10 бактерий с настоящими суперсилами

Впередивас ждет список из 10 типов бактерий с силами, которые проще себе представить вкаком-нибудь комиксе про супергероев, чем в реальной жизни. Возможно, послепрочтения этой подборки кто-нибудь даже вдохновится на съемки новогоблокбастера про бактерию-супергероя…

10. Caulobacter Crescentus, суперклейкая бактерия

Есливы захотите отлепить геккона от стенки или потолка, по которым эти существа такталантливо бегают, вам придется изрядно попотеть. Возможно, вы даже несправитесь этой задачей… Впрочем, уникальная цепкость геккона не способнасравниться с тем, на что способна бактерия под названием Caulobacter crescentus.Перед вами настоящая микроверсия Человека-паука! Эта бактерия обладает силой сцепления,которая в 7 раз выше, чем та, которую вырабатывают лапки геккона, а еще она«сильнее» коммерческого суперклея в 3-4 раза.

Caulobacter crescentusвстречается практически повсюду – в любой среде, в любых водоемах и в любой воде(соленой, пресной, водопроводной). Этот микроб передвигается с помощью придаткапод названием жгутик, пока не найдет для себя комфортного местечка, где иостается жить. Когда идеальный дом найден, бактерия просто прилипает к егоповерхности тоненькими отростками под названием пили или фимбрии. Когда удобноеположение наконец-то занято, бактерия выделяет сахаристую адгезионнуюсубстанцию, которая немедленно и намертво приклеивает микроорганизм кизбранному объекту.

Ученыепровели ряд экспериментов, и выяснили, что «суперклей», производимый этойуникальной бактерией, обладает силой сцепления в 703 килограмма на квадратныйсантиметр. Другими словами, небольшой лоскуток из этого вещества смог бывыдержать целого слона или несколько машин, если бы можно было подвесить их надземлей. Поскольку бактерия Caulobacter crescentus обитает в очень скудной на питательныевещества среде, ученые считают, что ее суперклей также помогает ей и в добычепропитания. Исследователи убеждены, что у настолько клейкой субстанции естьневероятный практический потенциал, который люди в будущем смогли быиспользовать для создания прочнейших строительных материалов или в медицинскихцелях, например, во время операций.

9. Магнитотактические бактерии, живые магниты

Магнетизм— просто восхитительная суперсила! Восприятие электромагнитных полей,управление металлическими предметами и перемещение в пространстве просто засчет магнитного поля нашей планеты – все это звучит ну очень заманчиво, нотакже и абсолютно невозможным для простых смертных. Однако это не значит, что вмире нет других существ, которым это под силу. В частности, магнитотактическиебактерии уже довольно давно освоили все эти навыки, став настоящими живымимагнитами.

Магнитотактическаябактерия – это микроорганизм, способный впитывать молекулы оксида железа иобъединять их для формирования крошечных органелл под названием магнитосомы.Эти магнитные гранулы в 100 000 раз мельче, чем рисовое зерно, так чтовнутри бактерии их помещается очень даже много. Именно эти крошечные внутренниемагнитики и позволяют необычным микроорганизмам чувствовать магнитное полеЗемли и выбирать направление, в зависимости от того, где больше еды. И этотолько начало…

Магнитотактическиебактерии обитают в основном в болотах и в других водоемах с пониженнойконцентрацией кислорода, и поэтому им постоянно приходится перемещаться впоисках более сытного места. Однако иногда осадок на дне застойного водоеманастолько плотный, что этот микроб уже не справляется с помощью одного лишь своегожгутика. Вот тогда в дело и пускается тайная суперсила – с помощью своихмагнитосом бактерия переходит в режим взаимодействия с магнитным полем Земли,которое и помогает ей выбраться из ловушки. Кстати, для выведения этих бактерийиз организма человека ученые разработали технологию, которая тоже полагается наих магнетизм. Специалисты научились насыщать магнитотактические бактериимагнитосомами, а потом убивать их «магнитным нагревом». Возможно, в будущем мысможем использовать эти микробы и их магнитосомы для борьбы с заразнымивирусами в больших масштабах.

8. Намибийская серная жемчужина Thiomargarita Namibiensis, крошечный гигант

Средисупергероев из вымышленной вселенной Марвела есть сразу несколько персонажей,которые умеют вырастать до размеров многоэтажного здания в считанные секунды.Пока что ни один реальный человек не способен на нечто подобное, но затосуществуют бактерии, которые научились увеличиваться в своих размерах однойлишь «силой мысли», почти как герои комиксов. Это крошечные и одновременносамые крупные микроорганизмы на Земле.

Thiomargarita namibiensisсчитается самой большой бактерией в мире, ведь она в 3 миллиона раз крупнеелюбой среднестатистической бактерии. Впервые ее открыли в 1997 году в районепобережья Намибии, и этот микроб способен вырастать до 0,75 миллиметра в длину,из-за чего его даже можно рассмотреть невооруженным глазом. Вид открыл биологХайде Шульц (Heide Schulz),и в своем отчете он написал примерно следующее: «В плане размеров сравниватьклетку кишечной палочки с клеткой Thiomargarita namibiensis – все равно что сравнивать новорожденнуюмышь с синим китом».

Чрезвычайнобольшой размер намибийской серной жемчужины связан с ее пищеварительнойсистемой. Для получения энергии она использует нитраты и сульфиды, а посколькуих концентрация в окружающей среде недостаточно небольшая для этогомикроорганизма, голодной бактерии нередко приходится копить в своем теле какможно больше нитратов. Таким образом, почти 98% объема гигантскогомикроорганизма составляют запасы нитратов, которые хранятся в органелле в самомцентре бактерии.

ВнешнеThiomargarita namibiensisпохожа на обычное белое пятнышко, поскольку в ней также хранится и множествосерных гранул. Стоит отметить, что из-за присутствия в этих микробах серы ихпопуляции приносят большую пользу морской воде, в которой они обитают. Этибактерии буквально очищают водоемы, и таким образом они очень помогают морскимобитателям. Бактерии Thiomargarita namibiensis склонны объединяться в кластеры спомощью слизи, и такие группки часто напоминают нити из микроскопических белыхшариков, как бусы, за что микроб и получил свое название намибийского серногожемчуга.

7. Модифицированная кишечная палочка, живой компьютер

Людидавно уже пытаются найти наилучший способ хранения информации. Несколько тысячлет тому назад мы начали делиться своими идеями и историями через наскальныерисунки в пещерах. Затем появились книги и компьютеры, а совсем недавно ученыевыяснили, что хранить информацию можно даже в кристаллах алмазов, но и это ещене предел. Сейчас исследователи работают над интегрированием данных прямо в бактерии.Да-да, некоторые микробы способны хранить тексты, видеоролики и изображения,становясь при этом своеобразными живыми компьютерами.

Какизвестно, когда бактерия уничтожает вражеский вирус, она сохраняет в своем теленебольшие фрагменты ДНК своей жертвы. Таким образом микробы учатся распознаватьпохожие угрозы в будущем. Ученые из Гарвардского университета решиливоспользоваться этим свойством бактерий и вырастили колонию из 600 000кишечных палочек специально для своего нового эксперимента. Специалистызакодировали изображение человеческой руки и короткое видео скачущей лошади вДНК штамма. Для активизации защитного механизма кишечных палочек ученыепропустили через колонию электрический ток, и эти микробы буквально впитали всебя рукотворную ДНК со скрытым посланием.

Чтобыпроверить, сработал ли их метод, ученые секвенировали новый генетический кодкаждой бактерии, и когда они пропустили всю последовательность черезкомпьютерную программу, она расшифровала полученные данные и преобразовала ихобратно в графические файлы. Невероятно, но итоговые изображения практическиполностью совпали с исходными данными с разницей в считанные пиксели. Пока чтовсе это может показаться слишком сложным, но на самом деле современныетехнологии по секвенированию генома позволяют производить все эти манипуляциидостаточно просто.

Кстати,кишечные палочки уже не в первый раз сыграли роль носителя информации.Например, в 2003 году американские ученые «вшили» в бактериальную ДНК текстцелой песни, а в 2011 году канадский писатель Кристиан Бок (Christian Bok)закодировал свое стихотворение в ДНК одной единственной бактерии кишечнойпалочки. Если вам интересно, каким же именно потенциалом обладают бактерии,просто задумайтесь над следующим фактом – 1 грамм ДНК может вместить в себя 455экзабайтов информации (455 миллиардов гигабайтов), то есть около четверти всехданных, накопленных людьми на сегодняшний день. Возможно, в недалеком будущеммы сможем использовать модифицированные популяции кишечных палочек в качествеперсональных микрокомпьютеров…

6. Shewanella Oneidensis, электрический микроб

Электрогенныебактерии – это микроорганизмы, которые могут естественным путем производитьэлектричество посредством внеклеточного переноса электронов. На сегодняшнийдень ученые обнаружили сотни видов электрогенных бактерий, и они находятсяпрактически повсюду от дна озер до даже наших собственных внутренностей. Однакоодин конкретный вид этих бактерий обладает довольно уникальными свойствами,которые и сделали его очень любопытным объектом для научных исследований.

Shewanella oneidensis – это бактерия, обнаруженная в озерах Нью-Йорка. Для получения энергии большинство существ на нашей планете, включая и нас с вами, используют кислород, а вот Shewanella oneidensis «дышит» молекулами таких металлов, как марганец, свинец, железо и еще несколькими другими. Для выживания эти бактерии обычно объединяются в группы и прикрепляются к поверхности пород с высокой концентрацией металлов. Затем они выпускают длинные отростки (нановолокна) и с их помощью напрямую связываются с металлом. Таким образом микробы пересаживают электроны из своих тел на молекулы металлов, и возникающий электрический ток снабжает их необходимой энергией. Иногда Shewanella oneidensis ведет себя противоположным образом и наоборот поглощает электроны из металлов, так что эти бактерии буквально живут за счет электричества.

Предположительнонановолокна этих электрогенных бактерий могут проводить электрический ток набольшие расстояния, равно как и обеспечивать электронами ближайшие нуждающиесяв них бактерии. Способность Shewanella oneidensis производить электричество вызвалабольшой интерес у научного сообщества. Например, некоторые исследователипринялись изучать потенциал этих бактерий для очистки загрязненных водоемов.Эксперты из космического агентства NASA уже и вовсеотправили этих крох на орбиту, чтобы узнать, смогут ли они пригодиться нам вкачестве альтернативного источника энергии для строительства будущих системжизнеобеспечения за пределами земной атмосферы.

5. Pseudomonas Syringae, льдогенератор

Совсемкак Айсмен из вымышленной вселенной Марвела, бактерия Pseudomonas Syringae можетзамораживать воду одним только прикосновением, даже когда температураокружающей среды выше точки замерзания. Эта бактерия обитает в основном насельскохозяйственных культурах, хотя встречается и на многих других растениях.Для пропитания эти крошечные создания замораживают ткани растений, чтобы им былопроще добраться до их питательных веществ. Естественно, в итоге это наноситбольшой ущерб урожаю. Pseudomonas Syringae встречается даже в довольно холодныхсредах – посреди заснеженных регионов от Европы до Америки. Но как же именноэтот микроорганизм замораживает растения?

В2016 году ученые выяснили, что Pseudomonas Syringae использует для этого определенныепротеины, содержащиеся в ее внешней мембране. Сначала эти белки изменяютструктуру молекул воды, вынуждая их образовывать нечто напоминающее лед. Чтобыоблегчить весь этот процесс бактериальные протеины также вытягивают из водытепло, из-за чего она и замерзает вне зависимости от температуры вокруг.

Согласнопоследним научным данным, дистиллированная вода способна сохранять жидкоесостояние, пока температура не достигнет отметки в – 40°С. Однако даже однаединственная капля льдогенерирующей бактерии способна практически мгновеннозаморозить 600 миллилитров воды, охлажденной предварительно до – 7°С.Исследователи считают, что эти микробы, вероятно, принимают участие вформировании атмосферных осадков (дождя и снега), когда ветер затягивает их внебо на достаточно большую высоту. В общем, выходит, что Pseudomonas Syringae– не только льдогенератор, но и «дождегенератор». Удивительные способности этихмикроорганизмов привлекли внимание специалистов из самых разных сфер. Сейчасльдогенерирующие бактерии уже помогают в производстве снега для горнолыжныхкурортов, но в будущем их могут начать использовать и в другихбиотехнологических процессах.

4. Модифицированная бактерия Klebsiella Planticola, тотальный уничтожитель

Суперсилаэтой бактерии теоретически могла бы позволить ей уничтожить все растения наЗемле, так что в этом списке, пожалуй, наконец-то появился истинный суперзлодей.Klebsiella planticola живутна корнях практически всех растений в мире. Эти коварные создания отвечают заразложение мертвых растений, и именно они очищают почву от органическихотходов.

Одиннемецкий ученый как-то взял образец Klebsiella planticola и изменил его генетическую структурутаким образом, что в процессе переработки растений эти бактерии началипроизводить и удобрения, и этанол. Новаторам пришла мысль, что бактерии новоготипа можно было бы начать продавать для применения их как в сельском хозяйстве,так и на промышленных предприятиях. Коммерческая выгода казалась очевидной, и поэтомув начале 1990-х уже даже было запланировано провести полевые испытаниямодифицированных микробов.

Ксчастью, для проверки эффективности новой Klebsiella planticola команда ученыхиз Университета штата Орегон (Oregon State University)провела сначала именно лабораторный эксперимент. Образец плодородной иобогащенной семенами почвы разделили на 2 части: в одном образце были обычныебактерии, а во втором – модифицированные. Результаты показали, что семена впочве с естественными бактериями развивались нормально, а вот все семена,зараженные модифицированной Klebsiella planticola, черезнеделю погибли.

Какоказалось, измененная бактерия производила в 17 раз больше этанола, чемрастения могли выдержать. Вдобавок растения получают питательные вещества изпочвы с помощью грибка, но микроскопические организмы с измененной ДНК повлиялана почву таким образом, что в ней завелось слишком много червей, и они уничтожиливесь грибок. В итоге растения погибли не только от отравления этанолом, но и отголода.

Исследователивыяснили, что в отличие от других измененных микробов модифицированная бактерияKlebsiella planticola можеточень долго выживать практически в любых почвах, и это плюс, но она такжепредставляет большую угрозу для всех растений, а это уже огромный минус. Именнопоэтому новый вид так и не заинтересовал коммерческие предприятия.Предположительно, если бы кто-то рискнул начать полевые исследования, этибактерии могли бы уничтожить все растения в масштабах целого континента.

3. Aquifex, микроб из ада

Вначале 1980-х ученые впервые обнаружили гипертермофилов – микроскопическиеорганизмы, которые способны выживать и размножаться при температурах почти до+100°С. Как оказалось, большинство видов с такой способностью относятся к доменуАрхеи (Archaea), который отличается от всех остальныхбактерий и был открыт только в конце 1970-х. Впоследствии ученые обнаружили идругие гипертермофильные микроорганизмы, которые намного более живучие, чем всеостальные существа на нашей планете.

ВидAquifex представляет бактерии, которые способныжить и размножаться в подводных вулканах и в горячих источниках притемпературах до +95°С. Чтобы вам было понятнее, человеческое тело, еслиопустить его в такую горячую воду, начнет вскипать и распадаться в течениевсего нескольких часов. Невероятно, что Aquifexв таких условиях чувствует себя просто прекрасно, причем даже когда температураподнимается выше +100°С, так что перед вами самая термостойкая бактерия в мире.

Болеетого, эти удивительные микроорганизмы еще и аэробы, то есть для синтеза энергииони нуждаются в кислороде, хотя способны выживать и при довольно низкойконцентрации кислорода. Они признаны одними из очень немногих аэробныхгипертермофильных бактерий – это просто уникальный вид. Если Aquifex оказывается в среде, где нет кислорода,этот микроорганизм переходит на дыхание азотом. Впрочем, еще более выдающийсяталант этого микроба – это его способность производить воду, причем в качествепобочного продукта дыхания. Именно поэтому вид и прозвали Aquifex, что переводится примерно как«создающий воду».

2. Древняя бактерия

Есливсе идет по плану, человек проживает в среднем больше 70 лет. Некоторыерептилии доживают до целых 200 лет, а еще в природе есть деревья, которыерастут вот уже почти 5000 лет. Однако все эти рекорды – просто мгновение ока всравнении с возрастом самой древней бактерии в мире. В 2007 году ученые открылибактерию, которой вот уже больше полумиллиона лет, и она все еще жива!

Исследовательскаякоманда из Копенгагенского университета, Дания, получила образцы этих бактерий изледовых щитов Канады, России и на Антарктике. По оценкам экспертов,обнаруженные микробы живут на нашей планете почти 600 000 лет, а когдаученые проанализировали их ДНК, они были просто поражены практически нетронутымсостоянием образцов. Для существ такого возраста это просто невероятно, ведь помере старения организма ДНК обычно начинает распадаться. Чтобы пережитьзначительный отрезок времени многие распространенные микроорганизмы впадают всостояние полного бездействия, сравнимого со спячкой, но даже в этом случае ДНКтаких бактерий продолжает испытывать губительное воздействие времени иокружающей среды.

Ключк долголетию обнаруженных в 2007 году бактерий состоит в их уникальнойспособности к самостоятельному восстановлению их ДНК. Вместо впадения всостояние летаргии и отключения большинства функций, этот микроорганизм простопритормаживает свой метаболизм. Благодаря минимальному поддержанию обменавеществ бактерия постоянно обновляет свою ДНК, терпеливо дожидаясь болееблагоприятных для размножения условий.

Существуютотчеты об обнаружении еще более древних микроорганизмов. Например, ученые такженашли бактерию, застрявшую в кристалле соли, которой якобы около 250 миллионов лет,и она до сих пор жива. Впрочем, подобные заявления еще пока не подтверждены, исуществует подозрение, что уникальные образцы были заражены в лаборатории болеесовременными бактериями. Что касается 6 000 000-летней бактерии, онаабсолютно точно древняя долгожительница, потому что датские исследователисоблюли все меры безопасности во время ее изучения, и любое заражение было исключено.

1. Эпидермальный стафилококк Staphylococcus Epidermidis, борец с раком

Рак– вторая самая частая причина смерти во всем мире. В 2018 году почти 10миллионов человек умерло из-за этого коварного заболевания, а к 2030 годуежегодное количество онкологических диагнозов предположительно возрастет до23,6 миллиона случаев. Впрочем, эта цифра еще может измениться, потому чтонедавно ученые открыли принципиально новый метод борьбы с раком. Как вы ужедогадались, речь сейчас пойдет об очередной бактерии с суперсилой.

Вфеврале 2018 года группа исследователей из Калифорнийского университетаобнаружила, что эпидермальный стафилококк способен бороться с раком, а ведьэтот микроб живет на здоровой коже любого человека. После тщательных проверокученые отметили, что Staphylococcus Epidermidis вырабатывает химическое вещество,схожее с одним из соединений ДНК. Выявленную субстанцию назвали 6-N-гидроксиаминопурином(6-HAP), и в ходе лабораторных испытаний было установлено,что она способна останавливать синтез ДНК раковых клеток, то есть фактически препятствоватьих делению и распространению. К счастью, 6-N-гидроксиаминопурин никак не влияетна здоровые клетки, поскольку их энзимы легко деактивируют это вещество.

В рамкахэксперимента американские ученые ввели 6-HAPгруппе мышей и провели ряд сравнений с другими мышами, не получившими«противораковый» укол. Животных подвергли высокой дозе ультрафиолетовогооблучения. В результате рак развился у всех мышей, но опухоли у подопытных с6-N-гидроксиаминопурином были на 60% меньше, чем злокачественные образования у обычныхмышей.

В ходе следующего эксперимента ученые использовали эпидермальный стафилококк иначе – в этот раз они не делали уколов, а просто поместили бактерии на кожу мышей. После облучения у этих зверьков развилось в среднем по одной опухоли, тогда как у остальных мышей их выросло до 6 штук. Исследователям предстоит еще немало работы в этом направлении, но уже сейчас у них есть все основания предполагать, что эпидермальный стафилококк в будущем сможет помочь нам в лечении самых разных видов рака, включая и рак кожи, конечно же.