Антибиотики могут стимулировать рост бактерий


На агаровой среде высажены два штамма E. coli. "Зелёный" устойчив к антибиотику, "синий" — нет.
На агаровой среде высажены два штамма E. coli. «Зелёный» устойчив к антибиотику, «синий» — нет.

В течение 4 дней учёные 8 раз подвергли культуру бактерий E. coli воздействию антибиотика. Эти микроорганизмы известны способностью вызывать не только боли в животе и диарею, но и болезни почек. Оказалось, что E. coli, перенёсшие контакт с антибиотиком и мутировавшие, стали размножаться быстрее. Более того, благодаря мутациям бактерии получили возможность формировать сообщества, в три раза превосходившие по размеру исходные колонии.

Этот эффект наблюдался у бактерий, обработанных антибактериальным препаратом доксициклин. Однако, когда антибиотик был удалён из среды, эволюционные изменения не исчезли. Другими словами, E. coli сохранили все особенности, приобретённые благодаря контакту с доксициклином. (далее…)

В Китае широко распространились бактерии, устойчивые к колистину


Культура бактерий E. coli с геном MCR-1.
Культура бактерий E. coli с геном MCR-1.

Сразу два исследования продемонстрировали, что ген, обеспечивающий устойчивость бактерий к антибиотику колистину, широко распространился в медицинских учреждениях Китая. Главная проблема заключается в том, что колистин — это резервный антибактериальный препарат, используемый в исключительных ситуациях. Он применяется для лечения пациентов с полирезистентными инфекциями, когда другие препараты неэффективны.

Ген, получивший название MCR-1, впервые был обнаружен в Китае в 2015 г. Он присутствовал в бактериях Escherichia coli, найденных и у живых свиней, и в продуктах из свинины. Микроорганизмы с этим геном были выявлены и во многих образцах биоматериала, полученного от людей. С этого времени MCR-1-позитивные штаммы бактерий были обнаружены более чем в 30 странах мира. Считается, что появление гена, обеспечивающего резистентность к колистину, связано с широким использованием этого антибиотика в сельском хозяйстве Китая. В 2016 г. китайское правительство, руководствуясь результатами одного из новых исследований, запретило применение колистина для лечения сельскохозяйственных животных.

У людей инфекционные заболевания, связанные с MCR-1-позитивными штаммами бактерий, пока регистрируются относительно редко — микроорганизмы с этой мутацией чаще обнаруживаются у скота. Однако считается, что MCR-1 представляет серьёзную угрозу для общественного здоровья. Дело в том, что колистин — один из немногих антибиотиков, используемых для лечения полирезистентных инфекций у людей. Другими словами, колистин применяется в тех случаях, когда другие антибиотики неэффективны. При этом сам ген MCR-1 расположен в плазмидах, небольших фрагментах ДНК, которые передаются от одного микроорганизма к другому. И, что особенно важно, плазмиды, содержащие MCR-1, способны распространяться не только внутри вида E. coli, но и за его пределами. Это может привести к появлению опасных патогенных бактерий, устойчивых к колистину. (далее…)

Новый способ получения искусственной паутины


Искусственная паутина.
Искусственная паутина.

Учёные из Швеции, Китая, Испании и Великобритании получили искусственную паутину без использования агрессивных химикатов. Разработанный ими метод позволяет синтезировать километр волокна из литра белкового раствора. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Chemical Biology.

Паутина — очень лёгкий и крайне прочный материал. Предельное напряжение на разрыв нити паука может достигать 1,75 ГПа — для сравнения, для разных видов стали этот показатель составляет от 0,2 до 2 ГПа. При этом паутина гораздо легче металлов и в тридцать раз тоньше человеческого волоса. Неудивительно, что учёные заинтересовались природным материалом. Но он замечателен не только уникальными механическими свойствами — паутину можно успешно использовать в медицине. К примеру, российские учёные показали, что содержащиеся в ней белки способствуют эффективному заживлению ран у мышей.

Хорошо знакомые нам ловчие сети пауков состоят из нескольких типов нитей — радиальной, ловчей, вспомогательной спирали и каркасной нити. Именно каркасная нить занимает исследователей больше всего, потому что обладает одновременно высокой прочностью и высокой эластичностью. Чем же объясняются её свойства и как бы их воспроизвести на практике? Основные компоненты каркасной нити — белки-спидроины 1 и 2. Спидроины и другие протеины накапливаются в железе паука в жидкой форме, а затем выделяются через специальные каналы — прядильные трубочки — при этом структура белков изменяется и они затвердевают в форме тонких нитей. Учёные давно думают над тем, как получать паутину в промышленных масштабах. Её можно просто «надоить» из пауков, но это неэффективно: чтобы произвести ощутимое количество материала понадобится слишком много членистоногих. Поэтому исследователи получают спидроины из других организмов с помощью генной инженерии. (далее…)

Биологи создали микроорганизм с работающим промышленным металлоферментом


Модифицированная E.coli
Представление не существовавшей ранее в природе реакции метатезиса олефинов в E.coli с использованием рутения на основе искусственного металлофермента для получения новых химических веществ с высоким коммерческим потенциалом.

Швейцарские биологи из Базельского университета (нем. Universität Basel) и Швейцарской высшей технической школы Цюриха (нем. Eidgenössische Technische Hochschule Zürich, англ. Swiss Federal Institute of Technology Zurich) создали бактерии, внутри которых работает искусственный фермент, не имеющий природного аналога. Этот белок, содержащий атомы металла, способен катализировать промышленные химические реакции внутри живой клетки. Результаты исследования учёных опубликованы в журнале Nature.

Металлофермент, названный biot-Ru-SAV, был создан с использованием биотин-стрептавидиновой технологии. Этот метод основан на высоком сродстве белка стрептавидина к витамину биотину. Различные соединения, привязанные к биотину, таким образом, могут быть внедрены в белок для создания искусственных ферментов. В данном случае учёные использовали металлоорганическое вещество, которое содержало в своей основе рутений.

Металлоорганические соединения представляют собой молекулы, имеющие по меньшей мере одну связь между металлом и атомом углерода. Они часто используются в качестве катализаторов в промышленных химических реакциях, однако плохо функционируют в водных растворах или в средах, напоминающих по своему составу содержимое биологической клетки. Для решения этой проблемы их включают в белковые молекулы. (далее…)

Учёные поместили бактериальный фермент внутрь вирусной оболочки, создав «нанореактор» для производства топлива


P22-Hyd в представлении художника
P22-Hyd в представлении художника.

Исследователям из Университета Индианы удалось создать биоматериал, способный катализировать реакции с получением водорода. Это открытие — большой шаг на пути к созданию дешёвых эффективных автомобилей, которые смогут работать, по сути, на воде: H2O в их топливных элементах будет расщепляться на кислород и водород, и последний — использоваться в качестве топлива.

Поместив модифицированный фермент бактерии Escherichia coli в капсид (защитную оболочку) вируса-бактериофага Enterobacteria phage P22, учёные смогли повысить его изначальную эффективность в 150 раз по сравнению с исходным состоянием.

Подробности исследования были опубликованы в журнале Nature Chemistry. (далее…)

Модифицированная E. coli производит новые антибиотики


Кишечная палочка. Изображение получено при помощи электронного микроскопа.
Кишечная палочка. Изображение получено при помощи электронного микроскопа.

Коллектив исследователей из Школы инженерных и прикладных наук университета Буффало (США) под руководством Блейна А. Пфайфера (Blaine A. Pfeifer) модифицировали бактерию Escherichia coli (E. coli, кишечная палочка) таким образом, что она стала вырабатывать антибиотики, сходные с эритромицином. Получены около сорока разновидностей препарата, три из которых показали эффективность против штамма Bacillus subtilis (сенной палочки), выработавшего резистентность к эритромицину.

Использование E. coli как «завода» по производству антибиотиков — значительный технологический прорыв, открывающий дорогу к созданию экономически выгодного производства препаратов, эффективно противодействующих антибиотикорезистентностным микроорганизмам. Кишечная палочка быстро растёт, она малоопасна для человека, а разработанная командой Пфайфера технология позволяет создавать не один, а множество различных вариантов препарата, что позволяет действенно противостоять стойким к широко используемым лекарствам болезнетворным микробам.

Доктору Пфайферу и его коллегам потребовалось около 11 лет для того, чтобы добиться успеха. Статья об исследовании опубликована 29 мая в журнале Science Advances.

Полный контроль за ГМ-бактериями


George M. Church
Молекулярный биолог Джордж М. Чёрч.

Создание генетически модифицированных и полностью искусственных организмов продолжает вызывать беспокойство общественности. Такие организмы уже производят инсулин и ингредиенты для других лекарств, участвуют в процессах синтеза биотоплива, дают учёным информацию о человеческих болезнях и повышают эффективность рыбного промысла и сельского хозяйства. Риски, во многом преувеличенные, заключаются в вероятности нарушения естественных экосистем. Генетически изменённые организмы необходимо изолировать, чтобы исключить их воздействие на окружающую среду.

Но добиться абсолютной надёжности изоляции микроорганизмов обычными физическими методами невозможно. Лабораторная посуда и промышленные чаны могут быть повреждены, а работники могут допустить халатность. Кроме того, существуют организмы, предназначение которых — действовать в открытых средах.

Поэтому внимание исследователей направлено на создание методов биоизоляции: устройство изменённых организмов должно быть таким, чтобы у них не было возможности существовать в среде, где их присутствие нежелательно. Генетики и синтетические биологи берут пример с инженеров по технике безопасности.

«Если вы создаёте взрывчатку, вы делаете её стабильной. Если вы строите автомобиль, вы предусматриваете ремни и подушки безопасности», — говорит профессор генетики Гарвардской школы медицины Джордж Чёрч (George M. Church). (далее…)

Эффективный индикатор загрязнения воды кишечной палочкой


Небольшое количество резоруфин-β-D-глюкоронида позволяет определить наличие в воде Escherichia coli просто по изменению окраски. Раствор индикатора отличается оранжевой окраской в отсутствии E. coli (слева) и розовеет в присутствии патогенной бактериальной флоры (справа). (Рисунок из Environ. Sci. Technol. 2014).
Небольшое количество резоруфин-β-D-глюкоронида позволяет определить наличие в воде Escherichia coli просто по изменению окраски. Раствор индикатора отличается оранжевой окраской в отсутствии E. coli (слева) и розовеет в присутствии патогенной бактериальной флоры (справа). (Рисунок из Environmental Science & Technology, 2014).

Правильный подбор строения молекулы, меняющей цвет, и её синтез позволил исследователям разработать простой и потенциально недорогой метод обнаружения Escherichia coli (кишечной палочки) в питьевой воде, который может найти применение в развивающихся странах.

Фермент β-глюкоронидаза, который весьма характерен для бактерий E. coli, но при этом не вырабатывается другими типами бактерий, способствует гидролизу глюкуронидов, протекающему с образованием глюкуроновой кислоты и молекулы красителя. При высвобождении красители либо способствуют изменению цвета раствора, либо способствуют появлению флуоресценции, по которым можно судить о присутствии E. coli. К сожалению, коммерчески доступные глюкурониды отличаются большой стоимостью, или же для того, чтобы получить сигнал, необходимо дополнительное оборудование.

Чтобы понизить стоимость определения патогенной кишечной палочки в воде, исследователи из группы Дэвиса решили подобрать глюкуронид, фрагментом которого является краситель, дающий особо интенсивное изменение окраски в результате ферментативного гидролиза — такой подход бы позволил понизить количество применяющегося индикатора и, в конечном итоге, сэкономить. Выбор исследователей пал на резоруфин-β-D-глюкоронид [resorufin-β-D-glucuronide (REG)], который ранее применялся для гистохимических анализов. Сам по себе резоруфин-β-D-глюкоронид оранжевый, но при гидролизе он высвобождает розовый при физиологических значениях рН краситель резоруфин.

Для испытания системы исследователи растворили всего 0,1 мг резоруфин-β-D-глюкоронида в 100 мл испытуемого раствора и наблюдали чёткий переход из оранжевой окраски в красную после 20 часов инкубирования. Новый индикатор позволяет обнаружить всего 10 бактерий E. coli в образце.