donmigel_62: (кот - учёный)

Микробы на электричестве

Изучены бактерии, способные использовать электрическую энергию.



Бактерии Rhodopseudomonas palustri

Несмотря на всю свою кажущуюся простоту, археи и бактерии обладают способностями, которые не снились и лучшим из супергероев. Речь, конечно, не о телепортации и антигравитации, а о возможностях получать энергию из таких источников, которые совершенно недоступны другим организмам: из серы и муравьиной кислоты, и даже... из электричества. Эту суперспособность изучила недавно команда гарвардских биологов во главе с Питером Джиргисом (Peter Girguis).







Объектом исследования стали весьма многогранные бактерии Rhodopseudomonas palustris. С точки зрения биохимии они − настоящие супермены, способные в разных условиях кардинально перестраивать свой метаболизм, переключаясь между разными его типами: фотоавтотрофным (как у растений), фотогетеротрофным и хемоавтотрофным (как у некоторых бактерий), хемогетеротрофным (как у животных).

Стоит сказать, что для всех форм жизни и разных типов метаболизма электроны важны не менее, чем для течения тока: участвуя в окислительно-восстановительных реакциях, они обеспечивают не только превращение веществ, но и выработку энергии клеткой. Исследованный Джиргисом с коллегами штамм R. palustris TIE-1 необычен и в этом. В отличие от подавляющего большинства организмов, он способен получать и отдавать электроны на вещества, находящиеся не только в растворе, но и в твердой фазе. Например, обычное железо.

Поместив бактерии прямо на подключенный электрод, ученые показали, что они могут забирать с него электрон и, передавая его на молекулу углекислого газа, вырабатывать энергию. Дополнительные исследования вывели авторов и на ген, ответственный за 2/3 способностей R. palustris улавливать свободные электроны. Активируясь под действием солнечного света, ген производит белок RuBisCo, который осуществляет захват электронов и их перенос на углекислый газ.

Кстати, ранее уже звучала смелая идея превратить культуру клеток R. palustris в живой аккумулятор, независимый от сетей источник энергии. Джиргис и его соавторы не уверены в эффективности такого подхода, зато предлагают другой вариант использования этих уникальных бактерий, сконструировав из них «живые фабрики» для промышленного синтеза, скажем, фармпрепаратов. Как и положено фабрикам, питаться они будут, в основном, от проводов.


donmigel_62: (кот - учёный)

Процесс эволюции мы можем наблюдать даже сейчас.


E.coli

Ричард Ленски, весьма уважаемый в научных кругах биолог из университета штата Мичиган, выступавший на специальном научном мероприятии, проходившем 26 февраля, считает, что Чарльз Дарвин на самом деле был не совсем точен в некоторых аспектах эволюции. Исследователь смог доказать, что в некоторых случаях процесс эволюции мы можем наблюдать даже сейчас.


Вопросом для Ленски в рамках данного исследования стало утверждение Чарльза Дарвина в своем труде «Происхождение видов» о том, что эволюция — это чрезвычайно медлительный процесс, требующий огромного количества времени даже в случае отдельно взятых изменений конкретного вида, которым они подвергаются из поколения в поколение.

Ленски определил, что процесс эволюции на самом деле можно наблюдать и происходит он в течение десятилетий, а никак не в течение столетий и тысячелетий. К такому выводу биолог пришел после 26-летнего эксперимента по наблюдению за развитием бактерий кишечной палочки (Escherichia coli).

Совершенно ясной вещью в исследовании является то, что морозильные установки, которые применялись для проведения этого эксперимента и наблюдения, работают как своеобразные машины времени, позволяющие ученым взглянуть на процесс эволюции своими собственными глазами. Ленски утверждает, что за 26 лет исследования стал свидетелем рождения и гибели более 59 тысяч поколений бактерий кишечной палочки.

Один из самых долгих научных экспериментов по изучению процессов эволюции начался в далеком 1988 году. Ученый отмечает, что за прошедшее время культуры бактерий увеличились в размерах почти вдвое и показывают более быстрый процесс мутации, чем раньше. Помимо этого микроорганизмы научились более эффективно использовать глюкозу, которая находилась в их среде роста.

Интересным здесь является еще и то, что одно из двенадцати отдельно взятых поколений бактерий образовало, как говорит сам Ленски, новый вид бактерии, способный питаться и существовать в среде, состоящей из производного элемента лимонной кислоты, цитрата, который ученый добавил в растующую бактериальную среду. Как правило, кишечные палочки не могут жить в подобной среде, но отдельно взятая культура, к удивлению ученого, смогла к этому приспособиться.

Выступая на презентации Time Travel in Experimental Evolution, проходившей в Музее минералогии и геологии при Гарвардском университете, Ленски также заявил, что нынешнее поколение бактерий кишечной палочки показывают почти 80 процентов более быстрый рост, по сравнению с теми поколениями бактерий, с которыми ученый начал свою работу 26 лет тому назад.



«Я называю это исследование экспериментом потому, что бактерии, которые я изучаю, продолжают вести себя невероятно интересно для науки. Я надеюсь, что этот эксперимент продолжится и после меня», — делится ученый.


Исследования подобные этому очень важны, так как именно они могу содержать необходимые зацепки для ответов на вопросы о том, как произошли различные живые виды на нашей планете, а также о том, как из «простого» получилось «сложное». Эти вопросы мучили эволюционную биологию на протяжении столетий и, возможно, именно наше поколение стоит на пороге нахождения ответов на них
donmigel_62: (кот - учёный)

Создана электрохимическая камера, способная "подслушать переговоры" колонии микроорганизмов

Колония микроорганизмов


Исследовательская группа из Колумбийского университета продемонстрировала опытный образец интегрального чипа, изготовленного по стандартной технологии CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor). Этот чип является своего рода первой электрохимической камерой, способной зарегистрировать пространственное положение молекулярных и электрохимических сигналов, при помощи которых общаются отдельные особи колонии микроорганизмов, в режиме реального времени. Другими словами функцией этого чипа является "прослушка" разговоров, ведущихся внутри колонии бактерий.



Одно- и многоклеточные микроорганизмы, которые объединяются и существуют в колониях, насчитывающих миллионы и миллиарды особей, используют молекулярные и электрохимические сигналы для координации своих действий. Такие способности превращают всю колонию в своего рода большой примитивный организм, стремящийся к выполнению определенной задачи, в основном, к размножению и выживанию в случае наступления неблагоприятных условий. К сожалению, никакие методы оптической микроскопии не позволяют рассмотреть все тонкости метаболических, сигнальных и биохимических процессов, которые происходят в колонии микроорганизмов.

"Новый чип является одним из захватывающих видов применения CMOS-технологии, которая позволит нам проникнуть в саму суть процессов жизнедеятельности колоний бактерий, что мы сможем использовать в процессах выращивания биопленок различного типа" - рассказывает Кен Шепард (Ken Shepard), профессор электротехники и биоинженерии Колумбийского университета, - "Такие биопленки имеют достаточно обширную область применения в медицине, в производстве лекарственных препаратов, биологического топлива, в контроле экологической обстановки и в деле ликвидации химических загрязнений".

Структура чипа электрохимической камеры


Чип, подобно датчику обычной камеры, способен получать 60-пиксельные изображения, а время получения одного изображения составляет 36 секунд, чего вполне достаточно для мониторинга биохимических процессов. Каждый пиксел электрохимической камеры имеет размер 2.6 микрона (миллионная доля метра) и вместо фотонов света регистрирует суммарную силу электрического заряда всех молекул, участвующих в биохимическом процессе "разговора".

Следующим шагом, который намерены предпринять ученые, станет разработка нового чипа с большей пространственной и временной разрешающей способностью, возможности которого позволят исследовать процессы, происходящие в достаточно больших колониях микроорганизмов. "Это является абсолютно новым направлением использования твердотельной электроники в деле изучения сложных биологических систем" - рассказывает профессор Шепард, - "И это демонстрирует нам потенциал традиционных технологий изготовления интегральных схем для интенсивного продвижения вперед областей биотехнологий и других наук о жизненных формах".

http://www.kurzweilai.net/chips-that-listen-to-bacteria
donmigel_62: (кот - учёный)

Эксперты о трансплантации матки


В середине января агентство Associated Press сообщило о том, что в ходе операций, проведенных группой медиков из Гетеборгского университета, девяти женщинам из Швеции удалось пересадить матки.

Все больше женщин без маток – от рождения или в результате удаления – идут на многое, чтобы получить новые.

В середине января агентство Associated Press сообщило о том, что в ходе операций, проведенных группой медиков из Гетеборгского университета, девяти женщинам из Швеции удалось пересадить матки. Это была уже третья группа исследователей, предпринявшая попытку трансплантации матки с конечной целью обеспечить успешную и доношенную беременность.

Коллективы из многих стран мира начали гонку за достижение именно такого конечного результата, несмотря на скептическое отношение к такой работе и сомнения этического характера.


Отобранные для участия в экспериментальном проекте женщины были детородного возраста (в основном чуть больше 30 лет), и ни у одной не было матки. Однако матки им были пересажены только временно. Идея состоит в том, что женщины забеременеют, родят одного или двоих детей, а после этого матки у них будут удалены. Дело в том, что после операции они вынуждены принимать препараты против отторжения, а они подавляют иммунную систему, из-за чего женщины становятся более уязвимыми для инфекций и болезней. Об этом рассказал руководитель шведского медицинского коллектива Матс Бреннстрём (Mats Brännström). Эти препараты все же проникают в зародыш в «ничтожных» количествах и могут повлиять на развитие плода, сказала гинеколог Дорис Рамирес Несетти (Doris Ramirez Nessetti) из медицинского центра AllCare, что во Флориде.

Оказалось, что один из самых распространенных иммунодепрессантов – циклоспорин — негативно влияет на зародыши у животных, что выяснилось в ходе опытов. Однако никаких исследований в контролируемых условиях для проверки этого воздействия на человека не проводилось, сообщила Несетти.

В ходе операций в Швеции матки брали у живых доноров, в основном у матерей пациенток и у их ближайших родственниц. Делалось это для того, чтобы снизить риск отторжения пересаженного органа иммунной системой. Никаких возрастных ограничений для доноров не было; просто у них должны были быть здоровые матки. Хирург удаляет матку, перевязывает фаллопиевы трубы и оставшиеся кровеносные сосуды, а затем накладывает швы.

Операция по пересадке намного труднее в силу своей сложности.



«Это операция нового типа, — сказал Бреннстрём. – Орган должен не только выжить и заработать, но и существенно расширяться во время беременности. Кроме того, к нему есть много других требований».


Матка имеет множество маленьких кровеносных сосудов, а размещать ее надо в очень трудном и «недоступном» месте организма, добавил Бреннстрём.

У некоторых женщин после пересадки матки многое происходит впервые. У женщин, родившихся без матки, впервые возникают менструальные циклы. Все женщины испытывают гормональные колебания, которые регулируют менструальные циклы с момента полового созревания. Но у женщин без матки не было никаких менструальных циклов, чтобы их регулировать. В отличие от обычного цикла, яичники во время этих периодов не выделяют в матку неоплодотворенные яйцеклетки, потому что фаллопиевы трубы не подсоединены.

Вместо этого оплодотворенную яйцеклетку необходимо ввести в матку, чтобы женщина забеременела.

Врачи считают операцию по трансплантации успешной, если орган в теле реципиента работает должным образом. Но для пересаженной матки определение успеха носит более узкий и конкретный характер: матка не только должна работать, но и женщина должна рожать здоровых детей. А это значит, что степень успеха своей работы команда шведских врачей узнает лишь через два-три года. Поскольку шансы на успех в этом деле невелики, все предыдущие попытки пересадки матки потерпели неудачу. В 2000 году такую операцию сделали женщине из Саудовской Аравии, но несколько лет спустя ее пришлось удалить из-за осложнений с кровообращением.

В 2011 году забеременела женщина из Турции, получившая матку от скончавшегося донора; однако после восьми недель беременности у нее случился выкидыш.

Однако некоторых специалистов больше беспокоят нравственные аспекты этой операции по пересадке матки на данном этапе. По мнению некоторых из них, на животных было проведено недостаточно экспериментов и они родили недостаточно детенышей, чтобы переходить к операциям на человеке. Дорис Рамирес Несетти проводит аналогичные пересадки овцам.



«Не существует стандарта по количеству операций на животных, после которых можно переходить к операциям на человеке», — говорит она. Однако Несетти считает, что Бреннстрём со своим коллективом поторопился с экспериментами над людьми.


После многочисленных опытов на овцах она с коллегами планирует перейти к операциям по пересадке на обезьянах, которые по своему биологическому строению больше похожи на людей, и уже потом начать пересадку матки человеку.

Специалист по этике биологических исследований профессор Артур Каплан (Arthur Caplan) из Нью-Йоркского университета согласен с тем, что необходимо больше исследований на животных, прежде чем начинать такие операции в США. Однако в большей степени его беспокоит другое.

По его мнению, состязание между командами исследователей, кто первый произведет на свет здорового ребенка, может негативно отразиться на стоящих за этим научных аспектах.



«Такая гонка…создает этическую проблему, потому что здесь речь идет о репродукции, и прежде всего надо думать о безопасности», — сказал Каплан.


Кроме того, по словам профессора, за попытками и результатами операций по пересадке матки недостаточно международного научного контроля, об это не пишут регулярно в научной литературе, а поэтому исследователям сложно опираться на опыт друг друга.

Бреннстрём с командой пока не опубликовал работу о своих исследованиях, хотя они планируют это сделать в ближайшем будущем.



«Сообщать о клинических новшествах через средства массовой информации, а не через профессиональные научные журналы и не на профессиональных конференциях с участием специалистов — это очень тревожная тенденция и неверный способ реализации медицинских инноваций, особенно когда речь идет о столь рискованном и неоднозначном вопросе как пересадка матки», — написал Каплан в ноябре 2012 года в журнале Fertility and Sterility.


Поскольку исследований и экспериментов проведено недостаточно, гинекологи не будут знать, как решать огромное множество вопросов, которые могут возникнуть во время беременности при нормальных условиях, говорит Джен Гюнтер (Jen Gunter) из клиники акушерства и гинекологии, находящейся в Сан-Франциско. Ее беспокоят осложнения, которые могут быть самыми разными – и эффект мягкого отторжения органом зародыша, и то, что может произойти с эмбрионом, поскольку во всех случаях возникает угроза жизни матери и ребенка.



«Я полагаю, что пока многие вопросы остаются без ответа, и это меня беспокоит», — говорит она.



«Вопрос в том, какие риски для зародыша и для матери являются допустимыми, чтобы продолжать беременность, — говорит Каплан. — Коэффициент риска здесь очень велик».


Но в таком случае почему просто не использовать суррогатных матерей, которые и выносят, и родят для другой женщины ребенка? В Европе и на Ближнем Востоке (а также в некоторых штатах США) суррогатное материнство является незаконным, что меняет всю картину.



«Неслучайно то, что первые попытки пересадки матки были осуществлены в мусульманских странах, — говорит Бреннстрём.- Женщине очень важно стать матерью, а поэтому исламские условности не допускают суррогатное материнство и усыновление».


Даже там, где суррогатное материнство является законным, объясняет Каплан, женщина может просто не захотеть иметь дело с суррогатной матерью и со всеми неопределенностями, что вытекают из этого. Здесь и правовые вопросы, и осложнения при родах, и здоровье зародыша во время беременности. «Есть также люди, выступающие за более естественную репродукцию», — говорит он.

Кроме того, немаловажен и вопрос о цене. Поскольку операцию по пересадке матки широкой публике пока не предлагают (и вряд ли скоро предложат), неизвестно, будет ли на нее распространяться страховка. Но поскольку это операция добровольная, а страховка в настоящее время не распространяется на другие виды оплодотворения типа, страховые компании вряд ли согласятся платить за пересадку матки. С другой стороны, суррогатное материнство может оказаться дорогим удовольствием в зависимости от его типа.

Если суррогатной матерью является не член семьи, то цена вынашивания может составить от 10000 до 30000 долларов, не считая визитов к врачам и витаминов.

В итоге решающим фактором в вопросе о трансплантации могут стать не поддающиеся контролю глубинные эмоции, связанные с особым этапом материнства, когда ребенок растет в теле матери, которая вынашивает и питает его, а потом рождает на свет. Рамирес Несетти рассказывает своим пациенткам о суррогатном материнстве, однако при этом отмечает:



«Они не испытывают этого чувства, когда ты мама, когда ты чувствуешь свою беременность, ощущаешь, как внутри тебя бьет ножками ребенок. А это мощная связь».


Александра Оссола (Alexandra Ossola).

donmigel_62: (кот - учёный)

Новое антибактериальное средство уничтожает только патогенные бактерии

Ученые разработали метод селективного уничтожения определенных штаммов бактерий. (Рис. NC State University)
Ученые разработали метод селективного уничтожения определенных штаммов бактерий. (Рис. NC State University)

Ученые из Университета штата Северная Каролина (North Carolina State University) разработали антибактериальное средство, своего рода «умную бомбу», которое может с максимальной точностью идентифицировать определенные штаммы бактерий и разрезать их ДНК, предотвращая развитие инфекции. Новый метод представляет возможную стратегию лечения инфекций, вызываемых бактериями с множественной лекарственной устойчивостью.



«Традиционные антибиотики убивают как «хорошие», так и «плохие» бактерии, что приводит к непредусмотренным последствиям, таким как оппортунистические инфекции», – говорит руководитель исследования доктор Чейз Бейзел (Chase Beisel), доцент кафедры химической и биомолекулярной инженерии NC State. «То, что мы показали в этой новой работе, это то, что можно селективно удалять определенные штаммы бактерий, не затрагивая популяций полезных микроорганизмов».


Новый подход основан на наличии у многих бактерий компонента иммунной системы, известного как система CRISPR (clustered regularly interspaced short palindromic repeats) – Cas (CRISPR-associated). Система CRISPR-Cas защищает бактерии от таких захватчиков, как вирусы, создавая небольшие цепочки РНК – CRISPR РНК, – которые соответствуют последовательностям ДНК, характерным для того или иного бактериофага. Когда CRISPR РНК находят свои ДНК-соответствия в виде ДНК вируса, они высвобождают белки Cas, разрезающие вирусную ДНК.


Ученые показали, что введение в бактериальную клетку CRISPR РНК, соответствующих ДНК-последовательностям самих бактерий, приводит к «самоубийству» бактериальных клеток, так как их система CRISPR-Cas начинает атаковать свою собственную ДНК.

«В ходе лабораторных испытаний мы установили, что этот подход адресно убивает бактерии», – комментирует Бейзел. «Мы пока не полностью понимаем, как именно разрезание ДНК приводит к гибели бактерии. Однако мы воодушевлены легкостью специфического таргетинга различных бактерий и эффективностью их уничтожения».


Исследователи протестировали свой подход на контролируемых культурах с различными комбинациями бактерий и смогли элиминировать только целевые штаммы.



«Например, нам удалось уничтожить Salmonella в культуре, не оказывая отрицательного воздействия на полезные бактерии, обычно присутствующие в желудочно-кишечном тракте», – продолжает доктор Бейзел.


Кроме того, Бейзел и его коллеги продемонстрировали точность своего метода, уничтожив один штамм одного из видов бактерий, ДНК которого совпадает с ДНК другого штамма того же вида на 99 процентов.

Еще одно преимущество такого подхода, говорит доктор Бейзель, состоит в том, что «за счет таргетинга специфических цепочек ДНК через систему CRISPR-Cas мы смогли обойти механизмы, лежащие в основе многих примеров устойчивости к антибиотикам».

Сейчас ученые работают над созданием эффективных методов доставки CRISPR РНК в клинических условиях.

По мнению соавтора работы доктора Рудольфа Баррангоу (Rodolphe Barrangou), это исследование закладывает фундамент разработки препаратов нового поколения, использующих программируемые CRISPR-Cas-системы.

Оригинальная статья:

Programmable Removal of Bacterial Strains by Use of Genome-Targeting CRISPR-Cas Systems
http://news.ncsu.edu/releases/wms-beisel-crispr2014/
donmigel_62: (кот - учёный)

В поисках новых антибиотиков


Что такое антибиотики и почему с каждым годом их действенность ослабевает? Откуда берутся новые антибиотики? Науарат Чипман расскажет о том, куда приходится отправляться микробиологам в поисках лекарств...

donmigel_62: (кот - учёный)

Мертвые души

Международная группа исследователей под руководством известного датского специалиста Эске Виллерслева опубликовала исследование, которое может перевернуть наше представление о сразу нескольких областях биологической науки. Группе Виллерслева удался простейший, но потрясающий воображение эксперимент. Они взяли кость мамонта возрастом в 43 тысячи лет, выделили из неё полуразложившиеся остатки ДНК и смешали с бактериями, после чего проанализировали их геном. Выяснилось, что фрагменты генов мамонта были подхвачены бактериями и встроены в их собственную ДНК. Природа информации в живых системах, эволюция ранних организмов, наследственность и изменчивость бактерий – похоже, на всё это придётся взглянуть по-новому.



Профессор Эске Виллерслев (Eske Willerslev) является
одним из самых известных в мире специалистов по древней ДНК.

http://geogenetics.ku.dk/staff/beskrivelse/?id=26558

Природа примитивности

В массовом сознании существует представление о человеке как вершине эволюции – так рисуются эволюционные деревья, по такой логике ведётся курс биологии в школах и университетах. Исходя из этой парадигмы, бактерии – самые примитивные живые существа на планете.


Они в подавляющем большинстве случаев строго одноклеточные, у них нет ядра, хромосом и ещё тысячи других «наворотов», которыми обладает клетка растения, гриба или животного. Иллюзии о примитивности бактерии очень легко поддаться.

Весь живой мир делится биологами на три крупные эволюционные и систематические группы, или домены:


  • бактерии,

  • археи,

  • эукариоты.

К эукариотам относится всё, что мы обычно представляем, когда говорим о живых организмах – от амёб и водорослей до животных и высших растений.
Эукариоты с их крупными клетками, ядрами, сложными механизмами деления и полового размножения действительно кажутся «передовыми» по сравнению с бактериями и внешне похожими на них археями. Но есть ли основания для такого «эукариотического гонора»?

Бактерии живут на планете большую часть времени её существования. По сравнению с ними, животные и растения – самые настоящие младенцы. Бактерии проникают всюду, где только возможно поддержание жизни. Они могут существовать в кипящей воде и концентрированной кислоте.

Точно оценить биомассу бактерий практически невозможно, но по современным оценкам многих специалистов, она превышает таковую животных и растений. Задумайтесь о масштабах сибирской тайги и оцените, насколько потрясает воображение даже сама идея о сопоставимости бактериальной биомассы со всеми лесами мира.

Другая генетика


Наконец, по многим параметрам бактериальная генетика гораздо совершеннее нашей. Генетика, то есть наука о наследственности и изменчивости, изучает, в сущности, передачу и хранение живыми организмами наследственной информации.

Если генетика животных в плане передачи информации – это грузовой поезд, то генетика бактерий – это широкополосный интернет. Чтобы передать огромный багаж эукариотического генома от одного организма другому, надо прибегать к сложнейшим ухищрениям. В случае с высшими животными, к которым относимся и мы, к этому добавляются недели и месяцы эмбриогенеза, когда генетическая информация медленно и осторожно «распаковывается» и тонко настраивается в каждом органе и каждой ткани.

Бактерии не нужны такие сложности.


  • С одной стороны, минимальные потребности и простейшая (по сравнению с эукариотами) организация означают, что и размножение бактерий происходит несопоставимо быстрее.

  • С другой стороны, бактерия не дорожит собственной жизнью. У неё отсутствует инстинкт самосохранения.

Эукариоты проверяют и перепроверяют каждый нуклеотид, чтобы ни в коем случае не допустить ошибок и перестроек – с переменным успехом, конечно.

Изменчивость нужна и им, но она по возможности строго контролируется. Бактериям же перестройки, мутации и вообще любые способы каким-то образом (пусть даже случайным) изменить свой геном – на руку. Пусть большинство таких изменений окажутся непродуктивными, но в отдельных удачных случаях польза для популяции будет огромной. Можно провести аналогию со взломом паролей брутфорс-методом – иначе говоря, простым перебором вариантов.

Бактерии поступают именно так: они берут скоростью и количеством и в итоге крайне эффективны во «взломе» любой генетической проблемы: например, именно таким образом формируется устойчивость к антибиотикам.
Ещё одна сногсшибательная способность бактерий – это горизонтальный перенос генов. Представьте, что вы плохо переносите алкоголь, но очень не хотите обижать потенциального тестя, который ранжирует женихов дочери по устойчивости к опьянению. Если бы вы были бактерией, то проблемы бы не было: ваш друг бы просто передал вам ген алкогольдегидрогеназы, и вам бы не пришлось искать отговорок.

Тот же механизм действовал бы и для менее важных вещей, вроде фенилкетонурии или гемофилии. Это и называется горизонтальным (в противоположность вертикальному – из поколения в поколение) переносом генов.

Новая жизнь мамонта

Открытие скандинавских учёных включает в себя элементы обоих описанных генетических механизмов: мутационной изменчивости и горизонтального переноса генов. Если о способности бактерий «встраивать» целые гены, полученные от других бактерий, было известно давно, то о том, что происходит с гораздо более мелкими фрагментами ДНК, исследователи до сих пор не знали. Отчасти это объясняется сложностью наблюдения за такими маленькими участками: чем меньше фрагмент, тем сложнее определить его источник. Именно по этой причине учёные решили использовать ДНК мамонта. Во-первых, за сорок пять тысяч лет она сильно деградировала и в основном представляла собой небольшие фрагменты с разрывами и случайными химическими модификациями. Во-вторых, ДНК мамонта довольно сильно отличается от ДНК человека и других потенциальных загрязнителей эксперимента, что позволяет исключить ложные результаты.

Выяснилось, что бактерии действительно умеют встраивать в свой геном очень мелкие участки ДНК, причём делают они это с ещё большей лёгкостью, чем обычный горизонтальный перенос генов. Но если встраиваемые участки настолько короткие (значительно короче целых генов), то какую ценность они могут представлять для бактерии?

Дело в том, что обычные мутации – случайные замены нуклеотидов в ДНК – имеют довольно низкую вероятность. Соответственно, вероятность, например, одновременной двойной замены в одном отдельно взятом гене – практически нулевая. Встраивание же небольших фрагментов ДНК – мутагенный механизм гораздо большей «мощности».

Он на много порядков повышает вероятность изменений, захватывающих не один нуклеотид, а целые участки генов.

Вопросы жизни и смерти

Открытие группы Виллерслева может показаться забавным курьёзом, но на самом деле оно имеет целый ряд фундаментальных следствий.

С практической точки зрения, оно прежде всего имеет значение в контексте устойчивости бактерий к антибиотикам. Для приобретения бактерией такой устойчивости зачастую достаточно нескольких точечных мутаций в тех или иных участках генов.

На данный момент вся наша борьба с этой серьёзнейшей проблемой сводится к уничтожению живых переносчиков «генов устойчивости». Мы предполагаем, что если уничтожить бактериальную клетку, то её гены теряют способность как-то воздействовать на другие бактерии.

Теперь нам известно, что это далеко не так: мало того, что бактерии могут «усваивать» ДНК из «мёртвых» источников (куда уж мертвее мамонта!), оказывается, даже целостность этой ДНК – не проблема. Достаточно обрывка генетической информации, содержащего нужную мутацию – и устойчивость к антибиотикам может вернуться в живую клетку!

С другой стороны, исследование скандинавских учёных заставляет в принципе задуматься о природе информации в биологических системах. Уже горизонтальный перенос генов («от друга к другу» вместо «от отца к сыну») сильно затрудняет биологическую систематику. Чего уж говорить о переносе информации от мёртвых к живым! Получается, что мегатонны оседающей в реках и океанах «мёртвой» ДНК – на самом деле огромная база «информационного сырья», которое бактерии могут «воскрешать» и перерабатывать для собственных целей.

Если генетическая информация – пусть и в виде отдельных обломков и мелких фрагментов «кода» – может заново использоваться через сорок тысяч лет после смерти её носителя, то не ставит ли это под сомнение понятие смерти как таковое? Возможно, и ваши гены когда-нибудь будут переработаны и усвоены бактериями. Непонятно только, как они смогут научить бактерию чему-нибудь, чего она не умеет делать и без нас.



Profile

donmigel_62: (Default)
donmigel_62

March 2014

S M T W T F S
       1
2 3 4 5 6 7 8
9 10 11 12 13 14 15
16 17 1819202122
23242526272829
3031     

Syndicate

RSS Atom

Style Credit

Expand Cut Tags

No cut tags