ТОП-10: Удивительные бактерии с настоящими суперсилами

0
99

Микроскопические бактерии просто повсюду, и они способны на вещи, которые недоступны таким созданиям, как, например, люди. Некоторые бактерии даже могут поедать радиоактивнее отходы. Однако существуют еще и такие виды этих крошечных организмов, которые в нашем понимании и вовсе обладают поистине сверхъестественными способностями.

Впереди вас ждет список из 10 типов бактерий с силами, которые проще себе представить в каком-нибудь комиксе про супергероев, чем в реальной жизни. Возможно, после прочтения этой подборки кто-нибудь даже вдохновится на съемки нового блокбастера про бактерию-супергероя…

10. Caulobacter Crescentus, суперклейкая бактерия

Фото: Yves Brun, Indiana University

Если вы захотите отлепить геккона от стенки или потолка, по которым эти существа так талантливо бегают, вам придется изрядно попотеть. Возможно, вы даже не справитесь этой задачей… Впрочем, уникальная цепкость геккона не способна сравниться 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 crescentus встречается практически повсюду – в любой среде, в любых водоемах и в любой воде (соленой, пресной, водопроводной). Этот микроб передвигается с помощью придатка под названием жгутик, пока не найдет для себя комфортного местечка, где и остается жить. Когда идеальный дом найден, бактерия просто прилипает к его поверхности тоненькими отростками под названием пили или фимбрии. Когда удобное положение наконец-то занято, бактерия выделяет сахаристую адгезионную субстанцию, которая немедленно и намертво приклеивает микроорганизм к избранному объекту.

Ученые провели ряд экспериментов, и выяснили, что «суперклей», производимый этой уникальной бактерией, обладает силой сцепления в 703 килограмма на квадратный сантиметр. Другими словами, небольшой лоскуток из этого вещества смог бы выдержать целого слона или несколько машин, если бы можно было подвесить их над землей. Поскольку бактерия Caulobacter crescentus обитает в очень скудной на питательные вещества среде, ученые считают, что ее суперклей также помогает ей и в добыче пропитания. Исследователи убеждены, что у настолько клейкой субстанции есть невероятный практический потенциал, который люди в будущем смогли бы использовать для создания прочнейших строительных материалов или в медицинских целях, например, во время операций.

9. Магнитотактические бактерии, живые магниты

Фото: Nature

Магнетизм — просто восхитительная суперсила! Восприятие электромагнитных полей, управление металлическими предметами и перемещение в пространстве просто за счет магнитного поля нашей планеты – все это звучит ну очень заманчиво, но также и абсолютно невозможным для простых смертных. Однако это не значит, что в мире нет других существ, которым это под силу. В частности, магнитотактические бактерии уже довольно давно освоили все эти навыки, став настоящими живыми магнитами.

Магнитотактическая бактерия – это микроорганизм, способный впитывать молекулы оксида железа и объединять их для формирования крошечных органелл под названием магнитосомы. Эти магнитные гранулы в 100 000 раз мельче, чем рисовое зерно, так что внутри бактерии их помещается очень даже много. Именно эти крошечные внутренние магнитики и позволяют необычным микроорганизмам чувствовать магнитное поле Земли и выбирать направление, в зависимости от того, где больше еды. И это только начало…

Магнитотактические бактерии обитают в основном в болотах и в других водоемах с пониженной концентрацией кислорода, и поэтому им постоянно приходится перемещаться в поисках более сытного места. Однако иногда осадок на дне застойного водоема настолько плотный, что этот микроб уже не справляется с помощью одного лишь своего жгутика. Вот тогда в дело и пускается тайная суперсила – с помощью своих магнитосом бактерия переходит в режим взаимодействия с магнитным полем Земли, которое и помогает ей выбраться из ловушки. Кстати, для выведения этих бактерий из организма человека ученые разработали технологию, которая тоже полагается на их магнетизм. Специалисты научились насыщать магнитотактические бактерии магнитосомами, а потом убивать их «магнитным нагревом». Возможно, в будущем мы сможем использовать эти микробы и их магнитосомы для борьбы с заразными вирусами в больших масштабах.

8. Намибийская серная жемчужина Thiomargarita Namibiensis, крошечный гигант

Фото: Sciblogs

Среди супергероев 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 зато существуют бактерии, которые научились увеличиваться в своих размерах одной лишь «силой мысли», почти как герои комиксов. Это крошечные и одновременно самые крупные микроорганизмы на Земле.

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

Чрезвычайно большой размер намибийской серной жемчужины связан с ее пищеварительной системой. Для получения энергии она использует нитраты и сульфиды, а поскольку их концентрация в окружающей среде недостаточно небольшая для этого микроорганизма, голодной бактерии нередко приходится копить в своем теле как можно больше нитратов. Таким образом, почти 98% объема гигантского микроорганизма составляют запасы нитратов, которые хранятся в органелле в самом центре бактерии.

Внешне Thiomargarita namibiensis похожа на обычное белое пятнышко, поскольку в ней также хранится и множество серных гранул. Стоит отметить, что из-за присутствия в этих микробах серы их популяции приносят большую пользу морской воде, в которой они обитают. Эти бактерии буквально очищают водоемы, и таким образом они очень помогают морским обитателям. Бактерии Thiomargarita namibiensis склонны объединяться в кластеры с помощью слизи, и такие группки часто напоминают нити из микроскопических белых шариков, как бусы, за что микроб и получил свое название намибийского серного жемчуга.

7. Модифицированная кишечная палочка, живой компьютер

Фото: Seth Shipman

Люди давно уже пытаются найти наилучший способ хранения информации. Несколько тысяч лет тому назад мы начали делиться своими идеями и историями через наскальные рисунки в пещерах. Затем появились книги и компьютеры, а совсем недавно ученые выяснили, что хранить информацию можно даже в кристаллах алмазов, но и это еще не 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.

Как известно, когда бактерия уничтожает вражеский вирус, она сохраняет в своем теле небольшие фрагменты ДНК своей жертвы. Таким образом микробы учатся распознавать похожие угрозы в будущем. Ученые из Гарвардского университета решили воспользоваться этим свойством бактерий и вырастили колонию из 600 000 кишечных палочек специально для своего нового эксперимента. Специалисты закодировали изображение человеческой руки и короткое видео скачущей лошади в ДНК штамма. Для активизации защитного механизма кишечных палочек ученые пропустили через колонию электрический ток, и эти микробы буквально впитали в себя рукотворную ДНК со скрытым посланием.

Чтобы проверить, сработал ли их метод, ученые секвенировали новый генетический код каждой бактерии, и когда они пропустили всю последовательность через компьютерную программу, она расшифровала полученные данные и преобразовала их обратно в графические файлы. Невероятно, но итоговые изображения практически полностью совпали с исходными данными с разницей в считанные пиксели. Пока что все это может показаться слишком сложным, но на самом деле современные технологии по секвенированию генома позволяют производить все эти манипуляции достаточно просто.

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

6. Shewanella Oneidensis, электрический микроб

Фото: NASA

Электрогенные бактерии – это микроорганизмы, которые могут естественным путем производить электричество посредством внеклеточного переноса электронов. На сегодняшний день ученые обнаружили сотни видов электрогенных бактерий, и они находятся практически повсюду от дна озер до даже наших собственных внутренностей. Однако один 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.

Предположительно нановолокна этих электрогенных бактерий могут проводить электрический ток на большие расстояния, равно как и обеспечивать электронами ближайшие нуждающиеся в них бактерии. Способность Shewanella oneidensis производить электричество вызвала большой интерес у научного сообщества. Например, некоторые исследователи принялись изучать потенциал этих бактерий для очистки загрязненных водоемов. Эксперты из космического агентства NASA уже и вовсе отправили этих крох на орбиту, чтобы узнать, смогут ли они пригодиться нам в качестве альтернативного источника энергии для строительства будущих систем жизнеобеспечения за пределами земной атмосферы.

5. Pseudomonas Syringae, льдогенератор

Совсем как Айсмен из вымышленной вселенной Марвела, бактерия Pseudomonas Syringae может замораживать воду одним только прикосновением, даже когда температура окружающей среды выше точки замерзания. Эта бактерия обитает в основном на сельскохозяйственных культурах, хотя встречается и на многих других растениях. Для пропитания эти крошечные создания замораживают ткани растений, чтобы им было проще добраться до их питательных веществ. Естественно, в итоге это наносит большой ущерб урожаю. Pseudomonas Syringae встречается даже в довольно холодных средах – посреди заснеженных регионов от Европы до Америки. Но как же именно этот микроорганизм замораживает растения?

В 2016 году ученые выяснили, что Pseudomonas Syringae использует для этого определенные протеины, содержащиеся в ее внешней мембране. Сначала эти белки изменяют структуру молекул воды, вынуждая их образовывать нечто напоминающее лед. Чтобы облегчить весь этот процесс бактериальные протеины также вытягивают из воды тепло, из-за чего она и замерзает вне зависимости от температуры вокруг.

Согласно последним научным данным, дистиллированная вода способна сохранять жидкое состояние, пока температура не достигнет отметки в – 40°С. Однако даже одна единственная капля льдогенерирующей бактерии способна практически мгновенно заморозить 600 миллилитров воды, охлажденной предварительно до – 7°С. Исследователи считают, что эти микробы, вероятно, принимают участие в формировании атмосферных осадков (дождя и снега), когда ветер затягивает их в небо на достаточно большую высоту. В общем, выходит, что Pseudomonas Syringae – не только льдогенератор, но и «дождегенератор». Удивительные способности этих микроорганизмов привлекли внимание специалистов из самых разных сфер. Сейчас льдогенерирующие бактерии уже помогают в производстве снега для горнолыжных курортов, но в будущем их могут начать использовать и в других биотехнологических процессах.

4. Модифицированная бактерия Klebsiella Planticola, тотальный уничтожитель

фото: listverse.com

Суперсила этой бактерии теоретически могла бы позволить ей уничтожить все растения на Земле, так что в этом списке, пожалуй, наконец-то появился истинный суперзлодей. Klebsiella planticola живут на корнях практически всех растений в мире. Эти коварные создания отвечают за разложение мертвых растений, и именно они очищают почву от органических отходов.

Один немецкий ученый как-то взял образец Klebsiella planticola и изменил его генетическую структуру таким образом, что в процессе переработки растений эти бактерии начали производить и удобрения, и этанол. Новаторам пришла мысль, что бактерии нового типа можно было бы начать продавать для применения их как в сельском хозяйстве, так и на промышленных предприятиях. Коммерческая выгода казалась очевидной, и поэтому в начале 1990-х уже даже было запланировано провести полевые испытания модифицированных микробов.

К счастью, для проверки эффективности новой Klebsiella planticola команда ученых из Университета штата Орегон (Oregon State University) провела сначала именно лабораторный эксперимент. Образец плодородной и обогащенной семенами почвы разделили на 2 части: в одном образце были обычные бактерии, а во втором – модифицированные. Результаты показали, что семена в почве с естественными бактериями развивались нормально, а вот все семена, зараженные модифицированной Klebsiella planticola, через неделю погибли.

Как оказалось, измененная бактерия производила в 17 раз больше этанола, чем растения могли выдержать. Вдобавок растения получают питательные вещества из почвы с помощью грибка, но микроскопические организмы с измененной ДНК повлияла на почву таким образом, что в ней завелось слишком много червей, и они уничтожили весь грибок. В итоге растения погибли не только от отравления этанолом, но и от голода.

Исследователи выяснили, что в отличие от других измененных микробов модифицированная бактерия Klebsiella planticola может очень долго выживать практически в любых почвах, и это плюс, но она также представляет большую угрозу для всех растений, а это уже огромный минус. Именно поэтому новый вид так и не заинтересовал коммерческие предприятия. Предположительно, если бы кто-то рискнул начать полевые исследования, эти бактерии могли бы уничтожить все растения в масштабах целого континента.

3. Aquifex, микроб из ада

Фото: NOAA

В начале 1980-х ученые впервые обнаружили гипертермофилов – микроскопические организмы, которые способны выживать и размножаться при температурах почти до +100°С. Как оказалось, большинство видов с такой способностью относятся к домену Археи (Archaea), который отличается от всех остальных бактерий и был открыт только в конце 1970-х. Впоследствии ученые обнаружили и другие гипертермофильные микроорганизмы, которые намного более живучие, чем все остальные существа на нашей планете.

Вид Aquifex представляет бактерии, которые способны жить и размножаться в подводных вулканах и в горячих источниках при температурах до +95°С. Чтобы вам было понятнее, человеческое тело, если опустить его в такую горячую воду, начнет вскипать и распадаться в течение всего нескольких часов. Невероятно, что Aquifex в таких условиях чувствует себя просто прекрасно, причем даже когда температура поднимается выше +100°С, так что перед вами самая термостойкая бактерия в мире.

Более того, эти удивительные микроорганизмы еще и аэробы, то есть для синтеза энергии они нуждаются в кислороде, хотя способны выживать и при довольно низкой концентрации кислорода. Они признаны одними из очень немногих аэробных гипертермофильных бактерий – это просто уникальный вид. Если Aquifex оказывается в среде, где нет кислорода, этот микроорганизм переходит на дыхание азотом. Впрочем, еще более выдающийся талант этого микроба – это его способность производить воду, причем в качестве побочного продукта дыхания. Именно поэтому вид и прозвали Aquifex, что переводится примерно как «создающий воду».

2. Древняя бактерия

фото: listverse.com

Если все идет по плану, человек проживает в среднем больше 70 лет. Некоторые рептилии доживают до целых 200 лет, а еще в природе есть деревья, которые растут вот уже почти 5000 лет. Однако все эти рекорды – просто мгновение ока в сравнении с возрастом самой древней бактерии в мире. В 2007 году ученые открыли бактерию, которой вот уже больше полумиллиона лет, и она все еще жива!

Исследовательская команда из Копенгагенского университета, Дания, получила образцы этих бактерий из ледовых щитов Канады, России и на Антарктике. По оценкам экспертов, обнаруженные микробы живут на нашей планете почти 600 000 лет, а когда ученые проанализировали их ДНК, они были просто поражены практически нетронутым состоянием образцов. Для существ такого возраста это просто невероятно, ведь по мере старения организма ДНК обычно начинает распадаться. Чтобы пережить значительный отрезок времени многие распространенные микроорганизмы впадают в состояние полного бездействия, сравнимого со спячкой, но даже в этом случае ДНК таких бактерий продолжает испытывать губительное воздействие времени и окружающей среды.

Ключ к долголетию обнаруженных в 2007 году бактерий состоит в их уникальной способности к самостоятельному восстановлению их ДНК. Вместо впадения в состояние летаргии и отключения большинства функций, этот микроорганизм просто притормаживает свой метаболизм. Благодаря минимальному поддержанию обмена веществ бактерия постоянно обновляет свою ДНК, терпеливо дожидаясь более благоприятных для размножения условий.

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

1. Эпидермальный стафилококк Staphylococcus Epidermidis, борец с раком

Фото: UC San Diego Health

Рак – вторая самая частая причина смерти во всем мире. В 2018 году почти 10 миллионов человек умерло из-за этого коварного заболевания, а к 2030 году ежегодное количество онкологических диагнозов предположительно возрастет до 23,6 миллиона случаев. Впрочем, эта цифра еще может измениться, потому что недавно ученые открыли принципиально новый метод борьбы с раком. Как вы уже догадались, речь сейчас пойдет об очередной бактерии с суперсилой.

В феврале 2018 года группа исследователей из Калифорнийского университета обнаружила, что эпидермальный стафилококк способен бороться с раком, а ведь этот микроб живет на здоровой коже любого человека. После тщательных проверок ученые 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 препятствовать их делению и распространению. К счастью, 6-N-гидроксиаминопурин никак не влияет на здоровые клетки, поскольку их энзимы легко деактивируют это вещество.

В рамках эксперимента американские ученые ввели 6-HAP группе мышей и провели ряд сравнений с другими мышами, не получившими «противораковый» укол. Животных подвергли высокой дозе ультрафиолетового облучения. В результате рак развился у всех мышей, но опухоли у подопытных с 6-N-гидроксиаминопурином были на 60% меньше, чем злокачественные образования у обычных мышей.

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.

Подписывайтесь
на наш канал Яндекс.Дзен

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Введите свой комментарий
Введите свое имя