Libmonster ID: UA-2160

Share this article with friends
Заглавие статьи НАНОБАКТЕРИИ
Автор(ы) ВАЙНШТЕЙН М., СУЗИНА Н., АБАШИНА Т.
Источник Наука в России,  № 3, 2007, C. 10-14

Доктор биологических наук Михаил ВАЙНШТЕЙН, Путинский государственный университет, кандидат биологических наук Наталья СУЗИНА, Институт биохимии и физиологии микроорганизмов (ИБФМ) им. Г. К. Скрябина РАН, аспирант Пущинского государственного университета Татьяна АБАШИНА

Бактерии - одна из самых малоизученных групп организмов на Земле. Меньше всего сведений имеется о мельчайших, размеры которых находятся на границе разрешения светового микроскопа или ниже. Обнаружение и выделение нанобактерий важно для медицины: предполагается, что они являются центрами и причиной формирования минеральных отложений в организме человека, в том числе песка и камней в почках.

Один из важных показателей уровня исследованности разных биологических групп высокого таксономического ранга - число известных видов. Для насекомых в царстве животных оно составляет около 1 млн, для голосеменных в царстве растений - 200 тыс. А число всех известных на сегодня видов надцарства бактерий - меньше 10 тыс. При этом генетические анализы образцов, проведенные, например, для популяций почв, показали: культуры бактерий, имеющиеся во всех коллекциях мира, составляют значительно менее половины существующего природного разнообразия. Значит, большая часть видов этих микроорганизмов пока остается неизвестной.

Долгое время специалистов утешало представление, что даже не выделенные в культуры бактерии можно обнаружить методами световой микроскопии (предел ее разрешения - 0,2 мкм). Иными словами, если не изучены, то хотя бы рассмотрены, ведь подавляющее большинство клеток бактерий имеет линейные размеры примерно 2 - 5 мкм, что и позволяет вести оптический контроль. Методические преимущества работы с относительно крупными клетками оттеснили внимание к мелким формам. Обнаружение последних воспринималось как феномен - найденных в природных условиях описывали словно особую экзотику, подчеркивая названиями: "элементарные тела", "субъединицы", "ультрамикробактерии", "фильтрующиеся формы бактерий", "бактерии-карлики", "нанобактерий" ("нано" в данном случае означает не то, что клетки на три порядка меньше других, более крупных, а то, что их размеры удобнее приводить в нанометрах, а не в микронах). Опубликованные разными авторами теорети-

стр. 10


Наносимбионт из проб вечной мерзлоты: А - электронноплотная клетка симбионта между двумя бактериальными клетками рутинного размера; В - наноклетка с выросшим гифом; С - клетка с гифом и образующейся на нем дочерней клеткой.

ческие расчеты допускают существование жизнеспособных клеток диаметром 0,14 - 0,20 мкм, т.е. не видимых в световой микроскоп.

Термин "нанобактерии" появился в конце 1980-х годов (впервые в 1988 г. его употребил микробиолог Ричард Морита, США), а утвердился в конце 1990-х в связи с широким использованием в работах финского микробиолога Олави Каяндера, обнаружившего такие клетки внутри песчинок при мочекаменной болезни, и американского геолога Роберта Фолка, описавшего подобные им в пробах осадочных пород. Вместе с тем, судя по биологической литературе, интерес к жизнеспособным мелким формам проявлялся и ранее, возрастая периодически в связи с теми или иными важными для медицины открытиями: в конце 1920-х годов при описании формирования наноклеток внутри туберкулезной палочки, в 1930 - 1950-х годах при обнаружении образования "элементарных тел" в результате обработки бактерий антибиотиками, затем при обсуждении механизма переноса инфекционных заболеваний соответствующими фильтрующимися формами.

Еще в классическом российском учебнике по микробиологии академика Василия Омелянского (1924 г.) были указаны самые мелкие, известные к тому времени бактерии: Pseudomonas indigofera - 60 нм, Spirillum parvum - 100, Micrococcus progrediens - 150, Bacillus radicicola - 180 нм (все приведенные названия сейчас недействительны). Поскольку электронный микроскоп тогда еще не был создан, размеры изучаемых микрообъектов в значительной степени определяли диаметром пор, сквозь которые они проходили при фильтрации.

По сегодняшний день чистые культуры нанобактерии в практике микробиологических лабораторий отсутствуют. Каяндер с соавторами выделили нанобактерии из сыворотки крови, а немецкий исследователь Карл Штеттер с сотрудниками получили симбиотическую (не способную расти самостоятельно, без партнера) культуру другого нанопрокариота - наноархеи. Обе не растут в синтетических или простых органических средах - возможно, что мелкий размер клеток связан с утратой функций синтеза некоторых необходимых соединений.

Работы по выделению нанобактерии успешно идут в лаборатории структурно-функциональной адаптации микроорганизмов ИБФМ РАН, возглавляемой доктором биологических наук Виталием Дудой. Из проб древних вечномерзлотных отложений нам удалось получить симбиотические культуры нанобактерии, растущие с бактериями-спутниками. Эти симбионты способны к почкованию и образованию гиф - нитевидных выростов, на которых невдалеке от материнской клетки появляется дочерняя. Такие гифы - форма не частая, хотя известная для бактерий рутинного размера (например, рода Caulobacter). Отдельные из них, как и обнаруженный нами симбионт, могут прикрепляться к биологическим объектам.

Судя по литературе, возможная утрата части функций синтеза не исключает высокой активности нанобактерии в процессах минерализации. Скажем, Фолк описал свои находки в основном именно в скоплениях минералов. Каяндер с сотрудниками пришли к выводу: песок и камни в почках формируются при активном влиянии нанобактерии, служащих центрами минерализации. Гипотеза финских ученых вызвала волну публикаций, где высказывалась мысль, что именно эти микроорганизмы провоцируют самые разные "наслоения" в человеческом организме - вплоть до склеротических бляшек. Вместе с тем данное предположение не объясняет, как замурованная в песчинку и изолированная от окружающей среды биоструктура может участвовать в подобных процессах.

стр. 11


Нанобактерии в кальцификате плаценты:А - микролакуна в тканях плаценты, черное (электронноплотное) образование - минеральные отложения; округлые клетки - нанобактерии; В, С - ультратонкие срезы нанобактерии, показано наличие клеточных мембран (М) и нуклеиновых кислот. Фото из журнала "Frontier Perspectives" (США), 2003

Мы провели изучение кальцификатов в плаценте рожавших женщин. Такие минеральные образования представляют собой опасную патологию и угрожают не только утолщением плаценты, но и гибелью плода. В ходе исследований обнаружили нанобактерии в зонах кальцификации и их отсутствие в здоровых тканях. В первом случае они действительно способствуют формированию минеральных отложений в тканевых микролакунах - возможно, за счет подщелачивания среды. Диагностировать микробиологические агенты кальцификации трудно, поскольку они остаются пока малоизученными.

В свете изложенного крайне важен вопрос о статусе нанобактерии: являются ли они принципиально новой таксономической группой, новыми видами уже известных групп или же временными мелкими формами известных видов? Депонированные Каяндером с соавторами в Немецкой коллекции микроорганизмов штаммы отнесены исследователями к известной большой группе протеобактерий как представители нового рода. То же можно сказать относительно симбиотической наноархеи, описанной Штеттером с соавторами. По-видимому, новый вид или род представляют и симбиотические нанобактерии, выделенные нами из вечной мерзлоты. Поскольку генетический анализ названных микроорганизмов проводится с помощью уже известных праймеров (молекулярных маркеров), это свидетельствует о схожести наноформ с известными бактериями и отсутствии необычности в их филогении. Вместе с тем наноформы могут быть представлены новыми видами или родами, что неудивительно, поскольку более половины бактерий до сих пор не выделены в культуры и не идентифицированы.

Для многих известных в культурах видов бактерий уже показана возможность временного образования мелких форм - нанобактерии. Исследования отечественных ученых, проводившиеся еще в 20-е и последующие годы XX в., доказали реальность гетероморфизма и образования фильтрующихся форм у многих видов бактерий. "Гетероморфизм является одной из форм биологических реакций бактерий, способствующих выживанию и сохранению вида в условиях кратковремен-

стр. 12


ного неблагоприятного действия некоторых физических, химических или биологических факторов, - писали академик АН и АМН СССР Владимир Тимаков* и профессор Гита Каган в 1973 г. - При длительном их воздействии или увеличении дозировки может наступить гибель гетероморфных форм или их распад на субмикроскопические фильтрующиеся формы. При устранении действия, вызвавшего образование гетероморфных форм, они могут легко реверсировать в исходный вид бактерий".

В зависимости от характера воздействия речь идет о постепенном мельчании микроорганизмов, формировании меньших клеток внутри материнской или множественном делении одной клетки на многие мелкие с последующим их ростом. Последний процесс возможен благодаря мультикопийности ДНК: в одной бактериальной клетке может содержаться не одна двухцепочечная ДНК, а гораздо большее их количество, достаточное для ряда самостоятельных клеток. Показателен пример анаэробной многоспоровой бактерии Anaerobacter polyendosopus, открытой и описанной профессором Дудой с сотрудниками: одна такая клетка способна образовывать до 8 спор, т.е. содержит не менее 8 наборов ДНК. Таким образом, нанобактерии в природе - не только новые виды и роды, но и малые формы уже известных.

Очевидна фундаментальная значимость изучения нанобактерии, ведь речь идет о большой группе микроорганизмов, ускользнувших от внимания микробиологов, использующих световые микроскопы, и о механизмах запуска множественного деления прокариотных клеток. Вместе с тем особенности перечисленных биологических структур предполагают применение новых технологий. Вот лишь некоторые из них.

Не развита, но крайне необходима диагностика присутствия патогенных нанобактерии в организме. Она может быть разработана без выделения их чистых культур, например, на основе создания антител с флуоресцентной меткой.

Представляет интерес регуляция соотношения между обычными и наноформами в почвах. Первые образуют гумус, удерживающий в почве влагу, вторые, как пент-


* См.: Н. П. Бочков. Ему открывались тайны микробиологии. - Наука в России, 2005, N 4 (прим. ред.).

стр. 13


Выход глобулярных магнитных наночастиц (указаны стрелками), созданных на основе железа, из клеток пурпурных бактерий R. palustris (масштабный отрезок -0,5 мкм). Фото из журнала "Biology of the Cell" (США), 2002

Глобулярные магнитные наночастицы (указаны стрелками), созданные на основе кобальта, в клетках пурпурных бактерий Rhodopseudomonas palustris (масштабный отрезок -0,5 мкм). Фото из журнала "Микробиология", 2004

ры минерализации, формируют песчинки. Микробиота песка пустынь, по наблюдениям директора Института изучения пустынь Университета Флориды Имре Фридмана (США), представлена практически только наноформами. Отсюда вывод: замещение ими обычных бактерий сопровождается опустыниванием земель, что надо учитывать специалистам многих стран.

Формирование большого количества наноформ приводит к росту суммарной площади клеток при их соприкосновении с поверхностью нерастворимого субстрата. В наших экспериментах трансформация обычных бактерий в указанные формы существенно увеличивала активность ферментации нерастворимого крахмала, способствуя также выходу в среду растворимых внутриклеточных ферментов. Такая ферментация нерастворимых субстратов находит практическое применение, например, при получении спирта.

Множественное деление клеток бактерий увеличивает их общее количество или, по микробиологической терминологии, число колониеобразуюших единиц. Они повышают эффективность бактериальных препаратов, предназначенных для регуляции микрофлоры желудочно-кишечного тракта у людей, страдающих соответствующей патологией, а также кормовых добавок для животных.

Перспективна разработка биомедицинской технологии с применением магнитных наночастиц. Их используют в качестве транспорта противоопухолевых агентов без вреда для здоровых клеток: если ввести такие препараты в кровь, а у опухоли расположить магнит, то носители с лекарственным средством сосредоточатся у пораженного участка, не нанося ущерба всему организму. До сих пор данный метод не находил широкого применения из-за дороговизны получения высокочистых и гарантированно безопасных в биологическом отношении продуктов, поскольку основывался на искусственно полученных микро- и наночастицах окислов железа или магнитосомах, имеющих бактериальное происхождение, но трудно получаемых из-за малой продуктивности культивирования особой группы магнитотактных бактерий. Однако в последние годы сотрудники ИБФМ РАН в сотрудничестве с учеными Пущинского государственного университета обнаружили принципиально новый тип магнитных наночастиц бактериального происхождения (магнитных глобул), составлена рабочая коллекция необходимых культур с высокой продуктивностью частиц такого рода и разработаны методы вывода последних из клеток.

В заключение отметим: в официальный перечень критических технологий России, утвержденный в 2006 г. Президентом РФ, вошли нанотехнологии и наноматериалы. Они же включены в список приоритетных направлений развития науки и техники нашей страны. Свое место в этом ряду должны занять и биотехнологии с применением нанобактерий.


© elibrary.com.ua

Permanent link to this publication:

https://elibrary.com.ua/m/articles/view/НАНОБАКТЕРИИ

Similar publications: LRussia LWorld Y G


Publisher:

Иван МилютинContacts and other materials (articles, photo, files etc)

Author's official page at Libmonster: https://elibrary.com.ua/SkyJack

Find other author's materials at: Libmonster (all the World)GoogleYandex

Permanent link for scientific papers (for citations):

НАНОБАКТЕРИИ // Kiev: Library of Ukraine (ELIBRARY.COM.UA). Updated: 05.07.2014. URL: https://elibrary.com.ua/m/articles/view/НАНОБАКТЕРИИ (date of access: 27.07.2021).


Comments:



Reviews of professional authors
Order by: 
Per page: 
 
  • There are no comments yet
Related topics
Publisher
Иван Милютин
Харьков, Ukraine
2509 views rating
05.07.2014 (2579 days ago)
0 subscribers
Rating
0 votes
Related Articles
ЗАРУБЕЖНАЯ ИСТОРИОГРАФИЯ ВНЕШНЕЙ ПОЛИТИКИ ПРАВИТЕЛЬСТВ М. ТЭТЧЕР И ДЖ. МЭЙДЖОРА (1980 - 1990-Е ГОДЫ)
Catalog: История 
Yesterday · From Україна Онлайн
ЛОРД ПАЛЬМЕРСТОН В ЕВРОПЕЙСКОЙ ДИПЛОМАТИИ
Catalog: История 
Yesterday · From Україна Онлайн
ОБЩЕЕ СОБРАНИЕ ОТДЕЛЕНИЯ ИСТОРИКО-ФИЛОЛОГИЧЕСКИХ НАУК РАН
Catalog: История 
Yesterday · From Україна Онлайн
ВАЖНЫЕ АСПЕКТЫ ИЗУЧЕНИЯ ИСТОРИИ США XIX ВЕКА
Catalog: История 
Yesterday · From Україна Онлайн
ИМПЕРАТОР БОКАССА I И ВЛАСТЬ В ПОСТКОЛОНИАЛЬНОЙ АФРИКЕ
Catalog: История 
4 days ago · From Україна Онлайн
СРАЖЕНИЕ ЗА КРИТ В МАЕ 1941 ГОДА
Catalog: История 
4 days ago · From Україна Онлайн
ОЧЕРКИ ОБ ИСТОРИКАХ ФРАНЦИИ. ПО СТРАНИЦАМ "ФРАНЦУЗСКОГО ЕЖЕГОДНИКА"
4 days ago · From Україна Онлайн
НЕОМАЛЬТУЗИАНСКИЙ ЦИКЛ НА ПРИМЕРЕ ИСПАНИИ XVI - XVII ВЕКОВ
Catalog: История 
4 days ago · From Україна Онлайн
Пришельцы, Земли нашей Гости — посланцы не мира сего, а Иного, Огня за чертой. Выход к нам из него — шаг один из Эфирного царства как Глуби Земли.
Catalog: Философия 
5 days ago · From Олег Ермаков
ЭТНОПОЛИТИЧЕСКИЙ КОНФЛИКТ В СЕВЕРНОЙ ИРЛАНДИИ: ПРОШЛОЕ И НАСТОЯЩЕЕ
Catalog: История 
6 days ago · From Україна Онлайн

Actual publications:

Latest ARTICLES:

ELIBRARY.COM.UA is an Ukrainian library, repository of author's heritage and archive

Register & start to create your original collection of articles, books, research, biographies, photographs, files. It's convenient and free. Click here to register as an author. Share with the world your works!
НАНОБАКТЕРИИ
 

Contacts
Watch out for new publications: News only: Chat for Authors:

About · News · For Advertisers · Donate to Libmonster

Ukraine Library ® All rights reserved.
2009-2021, ELIBRARY.COM.UA is a part of Libmonster, international library network (open map)
Keeping the heritage of Ukraine


LIBMONSTER NETWORK ONE WORLD - ONE LIBRARY

US-Great Britain Sweden Serbia
Russia Belarus Ukraine Kazakhstan Moldova Tajikistan Estonia Russia-2 Belarus-2

Create and store your author's collection at Libmonster: articles, books, studies. Libmonster will spread your heritage all over the world (through a network of branches, partner libraries, search engines, social networks). You will be able to share a link to your profile with colleagues, students, readers and other interested parties, in order to acquaint them with your copyright heritage. After registration at your disposal - more than 100 tools for creating your own author's collection. It is free: it was, it is and always will be.

Download app for smartphones