Гипотеза: помогать друг другу нас заставляют бактерии


Кто знает, может, помогая другим, ты передаёшь им «микробы альтруизма»?
Кто знает, может, помогая другим, ты передаёшь им «микробы альтруизма»?

Почему люди готовы бескорыстно помогать другим и даже приносить в жертву собственное благополучие? Учёные объясняют возникновение альтруизма по-разному. Одни говорят, что на самом деле Homo Sapiens всегда просчитывают потенциальные выгоды, другие — что способные на заботу имеют больше шансов передать свои гены потомкам. Исследователи из Тель-Авивского университета (ивр. ‏אוניברסיטת תל אביב‏) выдвинули интересную гипотезу: главную роль в развитии альтруистичного поведения могли сыграть микробы. Свои соображения они изложили в журнале Nature Communications. (далее…)

В окаменелостях динозавра обнаружены новые пептиды


Brachylophosaurus canadensis
Окаменелости Brachylophosaurus canadensis, образец MOR 2598 в ходе исследования.

Современные методы микробиологических исследований позволили специалистам Университета штата Северная Каролина в Роли (North Carolina State University at Raleigh) выделить новые коллагеновые пептиды из останков утконосого динозавра, жившего на территории современной Северной Америки 80 млн лет назад, — брахилофозавра. Работа подкрепила идею о том, что некоторые органические молекулы могут сохраняться в образцах на десятки миллионов лет дольше, чем предполагалось ранее, и стала важной вехой в деле изучения окаменелостей на молекулярном уровне.

Постдокторант Елена Шрётер (Elena Schroeter) и профессор Мэри Швейцер (Mary Schweitzer) проверяли выводы работы 2009 года об обнаружении в останках динозавра Brachylophosaurus canadensis коллагена.

«С тех пор, когда были получены первые результаты, улучшились технологии масс-спектрометрии и расширилась база данных о белках. Мы хотели не только получить ответ на некоторые вопросы, касающиеся оригинальной находки, но и продемонстрировать, что можно повторно получить информативные пептидные последовательности из древних окаменелостей», — говорит Шрётер. (далее…)

Обнаружен новый механизм, защищающий бактерии от воздействия лекарств


Робин Сорг, первый автор работы, наблюдает за ходом эксперимента.
Робин Сорг, первый автор работы, наблюдает за ходом эксперимента.

Чувствительные к антибиотикам бактерии могут выжить, если рядом с ними окажется много устойчивых микроорганизмов, выделяющих вещества, деактивирующие лекарство. Новый взгляд на то, как микробное окружение может снизить эффективность антибактериальной терапии, был опубликован 27 декабря в издании PLOS Biology. Работу провела группа микробиологов из Университета Гронингена (нидерл. Rijksuniversiteit Groningen) совместно с коллегами из Сан-Диего.

Статья подытожена видеороликом, демонстрирующим главный эксперимент исследования. В нём мы можем наблюдать отмеченный зелёным флуоресцирующим белком стафилококк, экспрессирующий ген устойчивости к антибиотику хлорамфениколу (в России препарат более известен под торговым названием «Левомицетин»). Рядом со стафилококком — чёрные бактерии Streptococcus pneumoniae, не обладающие такой устойчивостью. На питательной среде, содержащей антибиотик, зелёные бактериальные клетки начинают расти и распространяться, в то время как чёрные этого не делают. Но через некоторое время и отдельные чёрные клетки приступают к делению, причём их постепенно становится больше, чем зелёных. (далее…)

Биоразнообразие почв не так велико, как считалось


Michael Strickland
Майкл Стрикленд и образец почвы.

При изучении биологического разнообразия учёные совершали ошибку, которая привела к завышенной оценке количества видов микроорганизмов в почвах. Об этом свидетельствуют данные, полученные специалистами Политехнического университета Виргинии и университета штата (Virginia Polytechnic Institute and State University, Virginia Tech).

Остатки ДНК мёртвых организмов, «реликтовая ДНК», на протяжении многих лет мешала учёным, внося ошибку в результаты вычислений микробного биоразнообразия в большую сторону на 55%. А ведь знание о разнообразии микроорганизмов в почвах имеет решающее значение для понимания глобальных экологических процессов, таких как атмосферная фиксация азота и изменения климата.

Научная группа, в которую вошёл Майкл Стрикленд (Michael Strickland), доцент кафедры биологии Политехнического университета Виргинии, провела высокоточное секвенирование для детального определения состава микроорганизмов в 31 образце почв из различных климатических зон и экосистем.

Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Microbiology. (далее…)

Наши тела, в основном, состоят из бактерий


Если к нам как следует присмотреться при достаточном увеличении, можно решить, что мы с вами в гораздо большей степени бактерии, чем приматы
Если к нам как следует присмотреться при достаточном увеличении, можно решить, что мы с вами в гораздо большей степени бактерии, чем приматы.

Когда Антони ван Левенгук, суконщик второй половины XVII века, ставший учёным-любителем, впервые описал микроорганизмы, многие сочли его сумасшедшим. При помощи самодельного микроскопа он исследовал каплю воды из ближайшего пруда и зубной налёт соседей по городу Делфт, Нидерланды. И стал первым, кто заглянул в густонаселённый мир, ранее недоступный человеческому глазу. Позже мы узнаем, что огромная система бактерий, археобактерий, грибов и других микроорганизмов необходима для жизни на Земле. Что мы эволюционировали из этих микробов — и вместе с ними. Но люди того времени не представляли, что делать с безумными описаниями Левенгука, его заметками о «маленьких животных», которые «плавали проворнее, чем я когда-либо видел», записями, которые легли в основу микробиологии. Три с половиной столетия спустя научный журналист Эд Йонг (Ed Yong) продолжил дело Левенгука. Своим опытом изучения микроорганизмов он поделился в книге I Contain Multitudes: The Microbes Within Us and a Grander View of Life («Множества во мне: микробы внутри нас и грандиозный взгляд на жизнь»). (далее…)

Микроб, которому нужно железо, чтобы «дышать» метаном


Биореактор
В этой установке микробы, которые с помощью железа окисляют метан в бескислородной среде.

Микроб, который «ест» как метан, так и железо: микробиологи уже давно подозревали о его существовании, но не могли найти. Исследователи Университета Неймегена (нидерл. Radboud Universiteit Nijmegen) и Института морской микробиологии Общества Макса Планка (нем. Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie) в Бремене обнаружили микроорганизм, который использует железо (Fe3+) для анаэробного окисления метана. Открытие может быть полезно в деле контроля выбросов парниковых газов. Материалы исследований опубликованы 24 октября 2016 года в журнале PNAS.

От баланса между выбросом и поглощением метана зависит глобальная эмиссия этого сильнодействующего парникового газа. Команда микробиологов и биохимиков обнаружила, что один из видов архей порядка Methanosarcinales использует железо для преобразования метана в углекислый газ. В ходе этого процесса восстановленное железо становится доступным для других микробов. Следовательно, данный микроорганизм инициирует энергетический каскад, понимание которого важно для изучения круговорота железа и метана.

У изучаемых архей есть ещё одна интересная и важная особенность. Они могут преобразовывать нитрат в аммоний, который, в свою очередь, превращается в газообразный азот и воду в ходе анаммокса — одного из ключевых процессов в круговороте азота. (далее…)

Учёные в борьбе с пожирателями мозга


Неглерия Фоулера под микроскопом (окрашена оранжевым)
Неглерия Фоулера под микроскопом (окрашена оранжевым).

Учёные раскрыли один из механизмов смертельной инфекции головного мозга.

Неглерия Фоулера (Naegleria fowleri) — свободноживущий в воде и почве одноклеточный организм с интересным жизненным циклом. Часто её, ошибочно или по традиции, называют амёбой, хотя неглерии и амёбы относятся не только к разным родам, семействам и отрядам, но и к различным классам и типам живых организмов.

Неглерия Фоулера может принимать три различных формы: трофозоит, жгутиконосец и циста. Жгутики как средство активной локомоции у неё отрастают (очень быстро, всего за пару часов), когда она фиксирует вокруг себя неблагоприятное изменение ионного состава, например, когда её помещают в дистиллированную воду, и ей надо как можно скорее «уйти». Циста — форма в плотной защитной оболочке, позволяющая пережить засуху или иное неблагоприятное время. Трофозоит же — активная жизненная фаза, в которой неглерия питается и размножается. Но самое в неглерии Фоулера интересное — и ужасное для человека — её пищевая стратегия. Обычно она питается бактериями и другими микроорганизмами, но стоит ей попасть в нос человека (чаще всего во время купания в горячих источниках и неправильно хлорированных искусственных водоёмах), она пробирается по аксонам обонятельного нерва сквозь пластинку решётчатой кости в мозг и начинает поедать его клетки, уничтожая в первую очередь обонятельный центр, затем лобные доли. Причём, если неглерия попадает в нос в виде жгутиконосца, она очень быстро становится трофозоитом и, опять же, уверенно направляется в мозг. Заболевание, вызываемое ею, называется первичный амёбный менингоэнцефалит и почти всегда (в 97% случаев) заканчивается смертью заражённого человека. От момента заражения до летального исхода проходит, как правило, от десяти до двадцати четырёх дней. Из зарегистрированных с 2005 по 2014 год в США тридцати пяти случаев заражения смертью заболевших закончились тридцать три. В августе этого года в Мэриленде заразилась и умерла 19-летняя девушка. (далее…)

Разработано компактное устройство для производства лекарств


Схема устройства по производству биопрепаратов. Компоненты реактора — микрожидкостный фильтр (зелёный), оптические датчики (красный и голубой), фильтр (белый).
Схема устройства по производству биопрепаратов. Компоненты реактора — микрожидкостный фильтр (зелёный), оптические датчики (красный и голубой), фильтр (белый).

Учёные Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology) разработали портативное устройство для производства биологических препаратов. Компактную установку можно использовать на поле боя или в машине скорой помощи. Описание прибора опубликовано в журнале Nature Communications.

Биотехнологические препараты, которые используют, в том числе при создании вакцин, противодиабетических и противораковых лекарств, обычно производят на заводах. Транспортировка в больницы или другие места оказания медпомощи занимает много времени и стоит недёшево, а в некоторых случаях достать лекарство бывает и вовсе невозможно.

Исследователи из МТИ создали компактное устройство, которое позволяет получать разовую долю биопрепарата с помощью небольшого количества жидкости и дрожжевой культуры Pichia pastoris. Программируемый штамм P. pastoris под воздействием специальных веществ производит один из двух лечебных белков, к примеру, бета-эстрадиол запускает выработку гормона роста, а метанол — интерферона. Этот вид дрожжей даёт культуры высокой плотности на простых и недорогих питательных средах и продуцирует белки в больших количествах. (далее…)

Микроводоросли Symbiodinium trenchii и кораллы Карибского моря


Для вида Montastraea faveolata распространение S. trenchii означает замедление роста в два раза.
Для вида Montastraea faveolata вынужденный симбиоз с S. trenchii означает замедление кальцификации в два раза.

Один из инвазионных видов симбиотических микроводорослей широко распространился в Карибском море, сообщает международный коллектив исследователей. Одноклеточные водоросли, которые живут в тканях кораллов, повышают устойчивость коралловых сообществ к тепловому стрессу, вызванному глобальным потеплением, но снижают способность кораллов строить рифы.

«Результаты поднимают вопрос, является ли это вторжение благоприятным или плохим для долгосрочной продуктивности рифовых кораллов в Атлантическом океане и для общего состояния экосистемы», — говорит Тодд ЛаЖенесс (Todd LaJeunesse), адъюнкт-профессор кафедры биологии Университета штата Пенсильвания.

Отношения между кораллами и фотосинтезирующими водорослями развивались в течение миллионов лет и они, как правило, взаимовыгодны. Кораллы получают энергию и питательные вещества, а водоросли — питательные вещества и защиту. (далее…)

Микрофлора контролирует человеческую популяцию


Helicobacter pylori.
Helicobacter pylori. Убивая людей, помогла человечеству.

Микрофлора человека в ходе эволюции приобрела свойства, полезные для человеческой популяции в целом, но смертельно опасные для каждого человека в отдельности. Об этом сообщается в статье Мартина Блейзера (Martin J. Blaser) и Гленна Вебба (Glenn F. Webb), опубликованной в декабре прошлого года в журнале mBio.

Возрастная структура человечества является исключением в животном мире. В отличие от большинства видов, детство человека длится чрезвычайно долго, а смерть не совпадает с завершением репродуктивного периода. Авторы статьи рассмотрели возрастную структуру популяции древних людей, построив математические модели, демонстрирующие важность баланса рождаемости и смертности. Возрастная структура общества древних людей, как предполагают исследователи, поддерживалась механизмами, среди которых — запрограммированная смерть стариков, в том числе путём воздействия микроорганизмов-симбионтов.

Перед микроорганизмами, развивающимися вместе с человеком, встала задача сформировать наиболее благоприятную среду для своего процветания. Первой целью было сохранить здоровье хозяина до и в течение репродуктивного возраста посредством регулирования энергетического гомеостаза, увеличения плодовитости и защиты от конкурентов-патогенов. После окончания репродуктивной жизни хозяина выигрышной стратегией для микрофлоры могут быть действия, приближающие смерть человека. Наличие такого механизма может быть благотворным для населения в целом с точки зрения рационального использования ресурсов, устойчивости к периодам голодания и эпидемиям. Устойчивая и растущая популяция хозяина означает и процветание его симбионтов. (далее…)

Бактериальная коммуникация: новое открытие


Заражённые личинки.
Эти личинки насекомых заражены P. asymbiotica. Поскольку эти бактерии биолюминесцентны, личинки светятся в темноте.

Бактерии общаются с помощью химических сигналов, что позволяет им действовать согласованно и вместе производить патогенные эффекты. Исследовательская группа под руководством профессора молекулярной биологии университета Гёте во Франкфурте Хельге Боде (Helge B. Bode) и Ральфа Хеермана (Ralf Heermann) с кафедры микробиологии университета им. Людвига Максимилиана в Мюнхене открыла скрытые до сих пор механизмы бактериальной коммуникации.

Открытие имеет большое значение для развития медицины. Бактериальная коммуникация может быть терапевтической мишенью для новых лекарств. Если возможность связи блокируются, бактерии не могут проявить свои патогенные свойства.

«Если патогены более не уничтожать с помощью антибиотиков, как мы делаем до сих пор, но заранее отключать возможность проявления их вредных свойств, опасность развития резистентности будет существенно снижена», — говорит Боде. (далее…)

Новые виды микроорганизмов обнаружены на дне океана


Глубоководный зонд.
Глубоководный зонд для получения образцов воды из грунта на дне океана.

В океане на глубине свыше трёх километров обнаружены новые виды микроорганизмов с анаэробным сульфатным дыханием. Микробы, которые ещё не классифицированы и не названы, обитают в толще водопроницаемого грунта на дне, где вода постоянно перемешивается. Около одной трети земной биомассы, как полагают, существует в этой почти не исследованной среде.

Микробы с сульфатным дыханием процветают в условиях, крайне неблагоприятных для тех форм жизни, которые нам известны. Получение незагрязнённых образцов было непростой многоэтапной задачей. После того, как в донной породе были просверлены скважины глубиной до ста метров, они были «закупорены» так, что океанская вода не могла проникать в них. Далее на дно океана был направлен особый зонд для забора образцов. Горячая вода из скважины набиралась в контейнер и отправлялась на поверхность. Таким образом были получены образцы воды из толщи породы, где, как оказалось, сформировалась особенная экологическая система. (далее…)

Эрик Бетциг продемонстрировал новый флуоресцентный микроскоп


Процесс деления клетки
Процесс деления клетки HeLa. Зелёным цветом выделены гистоны, жёлтым — митохондрии, фиолетовым — эндоплазматический ретикулум.

Спустя всего две недели после объявления о присуждении Нобелевской премии по химии, 24 октября в журнале «Сайенс» (Science) появилась статья лауреата этого года Эрика Бетцига (Eric Betzig) о дальнейшем усовершенствовании флуоресцентного микроскопа, за работу над которым и была вручена почётная награда. Статья описывает технологию наблюдения за протеканием процессов в клетках, в отличие от мгновенных снимков, доступных ранее. Более того, новый микроскоп создаёт объёмное изображение, позволяющее изучить процесс со всех сторон.

Суть технологии флуоресцентной микроскопии, предложенной Бетцигом и удостоенной Нобелевской премии, заключается в активизации молекулы лазером, регистрации возникшего флуоресцентного излучении и последующей обработки сигнала для повышения точности определения координат молекулы. Ограничениями этого метода являются требование к относительной малоподвижности молекул, необходимость сконцентрироваться на малом участке, а также риск повредить образец чрезмерной дозой светового излучения. (далее…)

Ускорение процесса фотосинтеза может обеспечить сверхурожаи


Табак с ускоренным процессом фотосинтеза
Этот саженец табака содержит заимствованный у цианобактерии фермент для усваивания углекислоты, который работает быстрее, чем его аналог в растениях.

Учёные, работающие с ферментами растений, нашли способ ускорить фотосинтез и выращивать сверхэффективные сельскохозяйственные культуры, которые смогут давать огромные урожаи. Это удалось достичь заменой одного из ферментов растения на аналогичный фермент сине-зелёной водоросли.

Объёмы производства сельхозпродукции на планете ограничиваются эффективностью фотосинтеза — происходящего под воздействием солнечного света химического процесса, в котором вода и углекислый газ преобразуются в кислород и питательные вещества. Один из этапов фотосинтеза проходит при участии фермента рибулозобисфосфаткарбоксилазы. Однако в растениях он работает неэффективно. Это компенсируется его высоким содержанием: рибулозобисфосфаткарбоксилаза считается самым распространённым ферментом на планете. (далее…)