Полiт.ua Государственная сеть Государственные люди Войти
9 декабря 2016, пятница, 05:01
Facebook Twitter LiveJournal VK.com RSS

НОВОСТИ

СТАТЬИ

АВТОРЫ

ЛЕКЦИИ

PRO SCIENCE

ТЕАТР

РЕГИОНЫ

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
Подпишитесь
чтобы вовремя узнавать о новых спектаклях и других мероприятиях ProScience театра!
3D Apple Facebook Google GPS IBM iPhone PRO SCIENCE видео ProScience Театр Wi-Fi альтернативная энергетика «Ангара» античность археология архитектура астероиды астрофизика Байконур бактерии библиотека онлайн библиотеки биология биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера бозон Хиггса визуальная антропология вирусы Вольное историческое общество Вселенная вулканология Выбор редакции гаджеты генетика география геология глобальное потепление грибы грипп демография дети динозавры ДНК Древний Египет естественные и точные науки животные жизнь вне Земли Западная Африка защита диссертаций землетрясение зоопарк Иерусалим изобретения иммунология инновации интернет инфекции информационные технологии искусственный интеллект ислам историческая политика история история искусства история России история цивилизаций История человека. История институтов исчезающие языки карикатура католицизм квантовая физика квантовые технологии КГИ киты климатология комета кометы компаративистика компьютерная безопасность компьютерные технологии коронавирус космос криминалистика культура культурная антропология лазер Латинская Америка лженаука лингвистика Луна мамонты Марс математика материаловедение МГУ медицина междисциплинарные исследования местное самоуправление метеориты микробиология Минобрнауки мифология млекопитающие мобильные приложения мозг Монголия музеи НАСА насекомые неандертальцы нейробиология неолит Нобелевская премия НПО им.Лавочкина обезьяны обучение общество О.Г.И. открытия палеолит палеонтология память педагогика планетология погода подготовка космонавтов популяризация науки право преподавание истории происхождение человека Протон-М психология психофизиология птицы ракета растения РБК РВК регионоведение религиоведение рептилии РКК «Энергия» робототехника Роскосмос Роспатент русский язык рыбы Сингапур смертность Солнце сон социология спутники старообрядцы стартапы статистика технологии тигры торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология Фестиваль публичных лекций физика физиология физическая антропология фольклор химия христианство Центр им.Хруничева школа эволюция эволюция человека экология эпидемии этнические конфликты этология ядерная физика язык

Редакция

Электронная почта: politru.edit1@gmail.com
Адрес: 129343, Москва, проезд Серебрякова, д.2, корп.1, 9 этаж.
Телефоны: +7 495 980 1893, +7 495 980 1894.
Стоимость услуг Полит.ру
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003г. 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, 1998–2014.