Кишечная палочка интересные факты

И казалось бы, бактерии так распространены, но к сожалению, люди практически ничего о них не знают. Поэтому мы потрудились и собрали для вас самые интересные факты о бактериях. Надеемся, эта информация будет ценной и детям, и школьникам, и их родителям.

Это невероятно живучие и быстро адаптируемые организмы. Они могут обитать в любой среде. Термофилы, относящиеся к группе Археи (Archae), отлично выживают при высоких температурах, вплоть до 122 градусов по Цельсию. Это значит, что они спокойно могут находиться в вулканах и гидротермальных жерлах. Они также могут жить в очень кислых и щелочных средах. Не опасны для некоторых видов и высокие радиационные уровни. К примеру, Deinococcus Radiodurans была обнаружена даже в работающем ядерном реакторе.

Они имеют целый ряд методов передвижения. У некоторых видов есть волоски, похожие на придатки, которые называются жгутиками. Они используют их для передвижения. Другие виды создают слизь, с помощью которой они скользят в нужном направлении. У некоторых есть шипы, которые называются пилями (фимбрии). С помощью фимбрий бактерии держатся за поверхность.

Штамм MRSA (метициллин-резистентный золотистый стафилококк) развил такую устойчивость, что теперь может выжить после приема любых современных антибиотиков. На самом деле, Александр Флеминг, открывший пенициллин в 1928 году, сразу же предупредил, что чрезмерное использование антибиотиков приведет к появлению устойчивых к антибиотикам бактерий.

Исследовали обнаружили, что бактерии в атмосфере могут играть роль в производстве дождя и других форм осадков. Этот процесс начинается тогда, когда бактерии с помощью ветра поднимаются вверх, до тех пор, пока не начнут покрываться льдом. В дальнейшем, лед начинает таять и возвращается на землю уже в виде дождя.

Бактерии вида Psuedomonas syringae были обнаружены в граде. Psuedomonas syringae производят специальный белок в своих клеточных мембранах, который позволяет им уникальным образом связывать воду, что способствует образованию кристаллов льда.

Они размножаются путем деления. Как только бактерия достигает своего максимального размера, она начинает распадается на 2 части.

Всего за 5 часов один микроорганизм может превратиться в более чем 1 миллион микроорганизмов. Так как в организм редко попадает 1 бактерия, после того как с ними столкнулся человек, они всего за несколько часов могут превратиться в миллиарды организмов.

Они не распространяются сами по себе. Вот несколько способов, с помощью которых они попадают на другие поверхности:

Их переносчиками являются люди. Они могут путешествовать по воздуху тогда, когда кто-то чихает.
Люди переносят их касаниями. Человек касается к какой-либо поверхности, на его пальцах появляются бактерии. Затем он касается к другой поверхности и они там остаются.
Их также могут переносить животные.
Они могут попасть в организм человека вместе с пищей.

Несмотря на то, что в человеческих мерках они кажутся очень медленными, в своей среде они очень быстрые организмы. К примеру, некоторые бактерии могут за секунду преодолевать расстояние, превышающее в 100 раз размер их тела. Для сравнения, быстрые рыбы могут в секунду преодолевать расстояние, не превышающее размер их тела в 10 раз.

Ученые научились хранить данные в бактериях. Это кажется невероятным, но это факт. Данные хранятся в бактериальной ДНК. В ДНК можно хранить такую информацию как текст, музыка, изображения и даже видео. Кроме того, что ученые могут наносить информацию на бактериальную ДНК, они также могут ее с легкостью оттуда извлечь.

В одном грамме бактерий можно хранить столько же данных, сколько бы поместилось на 450 жестких дисках объемом 2000 Гб каждый.

Поверите ли вы в то, что они могут разговаривать? Если нет, то зря. Они действительно умеют общаться друг с другом с помощью электрических сигналов. Таким образом, одноклеточные бактерии могут действовать как многоклеточный организм.

Существует множество видов бактерий. Один из способов их классификации — классификация по форме. Существует три основных формы:

Сферическая. Микроорганизмы в форме шарика называются кокками, а одна единица — кокком. К примеру, к сферическим относится группа стрептококков, ответственных за развитие острого фарингита (воспалительный процесс слизистой оболочки глотки).
Палочка. Более известны как бациллы. Некоторые палочковидные бактерии имеют изогнутую форму. Они известны как вибрионы. К примеру, к палочковидным относится Bacillus anthracis (B. Anthracis), которая является возбудителем сибирской язвы.
Спираль. Они известны как спириллы. Такие заболевания как лептоспироз, сифилис вызваны возбудителями такой формы.

Они питаются по разному. Гетеротрофные виды, они же гетеротрофы, получают энергию за счет потребления органического углерода.

Автотрофные виды, они же автотрофы, питаются посредством фотосинтеза, потребляя (преобразования энергии света) или хемосинтеза (использование энергии окисления неорганических веществ).

На этом наша статья подошла к завершению. Господа. Надеемся, информация из статьи была для вас полезна и интересна.

Когда на пищеблок школы, садика или предприятия общественного питания приходит проверка, она берет смывы с посуды, поверхностей и других предметов, а потом работники слышат результат: обнаружены бактерии группы кишечных палочек. Казалось бы, откуда им браться, да и что в этом такого? Вроде бы люди слышали, что палочки эти не такие уж и вредные. Так в чем же дело?

На самом деле, действительно, эшерихия — наш давний сосед, с которым мы знакомимся еще в раннем детстве и живем с ним всю жизнь. Но знают люди о нем немного. Прочитав статью до конца, можно будет узнать, что же хотел Роспотребнадзор от несчастных сотрудников пищеблока.

Жизнедеятельность и роль в организме человека

Кишечная палочка, или E. coli, является бактерией из семейства энтеробактерий, грамотрицательной, анаэробной — то есть свободный кислород ей для жизнедеятельности не нужен. Названа она в честь первооткрывателя — немецкого врача Теодора Эшериха. Выглядит она так же, как и называется, то есть имеет вытянутую форму, закругленные концы. Длиной может быть до трех микрометров.

В числе прочих E. coli продуцирует витамин К, который участвует в процессе образования одного из компонентов крови.

Штаммы бактерии

E. coli свойственно большое генетическое разнообразие. Как и любой микроорганизм, она имеет определенных хозяев, причем каждый теплокровный биологический вид имеет свою палочку. У жителей разных регионов распространены региональные штаммы, имеющие распространение только в конкретной популяции.

Как и у других одноклеточных, у эшерихии существует такое явление, как горизонтальный перенос генов. Это один из факторов образования новых штаммов. Другим фактором служит внешнее воздействие — так, некоторые популяции приобретают резистентность к антибиотикам благодаря их массовому использованию в животноводстве и в лечении воспалительных заболеваний.

Болезни, вызываемые эшерихией

Как свидетельствует статистика, E. coli является причиной подавляющего большинства воспалительных заболеваний мочеполовой системы, а также может быть одним из возбудителей пневмонии и неспецифического менингита. Пожалуй, можно выделить три случая, когда эшерихия из друга становится врагом:

Вот после этого у вас начинаются реальные проблемы.

Это пиелонефрит, простатит, цистит, заболевания женской половой сферы (кольпиты, эндометриты, сальпингоофориты и другие процессы, встречающиеся только у женщин). Они могут быть вызваны и другими бактериями и вирусами, но эшерихия тут — вне конкуренции. Лечение таких заболеваний довольно простое — терапия антибиотиками. После этого, правда, наблюдается дисбактериоз, но эта проблема сейчас решаема.

Пиелонефрит, вызванный E. coli, отличается интересным явлением — закупоркой просвета мочеточника, из-за чего больному приходится вставлять катетер, а то и нефростому. Эти бактерии имеют свойство прочно крепиться к поверхности, где они живут, и разросшаяся колония мешает нормальному функционированию мочевыводящих путей.

По мере введения антибиотиков при помощи капельницы бактерии погибают, выделяясь естественным путем. Это может вызывать резкое повышение белка в моче, хотя ни повышенного давления, ни других симптомов поражения почек уже нет: просто погибшие микроорганизмы дают такой показатель в анализах.

Хочется напомнить, что бороться в этом случае следует не с E. coli, а с основным заболеванием.

Она знакома многим из тех, кто перемещается на дальние расстояния и является частью процесса акклиматизации. Вызываться эта неприятность может любыми микроорганизмами, но E. coli тут признанный чемпион. Чаще всего это местный региональный штамм, но может быть и один из патогенных. Как правило, заболевание это заканчивается на третий день, но иногда может длиться и до трех недель.

Местные жители, что интересно, невосприимчивы к этим разновидностям E. coli. Но следует соблюдать осторожность — причиной диареи могут стать специфические микроорганизмы, от которых лучше избавиться — например, холерный вибрион или шигелла.

А вот это то, что может закончиться печально. Вызываются такие заболевания не совсем стандартными разновидностями эшерихии, многие из них вообще являются частью микрофлоры копытных, а не человека. К человеку они попадают с плохо обработанным мясом и другими продуктами питания прямо с грядки. Среди патогенных штаммов E. coli выделяют:

Энтеропатогенные. Самые безобидные, но любящие родильные дома и хирургические стационары. Вызывают острую кишечную инфекцию без специфических признаков.

Энтероадгезивные. Крепко присоединяются к стенкам кишечника и мешают всасыванию полезных веществ его стенками. Заражение может носить хронический характер и протекать бессимптомно, но такой носитель может доставить неприятности тем, с кем контактирует.

Энтеротоксигенные. Одни из возбудителей диареи путешественников. Отличаются тем, что производят тот же термолабильный энтеротоксин, что и холерный вибрион. Проживают в тонком кишечнике, поэтому заражение сопровождается теми же симптомами, что и холера — обезвоживание при отсутствии температуры.

Энтероинвазивные. Они живут в толстом кишечнике и вызывают заболевание, очень похожее на дизентерию, с характерными болями и стулом. И производят шигатоксин, такой же, как и шигеллы. Реагируют на те же антибиотики, и лечится так же.

Энтерогеморрагические. Самые опасные. Штаммы O157: H7 и O104: H4 в свое время вызвали две вспышки инфекции с летальными исходами. Типичные признаки такой инфекции — кровавый понос (геморрагический колит) и гемолитико-уремический синдром, основная причина смертности. Продуцируют такие штаммы два токсина — шигатоксин и веротоксин. При поражении кишечника бактерии проникают в кровеносное русло, где производимые ими токсины ведут к ишемии органов, прежде всего почек и сердца. Группы риска — дети от года до 10 лет и лица старше 60 лет.

Диагностика и лечение

Как передается бактерия, секретом ни для кого не является. Немытые руки, плохо прожаренное мясо, некипяченая вода. Как говорится, не все полезно, что в рот полезло. Передача воздушно-капельным или иным путем не зафиксирована, хотя, например, половым передаются все инфекции.

Исходя из того, что основной путь передачи — алиментарный, профилактика заражения E. coli проста — соблюдение гигиены и санитарных норм при работе с продуктами питания.

Распознать E. coli при кишечной инфекции можно разве что в анализах. Бактериологическое исследование поможет определить не только наличие палочки, но и ее штамм, и даже чувствительность к антибиотикам. Нет специфических симптомов и заболеваний, где она единственный возбудитель, так проявляются и другие инфекции.

Дети подхватывают острые кишечные инфекции чаще других. Этому способствуют два фактора:

Активность ребенка и нестойкие гигиенические навыки. Чем меньше ребенок, тем больше он тянет в рот предметы, для этого не предназначенные.
Меньшая кислотность желудка. Там, где у взрослого погибнут инородные агенты, у ребенка все проходит внутрь.

Обычно у детей кишечная инфекция протекает быстро и охватывает все отделы желудочно-кишечного тракта. Там, где у мамы будет энтерит, у ребенка будет гастроэнтерит или энтероколит, а то и все вместе.

Характерный детский симптом — частая рвота. Она появляется первой, и часто не прекращается до относительного улучшения.

Вторая особенность детской кишечной инфекции — быстрое обезвоживание. Признаками его являются сухость слизистых оболочек, снижение тургора кожи, западение щек, а у грудничков — даже родничка на голове.

Учитывая такие особенности, доктор Евгений Комаровский советует придерживаться следующих правил при лечении детей дома:

Не кормить. Ребенок в такие моменты есть не хочет, и это ему не нужно.
Давать много жидкости. Существуют препараты для регидратации, представляющие собой смесь хлоридов натрия и калия. Их нужно развести в воде и дать ребенку выпить. Много.
Не кормить антибиотиками, если для этого нет показаний.

Подобные рекомендации актуальны всегда, вне зависимости от того, явилась ли причиной диареи кишечная палочка — симптомы и лечение у взрослых сходны с детскими, просто симптоматика более локализована.

Да, по большей части все кишечные расстройства никакой серьезной угрозы для организма не представляют и госпитализации не требую, их можно вылечить в домашних условиях. Но есть случаи, когда следует насторожиться и обратиться к врачу. К таким случаям относятся:

возраст больного до года,
возраст старше 60 лет,
непрекращающаяся рвота,
обезвоживание стало результатом потери нескольких килограммов веса, определяется визуально, моча отсутствует,
сильно выражена интоксикация — высокая температура, спутанность сознания,
слизь и кровь в стуле,
отсутствие улучшений в течение суток,
больной инфицрован ВИЧ.

Причиной таких состояний (кроме возраста и ВИЧ) может стать как патогенный штамм кишечной палочки, так и специфические инфекции — сальмонеллез, дизентерия, а в эндемичных районах и холера. Подобные гости вам вряд ли нужны в вашем кишечнике, и избавиться от них стоит — иначе они могут убить вас.

Раньше врачи не рекомендовали пользоваться сорбентами для лечения поноса. Считалось, что симптоматическое лечение вредит основному. Это неудивительно, ведь активированный уголь, который в то время был единственным препаратом такого рода, требовал больших дозировок и имел противопоказания.

Сейчас энтеросорбенты — естественная часть лечения острых кишечных инфекций. Они помогают не только нормализовать стул, но и снять с почек часть интоксикационной нагрузки. Ведь эти препараты адсорбируют в себя токсины, вырабатываемые микроорганизмами.

Их применение сейчас снижается. Это связано как с постоянно повышающейся резистентностью бактериальных штаммов, так и с побочными действиями, например, с дисбактериозом. Некоторые заболевания, например, сальмонеллез, предпочитают лечить бактериофагами — вирусами, разрушающими бактерии определенного вида.

Но списывать антибиотики в утиль рано. Некоторые инфекции требуют не только санации больного, но и ликвидации возбудителя, человек не должен быть заразным. Особенно это касается карантинных инфекций. Также антибиотики применяются при лечении заболеваний, вызванных энтерогеморрагическими штаммами E. coli, виды, заражение которыми может привести к летальному исходу, не должны присутствовать в организме.

Любопытные факты

Кишечная палочка — действительно удивительная с точки зрения науки бактерия. Ниже представлены интересные факты об этом организме:

E. coli — самый часто используемый модельный организм в лабораториях. Если где-то изучают свойства клеток, будьте уверены — скорее всего, делают это на эшерихиях.
В 1988 году в результате опытов и наблюдений был зарегистрирован процесс видообразования — получилась палочка, способная усваивать кислород.
Благодаря своей способности прочно закрепляться на поверхности E. coli стала индикатором гигиенической чистоты. Именно поэтому санитарно-эпидемиологические службы проверяют организации именно на ее наличие. Если палочка присутствует там, где ее быть не должно, значит, сотрудники не моют руки после туалета и не проводят регулярно уборку помещения губкой и шваброй.
Одна кишечная палочка за сутки способна дать потомство, которого хватило бы на постройку пирамиды с основанием 2 квадратных километр и высотой в 1 километр. Только кто же ей даст.
В одной из американских лабораторий вывели штамм E. coli, способной перерабатывать сахар в биотопливо. Обычно бактерия строит из поглощенных углеводов клеточную мембрану, но тут вместо жира она производит дизельное топливо. Реализации такого проекта в промышленных масштабах мешает низкая производительность труда бациллы: из ста литров раствора сахара палочки производят всего одну чайную ложку солярки.

Теперь, зная больше информации о эшерихии, можно обезопасить себя и близких от негативного воздействия этой бактерии.

В тех участках, которые для этого генома являются общими, последовательности совпадают практически тождественно на 99%. Совершенно очевидно, что это один геном. При этом есть куски, которые у одних есть, а у других их просто нет. Если вы посмотрите на десятки новых кишечных палочек, то окажется, что доля генов, которая общая для всех, и есть во всех кишечных палочках, довольно мала, меньше четверти. С другой стороны, каждый новый геном, который вы добавляете, приносит несколько десятков новых генов, которых в предыдущих штаммах не было.

Возникает вопрос, что в этой сердцевине и что на этой периферии. В сердцевине у них сидят обязательные гены, участвующие в базовых клеточных процессах. Они есть у всех: гены базового метаболизма и то, что определяет индивидуальность кишечной палочки, отличает ее от других бактерий.

На периферии очень много генов, которые, на самом деле, встречаются у очень маленького количества штаммов или практически уникальны. Обычно эти гены не очень интересные, это фаги, которые встроились в геном, и ясно, что очень скоро оттуда вылетят. В основном эти гены происходят из мобильных элементов. С точки зрения метаболизма, они не очень интересны, но зато они часто бывают задействованы в патогенезе.

Интересны метаболические функции, которые присутствуют только у части штаммов. Скажем, некоторые умеют синтезировать цианокобаламин, витамин В12, некоторые — нет. Или же некоторые умеют питаться жирными кислотами, а другие — нет. С точки зрения человека, очень интересны гены, которые определяют патогены. Одна кишечная палочка в кишечнике живет, и слава богу, ее там мало, и она никому не мешает. А другая кишечная палочка попадает в кишечник и начинается дизентерия. Она умеет продуцировать токсин, который раздражает клетки эпителия, и происходит локальное воспаление. Или она умеет делать белок, благодаря которому она плотно цепляется к эпителию, и опять-таки производит токсин.

Как правило, эти гены не универсальные, иначе кишечная палочка была бы универсальным патогеном. Они разные в разных штаммах, причем они определяют клинические проявления. Есть уропатогенные генетические палочки, которые в урогенитальном тракте плохо себя ведут. Есть энтерогемморагические кишечные палочки, которые вызывают кровотечение из кишечника. Более того, то, что стало ясно после определения геномной последовательности, что бактерии, которые относили даже к другому роду — Shigella — возбудители дизентерии, на самом деле просто кишечные палочки, которые приобрели систему токсичности, которая приводит к клиническим проявлениям дизентерии. Shigella — это просто клон внутри кишечных палочек.

Очень много историй появляется, когда бывают какие-то инфекционные вспышки. Была история про несчастных японских детей, которые отравились салатом с кишечной палочкой. Была история в Германии, когда какое-то количество народу отравилось кишечной палочкой. Это просто означает, что в пищевую цепочку человека, в пищевые продукты попадает штамм с носителем какого-то нового токсина, с которым человек раньше не встречался, поэтому не имеет иммунитета, или он пробивает иммунитет. Соответственно, случается вспышка кишечной инфекции. Она обычно бывает быстро локализована при хорошей эпидемиологической работе. Но довольно часто определить источник так и не удается.

У человека в животе живет довольно плотное бактериальное сообщество, в которое просто так не вторгнешься. Это как на рынок: если ты пришел на рынок и стал торговать, то скорее всего тебе дадут в глаз и ты там не окажешься. А если ты пришел на рынок с пятнадцатью друзьями и стал торговать, шансов закрепиться гораздо больше. Соответственно, если у человека слабый иммунитет, какие-то неполадки с собственной микрофлорой — он заболевает, даже получив небольшую дозу патогена, а если все в порядке, то он с ней справляется.

Возможность бактерий приобретать патогенные свойства у разных видов разная и по-видимому у подавляющего большинства бактерий, которые живут с человеком, таких шансов нету. А среди красивых примеров, когда такое появлялось — кишечные палочки, которые время от времени становятся патогенами, или чумная палочка Yersinia pestis, она как Shigella, является молодым клоном, группой родственных штаммов, которые выделились из совершенно другой Yersinia, их предка Yersinia pseudotuberculosis, возбудителя более мягкого заболевания. И, по-видимому, самый яркий пример — это сибирская язва, Bacillus anthracis, потому что это тоже клон совершенно безобидной почвенной бактерии Bacillus cereus. У нее есть два отпрыска — возбудитель сибирской язвы у человека и млекопитающих, а еще есть возбудитель очень страшной болезни насекомых, который убивает, в частности, колорадских жуков — есть пестициды, созданные на основе токсина из этой бактерии: он для насекомых смертелен, а на человека не действует.

03 февраля 2020

Герой февраля: кишечная палочка Escherichia coli

Скромная бактерия за полстолетия с момента ее открытия в конце XIX в. стала настоящей волшебной палочкой для молекулярной биологии. Сейчас результаты опытов с ее использованием занимают главы и тома профессиональных и популярных изданий. Конечно, в нашем путеводителе по модельным организмам E. coli должна была занять свое почетное место.

Двенадцать модельных организмов

Escherichia и Eschrichtius — Болезнь путешественников — Главная модельная бактерия — Учебник молекулярной генетики — Невезение с CRISPR/Cas

Рисунок 1а. Escherichia длиной 2 мкм

Рисунок 1б. Теодор Эшерих (1857–1911)

Рисунок 1в. Eschrichtius длиной 14 метров

Рисунок 1г. Даниэль Фредрик Эшрихт (1798–1863)

Клетки с относительно тонкой клеточной стенкой, не окрашивающиеся красителем генцианом фиолетовым (окраской бактерий по методу датского микробиолога Кристиана Грама).

Зачем же такую опасную бактерию сделали модельной? Дело в том, что в условиях культивирования кишечная палочка часто теряет патогенность, становится неспособной жить в естественных для себя условиях (то есть одомашнивается). И этим свойством в 1940-е годы воспользовались микробиологи, проведя с лабораторными штаммами E. coli (например, со знаменитым штаммом К12) много прорывных для науки экспериментов.

Так, манипулируя мутированными штаммами кишечной палочки, которые уже научились получать при помощи облучения, Джошуа Ледерберг и Эдуард Лаури Тейтем в 1947 году обнаружили способность разных штаммов обмениваться генетическим материалом и спасать друг друга от образовавшихся дефектов, проявлявшихся в неспособности расти на минимальной питательной среде. Так был открыт процесс конъюгации бактерий, который затем послужил важным инструментом для картирования бактериального генома . Ведь тогда это можно было делать только косвенными, микробиологическими методами — сама природа генетического кода была неизвестна.

Кстати, Джошуа Ледерберг был некоторое время мужем Эстер Ледерберг, первооткрывательницы бактериофага лямбда [3].

С начала 1950-х годов исследования по молекулярной генетике с использованием кишечной палочки и ее вирусов в качестве основного инструмента росли как снежный ком. Не будет преувеличением сказать, что к 70-м годам E. coli написала учебник молекулярной генетики! Вспомним открытие генетического кода, в котором участвовало несколько коллективов физиков и молекулярных биологов, в том числе Френсис Крик, Георгий Гамов и другие выдающиеся люди того времени [6]. Основные эксперименты по расшифровке кода велись на бесклеточных лизатах кишечной палочки.

Позднее обнаружилось, что E. coli хорошо подходит для зародившейся в 1960–1970-е годы биотехнологии [7]. Бактерия хорошо переносит введение в свою клетку гетерологичных (то есть чужеродных) генов и во многих случаях способна синтезировать их продукты без вреда для себя. Белки, полученные таким способом, стали называть рекомбинантными, и теперь они широко используются в медицине и других практических задачах.

Кишечная палочка — возможно, самый исследованный организм с точки зрения молекулярной биологии. Тем не менее у элементов ее генома до сих пор обнаруживают новые свойства. Это одновременно плохо (как же мало мы знаем!) и хорошо (будет чем заняться!). Совсем недавно на защите диссертации я услышал о том, как у одной из генных кассет эшерихии, участвующей в каскаде переработки сульфолипидов, также обнаружена и лактазная активность [8]. До этого такая активность была известна только у знаменитого лактозного оперона Жакоба и Моно, описанного в 1961 году!

Кажется, что E. coli — модельный организм без недостатков. Тем не менее биотехнологам не повезло, что у этой бактерии от природы нет системы бактериального иммунитета CRISPR/Cas [9], о которой я уже упоминал в эссе о бактериофаге лямбда [3]. Именно поэтому эту систему, ныне незаменимую в генной инженерии, открыли относительно поздно.

Кишечная палочка-выручалочка — это здорово (рис. 2). Но теперь пора переместиться в мир ядерных организмов. Удобным инструментом для молекулярной биологии и генетики эукариот оказались одноклеточные грибы — дрожжи — и гаплоидный плесневый гриб — нейроспора. Как они дошли до такой одноклеточной и гаплоидной жизни и что было открыто с их помощью — читайте в следующем материале нашего путеводителя по модельным организмам через месяц.

Благодарность

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

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.

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…

8. Намибийская серная жемчужина Thiomargarita Namibiensis, крошечный гигант

Фото: Sciblogs

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.

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.

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.

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.

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 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.

Читайте также: