22 июля 2019, понедельник, 13:25
VK.comFacebookTwitterTelegramInstagramYouTubeЯндекс.Дзен

НОВОСТИ

СТАТЬИ

PRO SCIENCE

МЕДЛЕННОЕ ЧТЕНИЕ

ЛЕКЦИИ

АВТОРЫ

Елизавета Бонч-Осмоловская - о полезных микробах и пространстве логических возможностей

Яркие цвета Большого призматического источника в Йеллоустонском национальном парке - результат жизнедеятельности термофильных бактерий
Яркие цвета Большого призматического источника в Йеллоустонском национальном парке - результат жизнедеятельности термофильных бактерий
Wikimedia Commons

Елизавета Бонч-Осмоловская

Елизавета Бонч-Осмоловская - доктор биологических наук, заместитель директора по научной работе, заведующая лабораторией гипертермофильных микробных сообществ Института микробиологии РАН им. С.Н. Виноградского. О микроорганизмах, которые способны жить при  высоких  температурах и о том, какие микробы могут пригодиться людям, она рассказала Борису Долгину, Дмитрию Ицковичу и Анатолию Кузичеву в программе «Наука 2.0» -совместном проекте портала «Полит.ру» и «Вести.FM». Перед вами - краткое содержание беседы. Аудиозапись передачи доступна здесь.

Термофилы - это микроорганизмы, которые живут и размножаются при высоких температурах - от 50ºС и выше, тогда как обычные микробы - при 20-30-40ºС. Верхний температурный предел существования для термофилов - около 120ºС, но оптимум (температура, при которой они лучше всего себя чувствуют) может быть в пределах  60-70-80ºС. Те, у которых она выше 80ºС – это уже «гипертермофилы».

Помимо того, что они не умирают при 120ºС, термофилы представляют очень древние линии жизни. Есть способы, позволяющие определить, когда они возникли и  ответвились от общей линии жизни: путем анализа определенных участков ДНК у микробов. Среди термофилов  много таких организмов, которые отделились очень рано, особенно это относится к гипертермофильным археям.

Свойства многих термофилов говорят о том, что это представители древних экосистем Земли; тех времен, когда здесь еще не было фотосинтеза и кислородной атмосферы. Жизнь в таких условиях развивалась совершенно иначе. И, конечно, все это в принципе можно экстраполировать на другие планеты, где нет ни кислородной атмосферы, ни фотосинтеза. Вот в чем одна из причин интереса к термофилам. Вторая: раз они выдерживают такие высокие температуры, значит, у них совершенно другие белки.

Известно, что, например, когда мы варим яйцо, белок коагулирует, меняет свой вид и консистенцию. Обычные белки нагревания не выдерживают. А у этих - белки и ДНК выдерживают высокие температуры, и при этом функции они выполняют те же самые. Поэтому для изучения механизмов такой невероятной стабильности и использовали биополимеры термофилов.

Гипертермофильные микроорганизмы открыли совсем недавно, в 1980-х. Хотя термофилы с менее высокими температурами развития были известны в начале прошлого века, искать микробов в природных «горячих» точках (таких как вулканические горячие источники) начали только в 1970-е. И вот там-то и оказались особенные микробы.

Следующий прорыв случился, когда начали исследовать подводные горячие источники на большой глубине. В 1984 году вышла сенсационная работа: сообщалось, что микробы живут в таких источниках при 250ºС. Это не подтвердилось, но стало мощным толчком, после которого все бросились изучать микроорганизмы, обитающие в окрестностях глубоководных вулканов.

«Термостабильные белки» и их применение

Ученые нашли довольно много механизмов стабилизации белков у термофилов. Молекула такого белка гораздо более плотно упакована, она прошита внутренними связями, которые ее держат - не позволяют распрямиться и развалиться при нагревании. Это «термостабильные белки», «термостабильные ферменты».

Было проведено совершенно революционное исследование – открытие полимеразной цепной реакции. Это способ искусственного размножения участков ДНК из одной молекулы. Две цепочки расходятся, фермент ДНК-полимераза наращивает на каждой половинке вторую - и получается уже две. Потом они снова расходятся - и на каждой снова наращивается. Таким образом точная ДНК многократно воспроизводится в «препаративном количестве» и с ней вполне можно работать.

А чтобы развести эти цепочки, их надо нагреть. Сначала полимеразная цепная реакция делалась так: развели, нагрели, развели, достроили, снова добавили фермент. Очень дорого и очень медленно! А потом придумали использовать ДНК-полимеразу термофильных микроорганизмов, которая термостабильна: можно нагревать, ДНК расходится, а фермент - прекрасно себя чувствует и продолжает работать. Сейчас полимеразная цепная реакция используется в криминалистике, при медицинских анализах и т.д.

Термостабильные ферменты также устойчивы к кислотности,  щелочности, к присутствию каких-то растворителей, поэтому применяются в самых разных областях промышленности. Например, при производстве детергентов, стиральных порошков, в пищевой промышленности, пивоварении. Но пока, к сожалению, не у нас. Я всегда  мечтала, чтобы наши белки, наши микробы пригодились именно здесь.

Сейчас мы  сотрудничаем с Институтом биохимии имени Баха РАН, пытаемся ферментам из наших микроорганизмов найти применение при разложении птичьих перьев. Здесь ведь большая проблема: птичьи перья – это белок кератин, который ничем не разлагается. А так, например, его можно разложить и тем же курам скормить.

Перо голубя. Фото: Smabs Sputzer/Flickr.com

Археи и бактерии

Археи в целом живут при более высоких температурах. Часто и те, и другие  используют одни и те же субстраты, выглядят очень похоже, но у них разная внутренняя механика, ведь они очень рано разделились. У архей и бактерий совершенно разный аппарат синтеза белка, другая клеточная стенка, другие липиды... у архей все устроено по-другому, однако их пока открыто намного меньше, чем бактерий.

Один из глобально значимых процессов с участием архей - образование метана. Метанобразующие археи живут в болотах, в озерных и морских осадках и производят огромное количество метана. Углекислота в присутствии водорода восстанавливается в метан. Но лишь при полном отсутствии кислорода: если есть хоть чуть-чуть кислорода, процесс не идет. Образуется метан как конечный продукт жизнедеятельности, и при этом возникает энергия, которую микроорганизм использует для своего удвоения и поддержания жизни.

Самая большая опасность для планеты, для ее озонового слоя, – большое выделение метана. Например, в кишечниках жвачных животных образуется огромное его количество, - это всё именно микробный, архейный метан. 

Где ждать новых открытий?

Огромное количество микробов до сих пор не известно. Интересно искать новые микробы - сейчас появился способ идентифицировать их непосредственно в природных пробах по определенному кусочку ДНК. Уже существует большая база данных. Если просто выделяется из природной пробы этот кусочек ДНК и определяется его последовательность, то можно увидеть, как много там микробов, какие они разные, сравнить их с теми, что известны. Более того, можно увидеть, какой новый микроб присутствует в значительном количестве, играя какую-то важную роль в этом сообществе.

Очень интересно свести  знания об огромном разнообразии микробов с пониманием их функции. Неизвестных микробов еще очень-очень много и, конечно, все они не будут описаны. Поэтому важно научиться искать тех, которые играют какую-то существенную роль в природе.

Мой учитель, микробиолог, академик Георгий Александрович Заварзин в 1970-е годы написал книжку: «Фенотипическая систематика бактерий: пространство логических возможностей». Он доказал в ней: возможно всё, что не запрещено термодинамически, надо только искать. Эта матрица стала постепенно заполняться, но поиски шли исключительно по внешним признакам – фенотипу. Потом эту книжку совершенно забыли, потому что все увлеклись геномами, а теперь, на новом витке, вернулись к ней.

Обсудите в соцсетях

Система Orphus
«Ангара» Африка Византия Вселенная Гренландия ДНК Иерусалим КГИ Луна МГУ Марс Металлургия Монголия НАСА РБК РВК РГГУ РадиоАстрон Роскосмос Роспатент Росприроднадзор Русал СМИ Сингапур Солнце Юпитер акустика антибиотики античность археология архитектура астероиды астрофизика бактерии бедность библиотеки биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера викинги вирусы воспитание вулканология гаджеты генетика география геология геофизика геохимия гравитация грибы дельфины демография демократия дети динозавры животные здоровье землетрясение змеи зоопарк зрение изобретения иммунология импорт инновации интернет инфекции ислам исламизм исследования история карикатура картография католицизм кельты кибернетика киты климатология комета кометы компаративистика космос культура лазер лексика лженаука лингвистика льготы мамонты математика материаловедение медицина метеориты микробиология микроорганизмы мифология млекопитающие мозг моллюски музеи насекомые наука нацпроекты неандертальцы нейробиология неолит обезьяны общество онкология открытия палеолит палеонтология память папирусы паразиты перевод питание планетология погода политика право приматы психиатрия психоанализ психология психофизиология птицы ракета растения религиоведение рептилии робототехника рыбы сердце смертность сон социология спутники старение старообрядцы стартапы статистика такси технологии тигры топливо торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология физика физиология фольклор химия христианство школа экология эпидемии эпидемиология этология язык Александр Беглов Древний Египет Западная Африка Латинская Америка НПО «Энергомаш» Нобелевская премия РКК «Энергия» Российская империя Сергиев Посад альтернативная энергетика аутизм биология бозон Хиггса глобальное потепление грипп информационные технологии искусственный интеллект история искусства история цивилизаций исчезающие языки квантовая физика квантовые технологии компьютерная безопасность компьютерные технологии космический мусор криминалистика культурная антропология междисциплинарные исследования местное самоуправление мобильные приложения научный юмор облачные технологии обучение одаренные дети педагогика персональные данные подготовка космонавтов преподавание истории продолжительность жизни происхождение человека русский язык сланцевая революция финансовый рынок черные дыры эволюция эмбриональное развитие этнические конфликты ядерная физика Вольное историческое общество жизнь вне Земли естественные и точные науки НПО им.Лавочкина Центр им.Хруничева История человека. История институтов дело Baring Vostok Протон-М 3D Apple Big data Dragon Facebook Google GPS IBM MERS PRO SCIENCE видео ProScience Театр SpaceX Tesla Motors Wi-Fi

Редакция

Электронная почта: polit@polit.ru
Телефон: +7 929 588 33 89
Яндекс.Метрика
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003 года. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2019.