвечают за распознавание короткоцепочечных жирных кислот и урацила. Ученые установили структуру двойного сенсора, который умеет связываться сразу с несколькими типами молекул. Такая гибкость позволяет микробам адаптироваться к постоянно меняющейся среде человеческого организма.

Как отмечает соавтор работы Вэньхао Сюй: «Эти сенсоры важны для взаимодействия между бактериями в кишечнике и могут играть ключевую роль в здоровом микробиоме человека». В процессе эволюции специфичность рецепторов быстро менялась, что объясняет выживаемость микрофлоры.

Полученные данные позволяют по-новому взглянуть на то, как поддерживается баланс в микробных экосистемах. Если учесть насколько сильно влияет на здоровье человека микробиом, то понятно, как важен этот микробный баланс и для нас.

Отсюда

Оказалось, что кефир способен предотвращать старение

Кто же не хочет сохранить молодость на многие-многие годы! Теперь, кажется, японские ученые обнаружили простой и эффективный способ добиться этой цели: в своем недавнем исследовании они обнаружили, что регулярное употребление кисломолочных продуктов, таких как кефир, может помочь предотвратить или даже обратить вспять некоторые признаки старения.

Маленький плюс в копилку тем, кто предпочитает окрошку на кефире, а не на квасе...

Примерно в возрасте 25-ти лет организм человека начинает медленно стареть. Снижается выработка коллагена и эластина, уменьшается плотность костной ткани, замедляется метаболизм, ухудшается работа иммунной системы, а иммунные клетки замедляют свою работу, что препятствует их нормальному делению. В результате это приводит к хроническому вялотекущему воспалению, которое способствует развитию многих возрастных заболеваний.

Научному сообществу давно известно, что определенные молочнокислые бактерии, или LABs, обладают противомикробным, противовоспалительным и даже противораковым действием. Однако, как именно они работают, долгое время оставалось неизвестным.

Как проходило исследование

Прояснить этот момент взялась команда из университета Синсю: группа ученых в течение восьми недель кормила часть пожилых мышей термически инактивированным штаммом молочнокислых бактерий — Lentilactobacillus kefiri YRC2606, — а в конце изучила состояние их иммунной системы и сравнила с состоянием мышей из контрольной группы.

Спустя время было обнаружено, что у мышей, получавших YRC2606, уменьшились возрастные изменения жизненно важных органов, таких как тимус и печень, а также у них начала снижаться экспрессия ключевых белков p16 и p21, которые блокируют деление клеток — основная причина старения тканей.

Из этого авторы исследования сделали вывод, что кефир — или другие кисломолочные продукты — могут помочь сохранить ключевые физические функции и снизить скорость биологического старения организма.«YRC2606 будет полезен для лечения возрастных заболеваний, например, в качестве ингредиента в функциональных продуктах питания или пищевых добавках, предназначенных для поддержания иммунитета у пожилых людей.»Хирока СасахараАспирантка факультета биологических и сельскохозяйственных наук Университета Синсю, ведущий автор исследования

«YRC2606 будет полезен для лечения возрастных заболеваний, например, в качестве ингредиента в функциональных продуктах питания или пищевых добавках, предназначенных для поддержания иммунитета у пожилых людей.»Хирока СасахараАспирантка факультета биологических и сельскохозяйственных наук Университета Синсю, ведущий автор исследования

Кроме того, регулярное употребление кефира положительно сказывается на пищеварении и даже здоровье сердца. Однако пить его литрами не стоит — пробиотиков в напитке крайне много, и если перепить его, то можно столкнуться со вздутием живота и другие побочные эффекты со стороны пищеварительной системы. В идеале — до 400 мл, то есть не более двух стаканов в день.

тут

Ученые обнаружили встречающуюся в природе кишечную бактерию обычных древесных лягушек, способную полностью уничтожать раковые опухоли у лабораторных животных. Микроорганизм превосходит некоторые существующие методы терапии. Если дальнейшие тесты покажут положительный результат, открытие может революционизировать лечение рака.

Японские ученые идентифицировали естественную бактерию, демонстрирующую перспективу в лечении определенного типа рака. В исследовании команда под руководством профессора Эйдзиро Мияко из Японского передового института науки и технологий сообщила, что Ewingella americana, выделенная из кишечника обычной древесной лягушки, показала сильную способность уничтожать раковые клетки в лабораторных испытаниях.

Для достижения этих результатов исследователи изучили 45 различных штаммов бактерий из кишечника японских древесных лягушек, японских огненнобрюхих тритонов и японских травяных ящериц. После первичного скрининга они сузили выборку до девяти штаммов с измеримыми противоопухолевыми эффектами.

Среди кандидатов выделилась E. americana. В экспериментах с лабораторными мышами, которым ввели колоректальный рак, бактерия полностью уничтожила опухоли, достигнув 100% положительного результата. Эффективность превысила существующие модели лечения, включая ингибиторы на основе антител и химиотерапию.

Исследование показывает, что E. americana уничтожает раковые клетки через несколько дополняющих механизмов. Medical Xpress отмечает, что анаэробная бактерия оказывает прямой цитотоксический эффект, накапливаясь внутри лишенных кислорода раковых клеток – её присутствие увеличивается примерно в 3000 раз после однократного внутривенного введения.

Бактерия одновременно чрезмерно стимулирует иммунную систему и избирательно атакует раковые клетки. В месте опухоли её быстрое размножение высвобождает воспалительные белки, привлекающие Т-клетки, В-клетки и другие иммунные клетки, концентрируя защиту организма там, где она наиболее необходима. Затем бактерия накапливается в опухолях, не затрагивая здоровые органы – вероятно, из-за анаэробной среды раковой ткани, ослабленного местного подавления иммунитета и специфических метаболических условий опухолей.

Исследование отмечает, что E. americana выглядит безопасной для введения, так как быстро выводится из кровотока и не проявляет тенденции к колонизации здоровых тканей. Бактерия может вызвать легкую воспалительную реакцию, которая обычно проходит в течение 72 часов.

Команда Мияко разрабатывает противораковую терапию на основе естественной бактерии и продолжает исследования для лучшего понимания этого нового союзника в борьбе с раком. Ученые особенно сосредоточены на том, как E. americana влияет на другие типы рака, оптимизации введения для снижения воспалительных побочных эффектов и изучении возможности совместной работы с существующими иммунотерапией и химиотерапией.

Источник

Гонорея — инфекционное заболевания, вызываемое бактерией Neisseria gonorrhoeae. Передаётся половым путём и является вторым по «популярности» бактериальным половым заболеванием. В мире ежегодно заражается примерно 80 млн. человек.

Особенность данной бактерии в том, что она выработала резистентость практически ко всем видам антибиотиков. Сейчас гонорею лечат с помощью уколов цефтриаксона, и, по сути, это единственный антибиотик, к которому бактерия не обрела устойчивость. Хотя в последнее время стали появляться штаммы Neisseria gonorrhoeae, которых и цефтриаксон плохо берёт.

В общем, ещё несколько лет — и здравствуй, 18-й и 19-й века, когда бактериальные ЗППП были огромной проблемой. К счастью, эти славные новые старые времена откладываютс.

FDA (Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США) на днях одобрило целых два новых антибиотика, предназначенных для лечения гонореи. Впервые за 30 лет, и действительно с новым механизмом действия, к которым бактерии ещё не выработала резистентность.

Это Blujepa (gepotidacin) (все совпадения случайны!) и Nuzolvence (zoliflodacin). Оба препарата нацелены на ингибирования ДНК-гиразы — специфического для одноклеточных фермента, участвующего в репликации ДНК.

Blujepa

Это таблетки, предназначенные для приёма 2 раза в день людьми старше 12 лет и весом свыше 45 килограмм. В прошедших клинических испытаниях Blujepa показал эффективность в 93% выздоровивших после 4-10 дней лечения. Стандартная терапия в виде цефтриаксона в уколах и таблетированного азитромицина показала эффективность в 91%.

Кроме неосложнённой гонореи, Blujepa также подходит для лечения других неосложнённых заболеваний мочевыводящих путей у женщин и детей старше 12 лет:

• Escherichia coli;
• Klebsiella pneumoniae, ;
• Citrobacter freundii complex;
• Staphylococcus saprophyticus;
• Enterococcus faecalis.

Nuzolvence

С этим антибиотиком ещё проще: он представляет собой суспензию, которая разводится в стакане воды. Доза всего одна — выпил, и свободен. Предназначен для лечения людей в возрасте от 12 лет и весом от 35 килограмм. В прошедших клинических испытаниях Nuzolvence показал эффективность в 91% против стандартного лечения (цефтриаксон в уколах и таблетированный азитромцин) в 96%.

Увы, потенциальные побочки у Nuzolvence тоже достаточно серьёзны. На животных моделях были зафиксированы следующие негативные эффекты:

• Снижением фертильности у мужчин;
• Вред для плода, вплоть до выкидыша;
• Аллергические реакции.

Это не значит, что побочки обязательно будут у людей, но опасаться стоит.

Плюсы-минусы

Основной плюс новых препаратов — в новом механизме действия. Резистентности к нему пока нет, так что несколько лет человечество на Blujep’e/Nuzolvence ещё протянет. Возможно, даже с десяток, учитывая, что новые лекарства вмешиваются в ключевой механизм функционирования бактерий. Это спасение для тех, у кого бактерии выработали резистентность или есть реакция на препараты первой линии.

Дополнительный плюс — в отсутствии укола. За дозой цефтриаксона нужно идти в медцентр/больницу, да и сам по себе он весьма болезненный. С таблетками или суспензией куда проще.

Минусы — в цене и побочках, которые могут оказаться велики. Так что лучше не болеть.

P.S. Ещё у меня есть бессмысленные и беспощадные ТГ-каналы (ну а как без них?):

Вот тут про молекулярную биологию, медицину и новые исследования: https://t.me/nextmedi;

Мой личный, куда сваливается наука и всякое гиковское: https://t.me/deeplabscience.

Ученые обнаружили, что микропластик может быть не только токсичным сам по себе, но и служить платформой для опасных бактерий и генов устойчивости к антибиотикам. Новое исследование из Великобритании показывает, что такие частицы становятся «плавучими домами» для микробов, которые затем распространяются по рекам и могут попадать в пищевые цепочки.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Environment International, ученые обнаружили, что на поверхности крошечных пластиковых частиц формируются плотные микробные пленки – своеобразные «пластисферы». В них активно поселяются патогенные микроорганизмы и бактерии, устойчивые к антибиотикам.

Как проводилось исследование

Исследователи погрузили в четыре точки реки Труро на юго-западе Англии образцы микропластика, дерева, стекла и биошариков (используются для очистки воды).

Точки отбора выбрали не случайно: они находились на разном расстоянии от больницы и станции очистки сточных вод — двух источников, которые могут существенно влиять на состав микробов в воде.

Через два месяца собранные образцы изучили. Оказалось, что микропластик собирает на себе гораздо больше генов устойчивости к антибиотикам, чем стекло или дерево. А ещё он притягивает опасных бактерий — например, представителей классов Flavobacteriia и Sphingobacteriia. Особенно много их оказалось ниже по течению от больницы и очистных сооружений, даже если их почти не было в самой воде.

Почему это важно

Микропластиковые частицы могут путешествовать далеко и долго, а вместе с ними — и бактерии. Это создаёт несколько рисков:

• потенциальное попадание патогенов в пищевые цепочки;

• распространение лекарственно устойчивых микробов;

• повышение опасности бытовых и медицинских инфекций.

Исследователи подчеркивают: микропластик – это не только мусор и не только химическая угроза. Он может работать как рассадник микробов, меняя экологию рек и морей.

Источник

В «чистых» помещениях NASA нашли 26 неизвестных видов бактерий

В залах Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства США, где собирают космические аппараты, обнаружили 215 бактериальных культур. Среди них оказались представители 26 новых для науки видов. Все эти существа отличаются необычной выносливостью. По мнению микробиологов, они стали такими именно потому, что их окружающая среда регулярно подвергается тщательной стерилизации.В 2007 году микробиологи поделились интересными результатами обследования помещений Лаборатории реактивного движения NASA, Космического центра Кеннеди и Космического центра имени Линдона Джонсона. Там строят и испытывают космические аппараты.

Эти помещения регулярно подвергают стерилизации несколькими способами: распылением газообразной перекиси водорода, обработкой спиртом, облучением ультрафиолетовыми лампами. Поступающий туда воздух проходит через специальные фильтры, его стараются поддерживать прохладным и не слишком влажным, то есть создают максимально некомфортные условия для размножения микроорганизмов.

Естественно, обрабатывают и сами аппараты. Среди прочего их нагревают, некоторые детали — до 110-200 градусов Цельсия. Все это делают для того, чтобы минимизировать риск занесения земной жизни, например, на Марс: все еще есть надежды найти жизнь марсианскую, и в случае ее обнаружения нужна уверенность в том, что она внеземная.

Тем не менее по итогам забора проб в залах NASA выяснилось, что аппараты там создаются в окружении целой популяции необыкновенно живучих микробов. Интересно, что в залах сборки марсианского посадочного аппарата Phoenix («Феникс») тогда нашли совершенно уникальный вид — Tersicoccus phoenicis. Это существо обитает только в NASA и больше нигде в мире. Напомним, «Феникс» работал недалеко от северного полюса Марса в течение нескольких месяцев в 2008 году и в числе прочего обнаружил под грунтом водяной лед.

Одним из самых «неубиваемых» микроскопических обитателей NASA оказался Bacillus pumilus SAFR-032: он выдерживает ультрафиолетовое излучение, обработку перекисью водорода, вакуумную среду. Кстати, колонию этих бактерий позже отправили на МКС и полтора года продержали снаружи станции — в открытом космосе. После возвращения на Землю некоторые из них «ожили».

Микробиологи заподозрили, что, несмотря на все превентивные меры, в многочисленных труднодоступных местах внутри космических аппаратов какие-то микробы наверняка сохраняются. Более того, именно путем старательной дезинфекции специалисты NASA невольно готовят их к суровым условиям космоса.

Недавнее исследование укрепило эти подозрения. Микробиологи из Индии и Саудовской Аравии еще раз изучили микрофлору из «чистых» помещений, где создавали «Феникс». В итоге там обнаружили в общей сложности 215 культур бактерий. Многие из них оказались «старыми знакомыми», но нашлись и 26 ранее неизвестных видов. О них ученые рассказали в статье для издания Microbiome.

Эти новые для науки микробы принадлежат к трем группам: актинобактерии, протеобактерии и фирмикуты. Представители первых двух умеют образовывать биопленки, и при попытке стерилизации внешние бактерии в них погибают, но защищают собой тех, что под ними. Фирмикуты в трудной ситуации создают споры, которые служат как защитные «капсулы»: внутри них ДНК охраняется от химикатов и вредного излучения. Кроме того, некоторые из этих микробов выделяют каротиноиды — особые вещества, помогающие нейтрализовать последствия облучения.

Исследователи подчеркнули, что все эти способности бактерии в себе развили и укрепили благодаря жестким окружающим условиям в помещениях NASA. С одной стороны, это делает практически неизбежным непреднамеренное микробное загрязнение других миров, с другой — повышает вероятность существования внеземной жизни.

Микробиолог из Чикаго провёл эксперимент: клал еду на пол на 5, 10, 30 и 60 секунд, а потом проверял, сколько микробов на ней осталось. Бактерии попадают на пищу моментально и размножаются активно, независимо от времени.

Все слышали, что если хочется сладкого, то это скорее всего дрожжи в организме хотят сахара. А теперь представьте, что микробы контролируют не только то, что вы хотите, но и вас. Например, заставляют открывать и закрывать рот. Чушь собачья, дешевая фантастика, скажете вы. Реалистичная правда, на самом деле. На нашей планете живет по крайне мере одно существо, рот которого контролируют бактерии. 

Так что же это за марионетка микробов? Гидра! Первые животные с нервной системой. Очень простой системой, но все же. У них всего два типа нервных клеток и два типа кожных клеток: эктодерма и эндодерма (клетки эпителия). На эктодерме расположен особый слизеподобный слой, именуемый гликокаликсом, но мы будем звать его слизистой. Так вот, бактерии заселяют слизистую и контактирубт с эктодермальными чувствующими клетками. Они также защищают гидру от грибковых инфекций.

Кое-что известно о влиянии микробиоты (сборища микроорганизмов) на более сложные организмы, например кишечная микробиота может влиять на агрессию, страх, мотивацию, голод и эмоциональное поведение. А мышиные кишечные микробы производят специальные пептиды (заготовки белков), которые влияют на ту часть мозга мыши, что отвечает за пищевое поведение. Но микробы вырабатывают тысячи нейрохимических веществ, поэтому определить, что на что влияет, трудно.

Чтобы изучить механизмы влияния микробов на животных, гидры подходят лучше всего. Они самые примитивные с точки зрения строения нервной системы, и их микробиота не очень многочисленна. У полипов, то есть гидр, которые стали вести оседлый образ жизни, курвибактерия (Curvibacter) составляет около 70 % бактериальной микробиоты. Но на гидре живут и несколько других бактерий, например Undibacterium и Duganella.

Предыдущие работы показали, что в пищевом поведении гидры участвуют нейроны, расположенные в области головы. Именно они заставляют ротовое отверстие открываться и закрываться. Рот открылся, впустил еду, закрылся, все переварил, и гидра выплевывает отходы, заднего прохода у нее нет. Естественно, что на открытие и закрытие рта гидры влияет состояние сытости. Если гидра славно откушала, она открывать рот лишний раз не будет. Но оказалось, что не только сытость или голод влияют на частоту открывания рта. Микробы на слизистой находятся в прямом контакте с эктодермальными нервными клетками.

Ученые узрели что если лишить гидру всех ее микробов, то продолжительность открывания рта значительно сокращается. А если заселить гидру только одним видом бактерий - курвибактерией, то гидра также демонстрирует серьезные неполадки с открыванием рта: время открывания рта сокращается практически до нуля. Eсли главный симбионт хозяина будет единственным жителем, то он навредит гидре, а не поможет. Это очень удивило ученых.

Тогда к гидре подселили других бактерий. И, о чудо, Undibacterium и Duganella восстановили нормальное время открывания рта. Так в чем же дело? А дело в глутамате. Курвибактерия вырабатывает глутамат, а другие бактерии его поедают. Если этих бактерий нет, то глутамат накапливается, а избыточный глутамат реагирует с нервными клетками в слизистой, и рот не открывается!

Источники:

Wein, Tanita, et al. "Carrying capacity and colonization dynamics of Curvibacter in the Hydra host habitat." Frontiers in microbiology 9 (2018): 443.

Giez, Christoph, et al. "Multiple neuronal populations control the eating behavior in Hydra and are responsive to microbial signals." Current Biology 33.24 (2023): 5288-5303.

Представьте себе картину: вечер, Вы сидите в ресторане на набережной северного приморского городка. Официант приносит Вам салат со свежепойманной рыбой, Вы приподнимаете вилкой зелень и не верите своим глазам… Филе рыбы светится!

Нет, это не избыток фосфора и не радиоактивное заражение. Это всего лишь безобидная бактерия Photobacterium phosphoreum, обладающая биолюминесценцией.

Биолюминесценция — это способность некоторых живых организмов при помощи химических реакций производить свечение.

Всего в мире известно около 800 видов светящихся организмов из различных царств: животные, растения, грибы и бактерии. Большинство из них живут в соленых и пресных водоемах.

Среди одноклеточных открыто четыре рода люминесцирующих бактерий (фотобактерий) . Фотобактерии распространены почти по всему земному шару. Большинство из них обитает в морской воде, однако известны пресноводные и почвенные виды.

Зональность распределения морских светящихся бактерий зависит от температуры водоемов.

Для психрофильного вида Photobacterium phosphoreum характерны холодные зоны с температурой ниже 15ºС. Этот вид обитает в северных морях, а также на глубине более 500 метров.

Виды Photobacterium leiognathi, Vibrio harveyi, Vibrio fischeri являются мезофильными (оптимальная температура роста для них 25-37ºС) и обитают в морях умеренного, субтропического и тропического поясов.

Светящиеся бактерии являются прямыми или изогнутыми палочками, либо кокковидными бациллами. Каждый вид имеет собственный характерный тип жгутикования.

Большинство известных видов фотобактерий являются симбионтами рыб и головоногих моллюсков.

Помните рыб-удильщиков? Большинство из них используют свечение бактерий, которых бережно выращивают в специальных органах — фотофорах. Помимо рыб светящихся бактерий в своих целях выращивают шесть видов кальмаров, некоторые почвенные черви, губки и оболочники.

Как они светятся?

Всему виной бактериальная люцифераза — окислительный фермент, катализирующий реакцию свечения и его фермент — люциферин.

Нет, названия взяты вовсе не из преисподней, но от латинского слова «Lucifer», то есть «Светоносный».

Люциферазы разных видов фотобактерий являются катализаторами одной и той же реакции, субстратами в которой являются кислород и восстановленный флавиномононуклеотид.

Спектр излучения различается у разных штаммов светящихся бактерий.

Большинство бактерий излучают свет в зелёном спектре. Данное свечение характерно для рода Vibrio.

Большинство штаммов Photobacterium phosphoreum излучают свет в сине-голубом спектре.

Существует также уникальный штамм Vibrio fischeri Y1, имеющий жёлтое свечение.

Для людей почти все виды фотобактерий безопасны, кроме, разве что, одного светящегося штамма холерного вибриона (Vibrio cholerae). Более того, известен случай, когда светящиеся бактерии помогали людям выжить.

В 1862 году, во время Гражданской войны в США, раны некоторых солдат начали светиться в ночи. Эвакуировать раненных смогли лишь спустя два дня. За это время многие бойцы успели умереть от полученных ранений и заражения крови. Однако солдаты, чьи раны светились, в большинстве выжили. Их раны почти не гноились и быстрее заживали. Это чудо тогда назвали «Ангельским свечением». И только спустя полтора века Джонатану Кертису, Биллу Мартину и Филлис Мартин удалось раскрыть тайну.

Свечение вызывала фотобактерия почвенных нематод Photorhabdus luminescens, которая подавляла рост патогенных микроорганизмов в ране.

Однако не для всех фотобактерии столь же безопасны. Известны случаи поражения светящимися бактериями из рода Photobacterium насекомых и ракообразных. Особенно часто гибнут креветки, крабы и гусеницы бабочек. Известно, что определенные виды фотобактерий обладают свойством разрушать хитиновый слой членистоногих.

Зачем они светятся?

А вот это уже вопрос сложнее. Ученые до сих пор не имеют определенного мнения на этот счет. Наиболее распространенной гипотезой считается теория о том, что свечение является побочным продуктом в реакции нейтрализации опасного для бактерий пероксида водорода. В далеком прошлом все бактерии использовали именно эту реакцию люциферазы для избавления от активных форм кислорода. Позже большинство микроорганизмов избрали другие, более экономные стратегии выживания, и лишь небольшая группа, именуемая фотобактериями, осталась верна своим «светлым» принципам.

Художница Дарья Федорова

Наверное, уже всем известно, что бактерии с каждым годом всё быстрее и активнее учатся устойчивости к антибиотикам. А многие уже могут противостоять антибиотикам "последней надежды", которые врачи берегут как зеницу ока на самый крайний случай. Микробиологи не унывают и, как завещали наши советские предки, пытаются научиться использовать вирусы для борьбы с бактериальными заболеваниями.

К счастью для нас, у всего живого есть своя Ахиллесова пята — вирус, и у бактерий она тоже имеется. Пяту зовут бактериофагами, или же фагами. Но так исторически сложилось, что у бактерий и фагов постоянная гонка вооружений, и длится она не один миллион лет. К несчастью для нас, учёные начали находить свидетельства того, что бактерии начинают вести счёт.

Один трюк, который бактерии наловчились делать — это обратный перевод РНК.

Итак, обычно любое существо (за исключением вирусов) хранит свою генетическую информацию в генах в виде ДНК. Затем клетка переводит ДНК на язык РНК, который работники клетки рибосомы понимают и на основании этих чертежей строят белки, которые и делают всю работу в клетке. Так вот, эта цепочка ДНК-РНК-белок была незыблема, пока не оказалось, что вирусы умеют и могут в обратную, то есть, из РНК строить ДНК. Используют они при этом белок-фермент — обратную транскриптазу (убогое приспособление английского слова в русский язык, как по мне).

Этот обратный переводчик имеется не только в ретровирусах, но и в некоторых бактериях. Например, в такой как кишечная палочка Escherichia coli. Она является обычным членом нашей кишечной микробиоты и даже производит нам витамин К для свёртывания крови. И всё вроде замечательно, пока она не научится плохому у других бактерий, а именно устойчивости к антибиотикам.

Любая бактерия может научиться устойчивости не только у других бактерий, но и если хозяин оставит, например, курс антибиотиков посередине. А если такая обученная палочка попадёт не в то место, например, в брюшную полость из-за ранения или же в мочевыводящие пути, то начнёт проказничать и может свести в могилу. Ведь антибиотики последней надежды её брать не будут. Самая последняя последняя надежда человечества — фаги, как показало свежее исследование, тоже, можно сказать, себя исчерпала.

Учёные обнаружили, что палочка создаёт "почти бесконечную" ДНК-копию загадочного короткого кусочка РНК, когда её атакуют фаги. ДНК эта содержит множество копий одной и той же последовательности, иногда более 100 штук! Обычно обратный переводчик после первого перевода РНК в ДНК сбрасывает эту самую РНК, но тут она начинает переводить заново, возвращаясь к началу нити снова и снова, как будто проигрывая песню на повторе. И это не вся странность.

Как белок, который переводит ДНК в РНК, знает, где ему начать?

У каждого гена есть свой выключатель (promoter) — это маленькая последовательность ДНК, которая говорит, когда ген можно включить, то есть начать производить РНК, а затем белок, а когда он должен быть выключен. Так вот, хитрая бактерия сначала делает из загадочной РНК одну ДНК-цепочку. На концах этой цепочки есть половинки выключателя, и одна цепочка не может быть включена, так как половина выключателя отсутствует. Но когда к этой цепочке присоединяют ещё одну, и так до 100 штук, половинки выключателя становятся целыми, и получается куча ДНК с кучей целых и работающих выключателей.

Эта длиннющая ДНК производит белки, которые заставляют бактерию уйти в спячку, то есть в ней ничего не работает. Так случается, когда фаги атакуют эту кишечную палочку, и она "засыпает". Фаг, которому нужны работающие системы бактерии, не может сделать свои копии, так как бактерия их выключила и ушла спать. Почему так происходит, не ясно. Как бактерии затем вычищают вирус из своей клетки — тоже, и вычищают ли — тоже не понятно.

Другая статья, выпущенная в том же месяце, дополняет эту историю: там говорится, что бактерия прерывает заражение фагом, так как клетка не растёт. Как именно, пока не ясно.

Что это значит для человека? Ну, это значит, что одна из потенциально опасных бактерий имеет ещё один вид защиты. Невинная кишечная палочка, научившаяся плохому после вашей поездки на Бали у местных кишечных палочек, может стать беспощадным убийцей, даровав вам кровавый понос, шок и отход в иной мир. Будем надеяться, что учёные будут умнее и найдут оружие для борьбы с микробами, а не-учёные будут более ответственно подходить к лечению антибиотиками, когда их им пропишет врач.

Источники:
Wilkinson, Max E., et al. "Phage-triggered reverse transcription assembles a toxic repetitive gene from a noncoding RNA." Science (2024): eadq3977.Tang, Stephen, et al. "De novo gene synthesis by an antiviral reverse transcriptase." bioRxiv (2024).Mitch Leslie, Bacteria use ‘crazy molecular mechanism’ to fight viruses, science

Текст от  Евгении Дикаревой

Иронично, но природа создала один из самых эффективных двигателей в мире. Многие виды бактерий передвигаются благодаря жгутикам, которые приводятся в движение уникальным роторным мотором. Ротор состоит из мембранных колец, а ионы взаимодействуют между статором и ротором, создавая крутящий момент. Это позволяет преобразовать электрохимическую энергию в механическую с почти 100% эффективностью.

Незначительное изменение положения белка может изменить направление вращения. Также белок может использоваться в качестве механической муфты для отсоединения мотора от ротора. Ротор способен вращаться со скоростью до 18 000 оборотов в минуту, но с прикрепленным жгутиком его скорость составляет всего около 200–1 000 оборотов в минуту. В результате бактерия может двигаться со скоростью приблизительно 60 длин своих клеток в секунду.

Понимание этого природного механизма в перспективе может привести к значительным достижениям в области биологических технологий.

Вот такие интересные формы приобретают колонии бактерий рода Bacillus. Предположительно, тут B.cereus или B. subtilis. Также известно,  что похожие структуры иногда могут создавать бактерии рода Phaenibacillus. 
Есть некоторое мнение, что бактериям осталась каких-нибудь пара шагов до «изобретения» настоящей многоклеточности.

Вы увидели как растет корпус для хинкалей

Чем мельче проблема, тем хитрее её решение. Изучение микроорганизмов и работа с ними сопряжена с рядом трудностей. Начиная с того, что без специальных приборов вы не углядите свой объект напрямую, и заканчивая тем, что организм из одной клетки меняется настолько стремительно и эволюционирует в масштабах культуры настолько сильно, что порой культуры с разницей в день и один пересев по свойствам имеют различий больше, чем два разных вида.

Особенно важно, если вы работаете с чем-то, ранее малоизученным или продуцентом "в работе".

Продуцентом называют организм (микроб или макрообъект), который производит какие-то полезные вещества или сам является частью такого вещества. Например, молочно-кислые культуры или лактобактерии в таблетках – это продуценты. Аспергиллус Нигер, производящий лимонную кислоту на заводе, это продуцент. Дрожжи в хлебе, квасе и пиве – тоже продуценты

Но я работаю с продуцентом другого рода – с бактериями, относящимися к виду Bacillus subtilis, знакомой и родной сенной палочкой, разные штаммы которой давно используют в препаратах для защиты растений. Как выяснилось в последних исследованиях, значительная часть известных человеку свободноживущих бацилл из разных уголков мира относится к сенным палочкам. Даже сильно различающиеся по свойствам и внешнему виду колоний. Как же это выяснилось? Всё дело в том, что в биологии с конца прошлого века наступила эпоха молекулярки. Человечество достаточно развило свои технологии, чтобы залезть под кожу каждой твари и изучить её не только внешне, визуально и на ощупь, но и доковыряться до самой сути жизни – до первичной структуры молекул белков и ДНК. И тут встаёт проблема: белки могут быть сходны у животных не только одного вида, но и разных конвергентных (независимо эволюционировавших в сходные формы) таксонов. Думаю, многие слышали, что мыши являются одним из модельных организмов для изучения мозга, и причина этому как раз в том, что у человека и мышей сходство в иммунитете мозга больше, чем у людей и собак (с обезьянами сходства больше, но и этических вопросов общество задаст больше).

При этом один и тот же вид в разных условиях или поколениях производит разный набор белков и даже разные версии белка. Так, отнесенные ранее к разным видам по внешнему строению, сезонам развития и составу белков грибы Bipolaris sorokiniana и Cochliobulus sativus оказались генетически одним и тем же видом, но разных поколений. Примерно то же случилось и с водорослями, и с бактериями.

Так вот, изучение генетической структуры теперь стало необходимой частью любого серьёзного исследования, без которой его не примут на рассмотрение методической комиссии и в больших изданиях. И моя работа исключением не стала.

Хотя полокусный анализ я провести не могу (хотя бы из-за времени и стоимости работ, у меня много полевых и лабораторных испытаний), провести примерную оценку гетерогенности вполне в силах нашей лабы.

Гетерогенность – это степень "разброса" генетических отличий в популяции. Другими словами, насколько популяция разнообразная и генетически стабильна. Особенно это важно в случаях как мой – я получала дочерние изоляты из природного, и они оказались очень разными по свойствам: одни хорошо подавляли рост плесневых грибов, другие уничтожали фитопатогенные бактерии, третьи были средними по обоим показателям, но хорошо росли и держались больше двух недель, не погибая. Учитывая, что это все было получено из одной капли исходной культуры с титром 10^8 колониеобразующих единиц на миллилитр, это очень большая разница. Поэтому и встал вопрос о необходимости проверки. Выбор пал на доступный и относительно простой анализ за авторством одного из совмещающих сотрудников нашей лабы.

Но перед этим сначала нужно извлечь ДНК для изучения. (есть, конечно, методы "засунь в каропку, она все сама сделает", но нам они не доступны)

Для этого надо наработать культуру, то есть, вырастить её побольше. Но изоляты, с которыми работаю я, растут слишком быстро, и стандартные 3е суток это слишком много – за это время на жидкой среде бациллы успевают уйти в споры, и достать оттуда суперспиралезованную ДНК почти нереально. Поэтому мне приходится сеять их на 14-16 часов, чтобы успеть снять, отстоять, перелить в пенициллиновые флакончики и довезти до соседнего института раньше, чем они наедятся и уснут. На фотографии вы можете видеть колбы возрастом в 16 часов – готова поспорить, плотное белесое кольцо наросших бактерий вас удивило.

Далее жижу надо отцентрифугировать, чтобы отделить клетки от продуктов жизнедеятельности и ферментированной среды. После чего аккуратно растворить клеточную стенку подобранной концентрацией антибиотиков лизирующего ряда (лизоцимом, например). Далее взболтать, залить феноловой смесью, чтобы растворить ДНК и отделить её от белков. После очередного центрифугирования раствор разделится на две части - близкую к консистенции воды нижнюю и густую гелеобразную верхнюю, разделённые белковый слоем. И если до этого момента вам казалось, что все вроде бы легко, знай, лей механической пипеткой заранее отсчитанные микролитры, то снять гелевый слой с ДНК, не задевая белки, надо наловчиться.

После этого гель переносят в следующие микропробирки, и отмывают от спирта буфером, неоднократно центрифугируя. В конце мы получаем волосистый белесый комок - это и есть наша ДНК в её естественной расплетённой форме без белков. Да, её видно невооружённым глазом, как на последней фотке. Количество ДНК зависит от вида, из которого её извлекают, и количества исходной культуры. Года четыре назад я выделяла ДНК из бычьей крови, и её было в двадцать раз больше (что естественно, у эукариот ДНК больше, и она содержится в нескольких хромосомах, в отличие от одной кольцевой ДНК бактерий).

В таком виде её можно залить дистиллированной водой и хранить в холодильнике пару месяцев прежде, чем перейти к следующему этапу - постановке полимерной цепной реакции. Про ПЦР в другой раз, так как красивой картинки в геле не получилось из-за проблем с системой гель-документации.

Да, это все было огромной подготовительной работой. А теперь умножьте весь описанный труд на 150 – 50 дочерних изолятов исходного штамма, и по 50 дочерних изолятов второго поколения от двух самых активных вариантов. Итого 150, плюс исходный, плюс другие культуры, участвовавшие в опытах.

И пускай только попробует кто-то сказать, что учёные ничего не делают.

Автор на Биореакторе: Хигерович