Бактерия Photorhabdus luminescens служит оружием нападения для некоторых круглых червей, питающихся насекомыми: когда нематода собирается напасть на жертву, она в первую очередь заражает её бактериями Photorhabdus luminescens. Бактерия же травит жертву коктейлем из токсинов. Исследователи из Института молекулярной физиологии Общества Макса Планка (Германия) обнаружили у Photorhabdus luminescens любопытный механизм, с помощью которого токсин попадает в клетки жертвы.

Схема строения молекулярного шприца, сидящего на мембране (здесь и ниже рисунки авторов работы).Яд бактерий на молекулярном уровне состоит из трёх частей: TcA, TcB и TcC. Этот комплекс садится на мембрану клетки, которую предстоит отравить, и проникает внутрь в виде маленького мембранного пузырька. ТсС после этого попадает из пузырька в цитоплазму и разрушает цитоскелет. Было, однако, непонятно, как ТсС проникает из мембранного пузырька, в котором токсин изолирован от клетки, в саму клетку.

Схема действия молекулярного шприца; оранжевым обозначен токсин ТсС.Учёным под руководством Стефана Раунсера удалось расшифровать механизм работы трёхчастного токсина. Исследователи изучили отдельные комплексы токсина с помощью криоэлектронного микроскопа. Оказалось, что ТсА представлен пятью субъединицами и образует что-то вроде колокола. Внутри колокола формируется канал с узкой и широкой частями (всю конструкцию исследователи сравнивают с рожком вувузелой). Между узкой и широкой частью канала есть затычка, которая отходит при изменениях рН внутри пузырька с токсином. То есть токсин встроен в мембрану, но его ядовитая часть, ТсС, до поры бездействует. Но вот затычка освобождает канал, и колокол узким концом входит глубже в мембрану (то есть корректнее было бы сравнить это не с вувузелой, а со шприцем).

Одновременно токсичный компонент втягивается в канал, где особым образом модифицируется и меняет неактивную пространственную структуру на активную. После превращения в канале ТсС впрыскивается в цитоплазму клетки, где и начинает отравляющую работу.

Такие токсины (они же АВС-токсины) довольно распространены среди бактерий и есть не только у Photorhabdus luminescens, которые живут в симбиозе с энтомопатогенными нематодами. Так что, возможно, эти данные помогут обезвредить патогенные бактериальные виды, опасные для человека. Стоит добавить, что у некоторых бактерий (например, у возбудителя дизентерии) вдобавок к АВС-системе появилась ещё одна «шприцеобразная» методика для доставки токсина. Однако в этом случае сам шприц остаётся связан с бактериальной клеткой, то есть бактерии нужно столкнуться с клеткой-жертвой. У Photorhabdus luminescens шприц с токсином, напротив, отправляется в свободное плавание, и бактерия травит клетки, даже не приближаясь к ним.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Мы привыкли считать суицид отклонением от нормы, обосновывая это биологическими аргументами: дескать, где вы видели, чтобы животные кончали жизнь самоубийством? Это же противоречит эволюции и вообще принципам жизни на Земле. Разумеется, у человека есть множество психических особенностей, которые действительно позволяют ему «отклониться от нормы». Однако с биологическими аргументами всё не так просто: примеры «нормального» суицида можно найти, скажем, среди социальных насекомых, да и программа «разумного самоубийства» существует даже на клеточном уровне и называется апоптозом. Апоптоз включается, когда клетка накапливает слишком много повреждений: она разрушает сама себя, чтобы не испортить жизнь своим соседям и организму в целом.

Бактериофаги на поверхности кишечной палочки (электронная микрофотография EM Gallery).В связи с этим возникает вопрос, когда именно в природе возникла идея жертвенного самоубийства. Результаты работы исследователей из Цюрихского университета и Швейцарской высшей технической школы Цюриха говорят о том, что совершать самоубийство могут не только эукариотические организмы, но и бактерии.

Рольф Кюммерли и его коллеги исследовали поведение кишечной палочки в присутствии вируса-бактериофага. В статье, опубликованной в Proceedings of the Royal Society B, авторы пишут, что, когда бактерия чувствует вирусную атаку, в ней активируется белок, который вместе с другими белковыми молекулами проделывает отверстия в бактериальных оболочках. Образно говоря, кишечная палочка будто наносит себе удары ножом — с теми же последствиями. И в этом случае вместе с ней гибнет и вирусный геном, который успел проникнуть в клетку.

Даже у таких относительно простых организмов, как бактерии, есть суицидальные решения трудных ситуаций, так что идея «разумного самоубийства», по-видимому, стара как жизнь. Однако ключевое слово тут — «разумное»: при самоубийстве организм (или клетка организма) принимают решение в пользу генетически близких особей. То есть животное может принести себя в жертву, но только ради тех, у кого есть его собственные гены, которые являются ему более или менее близкими родственниками. Но в случае кишечной палочки это правило не работает: клетки убивают себя, даже будучи в очень-очень далёком родстве с окружающими.

В этом случае, по мнению авторов, вступает в силу менее очевидное соображение о выгоде суицида. Выгода оценивается по тому, что перевесит: личные плюсы организма, если он останется в живых, или же эволюционно-генетические плюсы, которые получит сообщество в результате его гибели.

В случае с кишечной палочкой мы имеем дело с особенным, хотя и весьма распространённым случаем: организм неизлечимо болен, и в живых всё равно не останется — вирус не даст. Поэтому тут мы имеем нулевую «личную выгоду», на фоне которой эволюционно-генетические соображения неизменно получают преимущество. Заражённая кишечная палочка спасает окружающих, тем самым помогая всему виду, то есть самым общим генам. Хотя, как пишут исследователи, какие-то родственные связи у погибшей клетки с другими клетками всё же есть — возможно, потому что в бактериальных колониях вообще сложно отыскать бактерии одного вида, которые были бы абсолютно чужими друг другу.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Halorubrum lacusprofundi — холодолюбивая бактерия, найденная в сверхсолёном Глубоком озере (Антарктида). Несмотря на свою холодоустойчивость, размножается она при 0–42 °C, а по современным представлениям такие условия (включая повышенную солёность вод) вполне справедливы для подпочвенного Марса.

Необычная форма β-галактозидазы, присущей антарктической бактерии, позволяет ей оставаться активной в растворах спиртов (до 20%), гиперсолёных средах и при почти полном высыхании. (Иллюстрация Shiladitya DasSarma et al.)Шиладитья Дассарма (Shiladitya DasSarma) и его коллеги из Мэрилендского университета (США) обнаружили, что протеины, содержащиеся в этих микробах, имеют pH, делающий их слегка кислыми, в то время как обычно белки живых существ в целом нейтральны. Кроме того, протеины Halorubrum lacusprofundi имеют ещё и некоторые дополнительные особенности, обеспечивающие их носителям выживание в исключительно сложных условиях.

В частности, их поверхность имеет дополнительные модификации, позволяющие ослабить взаимодействие с окружающими молекулами воды. Такие протеины делают бактерии полиэкстремофильными, то есть переносящими одновременно несколько серьёзных стрессовых факторов. Поэтому они не гибнут не только при высокой солёности и низких температурах, но и в 20-процентном водном растворе этанола или метанола (а также ряда других спиртов).

«При столь низких температурах плотность упаковки атомов в протеинах должна быть слегка снижена, что добавляет им гибкости и функциональности в тот момент, когда обычные протеины уже были бы связаны в неактивных структурах, — подчёркивает г-н Дассарма. — Этот вид адаптации, скорее всего, позволит микроорганизмам, подобным Halorubrum lacusprofundi, выживать не только в Антарктике, но и в других местах Вселенной». Так, учёный напоминает, что сходные условия высокой солёности и не слишком высоких температур могут иметь место под поверхностью и на поверхности Марса, равно как и в подлёдном океане Европы, одного из крупнейших спутников Юпитера.

Отчёт об исследовании опубликован в веб-журнале PLoS ONE.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Исследование образцов воды, полученных в мае 2012 года из антарктического озера Восток, показало, что в нем обитают бактерии, которые нельзя отнести ни к одному из известных подцарств бактерий, сообщил РИА Новости сотрудник лаборатории генетики эукариот Петербургского института ядерной физики (ПИЯФ) Сергей Булат.

Фрагменты льда из антарктического озера Восток"Неделю назад был закончен фактически последний анализ (будет еще один, но его результаты вряд ли что-то изменят). После исключения всех известных нам контаминантов (посторонних организмов) была обнаружена ДНК бактерии, которая не совпала ни с одним из известных видов в мировых базах данных. Мы называем эту жизнь неидентифицируемой и неклассифицируемой. Приписать ее к какому-то известному подцарств бактерий не удалось", — сказал Булат.

Ученый представил первые результаты микробиологических исследований образцов воды из озера Восток на конференции в Институте космических исследований РАН.

В воде с керосином

В феврале 2012 года специалисты Российской антарктической экспедиции после десятков лет бурения впервые проникли в скрытое под четырехкилометровой толщей антарктического льда озеро Восток — крупнейшее в Антарктиде подледниковое озеро, которое миллионы лет было изолировано от внешнего мира.

Булат пояснил, что он и его коллеги по лаборатории исследовали образцы "грязной воды" — замерзшей на буровой коронке после проникновения в озеро и доставленной в Петербург еще в конце мае 2012 года.

"Вода была грязная — она замерзла вместе с буровой жидкостью, то есть керосином. Мы получили где-то четверть этого материала, 150 миллилитров, и мы попытались посмотреть, что там может быть необычного. Задача была сложная — сплошные контаминанты (посторонние организмы), и человеческого происхождения, и бактерии, которые живут в буровой жидкости", — сказал ученый.

В этой воде насчитывалось 167 клеток на миллилитр воды — очень низкий уровень "населенности". В частности, в другом антарктическом озере Уилланс количество бактерий составляло тысячи на миллилитр.

После исключения всех известных контаминантов осталось три вида бактерий, которых не было в соответствующей базе данных. Из этих трех две бактерии все равно оценили как контаминанты. Одна из них была способна метаболизировать компоненты керосина, алканы, и она была обнаружена в количестве всего двух клонов — это очень мало. Вторая бактерия была представлена всего одним клоном — это вид Sporosarcina, который обитает везде, — в озерах, почвах, в клинических образцах, даже в чистых комнатах, где собирают космические корабли. Она вездесуща и ее находка все равно расценивалась как контаминация, отметил ученый.

"А вот третья находка оказалась интересной. Потому что это была популяция — было выявлено семь клонов, то есть семь независимых фрагментов ДНК. Сами фрагменты отличались точечными заменами в рибосомной ДНК, что говорит именно о наличии популяции одного вида. Когда мы попытались идентифицировать эту ДНК по мировым базам данных, таким как GeneBank, она не совпала ни с одним из известных видов. Уровень сходства (similarity index) составил меньше 86%. Это фактически "ноль" при работе с ДНК. Уровень 90% уже говорит о том, что организм неизвестный. Идентифицировать его не удалось", — сказал Булат.

Поиски родственников

Фрагменты льда из антарктического озера ВостокЗатем ученые попытались отыскать "родственников" новой бактерии путем построения филогенетических деревьев — цепочек генетического родства, пытаясь приписать ее к какому-то из 40 известных разделов, подцарств царства бактерий.

"И построение филогенетических деревьев тремя разными методами не позволило выявить ни одного родственника, не позволило приписать ее ни к одному из 40 известных разделов", — сказал ученый.

Полярные шапки Марса могут скрывать в себе водоемы, похожие на озеро Восток в Антарктиде, поэтому исследование земного антарктического озера может помочь в поисках жизни за пределами Земли, считает глава Росгидромета Александр Фролов.

Один из методов — классификация с использованием рибосомальной базы данных (Ribosomal Database) — указывал на раздел OD1, то есть на класс бактерий, который до сих пор крайне мало изучен. "Но когда я взял всех известных представителей этого OD1 из GeneBank, чтобы доказать сходство, это не удалось. То есть это — не OD1", — сказал Булат.

"Поэтому мы говорим, что мы нашли пока неизвестную жизнь в озере Восток", — заявил он.

По его словам, на данной стадии ученым осталось провести еще один вид исследования — анализ полноразмерного гена. До сих пор ученые изучали фрагменты длиной 500-700 пар нуклеотидов — "кирпичиков ДНК", — при том что в одном гене примерно 1,5 тысячи пар нуклеотидов. "Если анализ выявит полноразмерные гены, тогда можно будет сказать, что ДНК не деградированная, и скорее всего они живут там", — пояснил ученый.

Но и неудача не будет означать, что новая жизнь не найдена — полноразмерные гены известны только для 10% известных бактерий.

Ждем чистую воду

Булат напомнил, что в середине мая из Антарктиды в Петербург на корабле "Академик Федоров" прибудут пробы чистой озерной воды, замерзшей в скважине и разбуренной в этом сезоне.

"Если из этой чистой воды мы снова выделим те же группы организмов, можно будет уверенно говорить, что мы нашли эту жизнь, которая до сих пор отсутствует в базах данных, никто не знает, что это такое, но мы нашли ее на Земле, не на Марсе. Но если бы такую жизнь нашли на Марсе, точно бы заявили, что это жизнь с Марса", — сказал он.

Он напомнил, что озеро Восток было покрыто льдом около 14-15 миллионов лет, и было изолировано от поверхностной среды и биоты. "Среда там очень неблагоприятная, с течением времени росло содержание кислорода, не было питательных веществ. Бактерии бесспорно существовали в озере до того, как оно покрылось льдом. Мы предполагаем, что произошла эволюция, 15 миллионов лет хватает, чтобы образовался новый вид или даже род", — сказал Булат.

Источник: РИА Новости

Большинство бактерий имеют клеточную стенку — слоистую структуру, состоящую из сложномодифицированных углеводов и окружающую клетку поверх плазматической мембраны. Собственно говоря, в норме у всех бактерий такая стенка есть, и считается, что она была уже у общего предка всех бактерий.

L-формы бактерий, лишённые клеточных стенок (фото Wikipedia).Однако случается, что бактерии утрачивают клеточную стенку, превращаясь в так называемые L-формы. Превращение в L-форму часто происходит под действием неблагоприятных факторов: например, так поступают патогенные бактерии, когда их обрабатывают антибиотиком. Антибиотики часто направлены как раз на разрушение клеточных стенок, и бактерия предпочитает первой избавиться от стенки так, как ей это удобно, и приобрести устойчивость к лекарству.

В связи с этим, однако, возникает вопрос: как такие L-формы делятся? Обычно у бактерий работает сложная молекулярная машина, которая организует «разрезание» клетки пополам и строит в месте деления клеточную стенку. Но L-формы часто принимают самые причудливые очертания, у них образуются выпуклости и поднутрения, и дочерние клетки образуются как будто простым отпочковыванием от материнской. Есть ли механизм, который контролирует размножение L-форм, и в чём он состоит, учёные долгое время не знали, хотя мутации, превращающие нормальные бактерии в L-формы, известны давно.

И вот исследователям из Ньюкаслского университета (Великобритания) под руководством Джеффа Эррингтона удалось выяснить, что нужно L-бактерии для деления. Оказалось, деление L-форм наступает из-за сильного перепроизводства жирных кислот, входящих в состав цитоплазматической мембраны. А перепроизводство происходит из-за генетической особенности ферментов, заведующих синтезом жирных кислот. Чем активнее работает фермент, тем больше получается жирных кислот — а значит, тем шире становится мембрана. И в какой-то момент объём клетки перестаёт успевать за увеличением её поверхности. И тогда бактерия делится. То есть всякая L-форма для успешного размножения попросту должна уметь производить огромные количества жирных кислот для расширения своей мембраны.

Исследователи проверили свои выводы в опытах, в которых у L-форм искусственно увеличивалась площадь мембраны. В результате у бактерий появлялись выпуклости и выпячивания, что в итоге заканчивалось делением, точнее, отпочковыванием дочерней клетки от материнской.

Результаты этих экспериментов опубликованы в журнале Cell. По словам авторов, примерно такая же простая биофизическая закономерность могла управлять делением самых первых клеток на Земле, у которых никаких сложных молекулярных машин для деления ещё и в помине не было.

Источник: КОМЬЮЛЕНТА

Бактерии так долго жили бок о бок с нападавшими на них вирусами-бактериофагами, что в появлении у бактерий «иммунной системы» нет ничего удивительного. Впрочем, назвать этими словами их защиту от фагов можно лишь по аналогии с нашим иммунитетом: никаких антител, а уж тем более специальных клеток, охотящихся за вирусами, у бактерий нет.

Бактериофаги, атакующие кишечную палочку (фото Dennis Kunkel Microscopy).Одна из таких систем называется CRISPR/Cas (clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated proteins). Она настроена на распознавание ДНК, проникшей в клетку, включая и фаговую ДНК. Бактерии с CRISPR/Cas нечувствительны к фагам. Некоторые штаммы холерного вибриона несут в себе такую иммунную противовирусную защиту, и хотя её происхождение остаётся тайной, в целом для возбудителя холеры она нехарактерна.

Однако, как выяснили исследователи из Медицинской школы при Университете Тафтса (США), некоторые фаги способны преодолевать защиту бактерий, причём они делают это с помощью той же самой — бактериальной — «иммунной системы».

Анализируя геномы фагов, выделенных из холерных вибрионов, учёные внезапно обнаружили у вирусов гены системы CRISPR/Cas. Оказалось, что фаги с этими генами могут легко инфицировать штаммы холерного возбудителя, защищённые CRISPR/Cas-иммунитетом, притом что обычные фаги перед такими бактериями пасуют. Как пишут исследователи в журнале Nature, фаговая система CRISPR/Cas взаимодействует с бактериальной и подавляет активность соответствующего участка хромосомы бактерии. И чем лучше последовательность фаговой CRISPR/Cas совпадает с последовательностью бактериальной CRISPR/Cas, тем сильнее подавляется бактериальный иммунитет.

По словам Эндрю Камилли, руководителя работы, эти данные лишь обостряют дискуссию о том, считать ли вирусы живыми. До недавнего времени вирусы в глазах учёных были всего лишь сложными надмолекулярными комплексами, а жизнь начиналась с клетки. То, что доклеточные вирусы могут использовать клеточную иммунную систему бактерий, оказалось большим сюрпризом.

Ну а с практической точки зрения эти данные помогут создать более совершенное биологическое оружие против бактериальных инфекций: сейчас разрабатываются вирусные способы лечения таких инфекций, однако системы защиты бактериальных клеток от фагов порой препятствуют успешному применению этих методов.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Отличительная черта фотосинтеза в растениях — расщепление воды и производство кислорода. Но некоторые группы бактерий занимаются фотосинтезом, не вырабатывая кислорода: окисляя железо, например. Эволюционные биологи полагают, что эти формы фотосинтеза развились первыми и существовали задолго до кислородобразующих.

Поклонение солнцу началось раньше, чем мы думали. (Фото Migara Luvis.)Но когда именно? Окаменевшие микробные маты, сформировавшиеся на мелководье 3,4 млрд лет назад на территории современной Южной Африки, уже содержат следы этого процесса. А если углубиться ещё дальше в прошлое?

Логичнее всего проанализировать самые древние осадочные породы, рассудил Эндрю Цайа из Цинциннатского университета (США). Они находятся в Гренландии и содержат огромные запасы оксида железа — загадка, над которой учёные ломают голову много лет.

Г-н Цайа взялся за изотопный состав проб этого окисленного железа. Выяснилось, что некоторые изотопы сильнее распространены, чем должны были в том случае, если бы железо окислялось случайным кислородом. Более того, изотопный баланс породы менялся от точки к точке.

И то и другое можно объяснить наличием фотосинтезирующих бактерий. Дело в том, что эти микроорганизмы окисляют преимущественно небольшую долю растворённого железа и их предпочтение к тем или иным изотопам варьируется в зависимости от условий окружающей среды. И если г-на Цайа прав, то возникновение фотосинтеза придётся отодвинуть в прошлое на 370 млн лет.

Майк Тайс из Техасского университета A&M (США), один из тех, кто обнаружил следы фотосинтеза в южноафриканских отложениях, считает, что это лучшая из рабочих гипотез, объясняющих столь странное количество окисленного железа в древней породе.

Вильям Мартин из Дюссельдорфского университета (ФРГ) согласен с этим: «Аноксигенный фотосинтез — хороший кандидат в объяснения». «Если бы этот анализ проводился на марсианских породах, то присяжные, несомненно, отказались бы выносить однозначный вердикт, — разглагольствует Мартин Бразьер из Оксфордского университета (Великобритания). — Но на Земле мы склоняемся к бескилородному фотосинтезу».

Результаты исследования опубликованы в журнале Earth and Planetary Science Letters.

Патогенные штаммы сальмонеллы оказались способными к вступлению в своеобразные "союзы" — колонии с особой химической средой, которая защищает ее от появления мутантов-"нахлебников", активно расходующих ресурсы и не приносящих пользы "альянсу", заявляют биологи в статье, опубликованной в журнале Nature.

Бактерия сальмонеллаВ последние несколько лет биологи выяснили, что бактерии умеют поддерживать сложную систему отношений между индивидуальными особями и целыми колониями при помощи специальных сигнальных молекул. Эти молекулы помогают бациллам отличать представителей своего штамма от других микробов этого же вида, и принимать участие в коллективных действиях. Подобные стратегии позволяют бактериям защищаться от врагов и быстро реагировать на появление антибиотиков или других угроз для благополучия колонии.

Группа биологов под руководством Вольфа-Дитриха Хардта (Wolf-Dietrich Hardt) из Высшей технической школы Швейцарии в Цюрихе наблюдала за развитием подобных взаимоотношений внутри колонии Salmonella typhimurium, которая делится на две неравных группы, исполняющих разные функции.

Так, относительно небольшая группа из высоко патогенных клеток отвечает за "безопасность" колонии. Эти бациллы проникают в заражаемые ткани и вызывают воспаление, вынуждая лейкоциты и другие иммунные клетки уничтожить их "конкурентов" — других бактерий. Вторая группа состоит из менее заразных бактерий, которые исполняют роль "генетической копилки", где накапливаются полезные мутации и в которой вырастают "дорогие" с точки зрения ресурсов колонии патогенные сальмонеллы.

Хардт и его коллеги обнаружили, что вторая группа бактерий играет ключевую роль в защите колонии от мутировавших бацилл, потребляющих ресурсы и не исполняющих "общественные" функции. Проследив за жизнью таких бактерий в кишечнике мыши, ученые выяснили, что они защищают себя от "нахлебников", выделяя особый белок HilE. По всей видимости, это вещество не только контролирует численность патогенных сальмонелл, но и защищает колонию от появления "асоциальных" мутантов, заключают авторы статьи.

Источник: РИА Новости

Иногда можно услышать, что эволюция не очень любит искать новые пути — и если есть возможность использовать уже найденное решение, то она так и сделает. Очередное подтверждение этому продемонстрировали исследователи из Университета Британской Колумбии (Канада). Несколько лет назад они ставили эксперимент с эволюцией в пробирке: культуру бактерий Escherichia coli растили в среде, содержащей легко расщепляемую глюкозу и трудно расщепляемый ацетат. Кишечная палочка может работать как с тем, так и с другим субстратом, но, как выяснили учёные, в каждом образце колония бактерий разделялась на две части: одни поглощали только глюкозу, другие специализировались на ацетате.

Эволюция кишечной палочки выбирает надёжные, проверенные пути. (Фото Dr. Dennis Kunkel.)Такое разделение популяции на две части для биологов уже давно не новость. Похожие процессы наблюдали, например, у цихлидовых рыб, амадин и пальмовых деревьев: хотя популяция занимает одну территорию, в ней выделяются экологические подгруппы. В случае бактерий экологическое разделение было обусловлено разными питательными веществами. Но раскол в популяции обычно подкрепляется генетическими изменениями, мутациями. И учёные захотели проверить, какие мутации тут задействованы.

Эксперимент с бактериями ставили в трёх пробирках и из каждой брали по 17 образцов на разных стадиях опыта для генетического анализа. Оказалось, что у бактерий из разных пробирок возникали одни и те же мутации, которые помогали им приспособиться к особенностям среды. И второе: эти мутации возникали в определённой последовательности, то есть сначала у бактерий появлялись изменения, которые позволяли использовать им другой тип пищи, а потом возникал генетический переключатель, переводивший метаболизм с одного пути на другой.

То, что приспособления к среде возникают у организмов в определённом порядке, учёные тоже давно знают, но как это проявляется на генетическом уровне, на уровне мутаций? При этом мы считаем, что вариантов таких приспособлений может быть множество, ведь мутации, как известно, появляются случайно, и отбор может выбрать разные варианты, которые одинаково подходят к решению одной и той же проблемы. Но, по-видимому, хотя мутации и случайны, эволюция предпочитает решать проблему единственным проверенным способом. То есть можно сказать, что эволюцию можно до какой-то степени предсказать.

С другой стороны, как замечают скептики, такая предсказуемость эволюции может иметь место только у тех организмов, которые не знают полового размножения, — у тех же бактерий, например. Кроме того, стоит учитывать, что в своих экспериментах исследователи работали с относительно небольшой и гомогенной популяцией микроорганизмов, и вполне возможно, что в естественных популяциях, гигантских по численности и разнообразных по видовому составу, эволюционные пути не так уж и однообразны.

Результаты исследований опубликованы на сайте PLoS Biology.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Подобно фермерам-людям, муравьи-листорезы (Leafcutter ant) выращивают свои грибковые сады не без помощи азотофиксирующих бактерий. Это открытие группы учёных, возглавляемой профессором Кэмероном Карри (Cameron Currie) из университета Висконсина в Мэдисоне, заставляет биологов под новым углом взглянуть на роль муравьёв в тропических и субтропических лесах.

Муравьиная королева и её выводок в грибковом саду, заботливо выращиваемом в колонии насекомых (фото Michael Poulsen). Исследователи нашли бактерии-азотофиксаторы двух видов в 80 колониях листорезов восьми биологических видов из Аргентины, Коста-Рики и Панамы. Эти бактерии опосредованно (через сады грибов, являющихся основной пищей муравьёв) помогают муравьям приобретать атмосферный азот.

Муравьи-листорезы насчитывают 41 вид (кадры UW-Madison). Серия опытов показала, что усвоенный бактериями-симбионтами N₂ действительно попадает затем в муравьёв. (Ранее только у одного отряда насекомых — термитов — был обнаружен симбиоз с бактериями-азотофиксаторами).

Муравьи-листорезы используют листья как питательную среду для грибов, так что в определённом смысле являются растительноядными. Но ведь известно, что насекомые, питающиеся растениями, ограничены в потреблении азота.

Однако у листорезов таких проблем нет: их многометровые подземные гнезда укрывают миллионы особей. В лесах Амазонки листорезы насчитывают общий вес, в четыре раза больший, чем биомасса всех наземных животных, вместе взятых!

Теперь ясно — в чём кроется секрет эволюционного успеха данных муравьёв: порядка 50 миллионов лет назад, когда у них зародилось "грибное фермерство", насекомые приобрели и партнёров-бактерий, усваивающих атмосферный азот, — этот источник важного элемента позволил муравьям доминировать в своей среде.

"Без азота не существует способа, каким бы эти ребята могли достичь таких больших размеров колонии", — заключает Суен.

Более того, наземные экосистемы тропиков, по сути, бедны азотом, так что вновь обнаруженный его мощный источник может оказаться критически важным: через муравьёв этот элемент попадает по пищевой цепи в остальную часть всей экосистемы.

Источник: MEMBRANA

В 2008 г. на МКС был проведен опыт, камни с одной из прибрежных скал, вместе с обитавшими на них бактериями поместили на 553 дня снаружи международной космической станции. После того, как эти образцы занесли обратно, оказалось, что большинство бактерий несмотря на открытый космос смогли выжить. Это уже не первый случай, когда бактерии и вирусы выживают в открытом космосе.

Подробнее...

Полтора года в условиях радиации, жёстких перепадов температур и вакуума, высасывающего любую влагу. Трудно поверить, что крошечные бактерии способны пережить такое издевательство. Однако скромные покорители космоса продемонстрировали завидную выносливость, чем не только порадовали, но и удивили астробиологов.

Астронавты забирают образцы породы с внешней платформы европейской космической лаборатории Columbus (фото NASA) Любопытное исследование провели учёные из британского Открытого университета (Open University). Они взяли несколько кусочков скалы из английской деревни Бир (Beer, название, кстати, происходит не от пива, а от старого англо-саксонского bearu — роща) и отправили их на орбиту.

В 2008 году камни эти закрепили снаружи европейского модуля Международной космической станции, где они и провели полтора года.

Кусочки камня для эксперимента были взяты непосредственно от прибрежной известняковой скалы (фото OU/PSSRI)Исследователей интересовало вовсе не воздействие враждебной среды на скалы: поверхность этой породы покрывали колонии микроорганизмов. К удивлению авторов опыта, оказалось, что многие испытуемые остались в живых. Ныне они возвращены на Землю и процветают в одной из лабораторий Открытого университета.

Ранее было известно, что споры бактерий и вирусы могут выжить в таких условиях, но это первый случай, когда "издевательство" успешно перенесли фотосинтезирующие цианобактерии. Вид микробов-космонавтов пока не идентифицирован (условно его назвали OU-20), но учёные склоняются к тому, что он принадлежит роду Gloeocapsa.

Одна из участниц проекта Карен Олссон-Френсис (Karen Olsson-Francis) рассказала, что подобные эксперименты призваны отобрать самые выносливые микробы, которые могли бы пригодиться людям в дальних космических полётах и в колониях на других планетах. Такие бактерии потенциально способны утилизировать отходы в системах жизнеобеспечения или добывать полезные вещества из грунта и горных пород.

Единичная клетка OU-20 и колония таких микробов (фото OU/PSSRI) Правда, как именно микробы ухитрились вынести воздействие открытого пространства – биологи пока не знают. Есть лишь первые предположения. Скажем, у этих маленьких космических путешественников толстая клеточная стенка. Это одна из возможных причин повышенной стойкости данных организмов.

Ещё один автор эксперимента — Чарльз Кокелл (Charles S. Cockell) – говорит: "Gloeocapsa формируют колонии из нескольких клеток, которые, вероятно, защищают бактерии в центре от воздействия ультрафиолетового излучения и дают некоторое сопротивление к высыханию".

Также учёные связывают данный вид с некоторыми сородичами-экстремофилами из Антарктики и пустынь и по аналогии с ними предполагают, что у OU-20 хорошо работает ремонт ДНК.

В 2007 году, кстати, те же бактерии успешно прожили в открытом космосе 10 дней. Этот опыт проводился в рамках эксперимента "Биопан-6" на борту российского спутника "Фотон-М3". Причём другими пассажирами в том полёты были тихоходки — первые животные, выжившие вне герметичного объёма космического аппарата.

Во всех случаях исследователи заранее не представляли – выживут ли микроорганизмы и какой вид сумеет это сделать. В космос отправлялись кусочки скал с многообразным сообществом клеток без предварительного анализа, а далее их судьбу вверяли естественному отбору.

Зато теперь британские естествоиспытатели могут продолжить проверку бактерий на выносливость в экстремальных условиях, изначально обращаясь к уже зарекомендовавшему себя штамму. Кто знает, какой сюрприз он ещё сможет преподнести. 

Источник: MEMBRANA

Более миллиарда лет прошло от появления одноклеточных до "изобретения" ядра клетки и рождения ряда других новшеств. Только тогда открылась дорога к первым многоклеточным существам, давшим начало трём царствам животных, растений и грибов. Европейские учёные выдвинули новое объяснение этого преображения, идущее вразрез с существовавшими до сих пор представлениями.

Эукариоты сумели завоевать мир в первую очередь потому, что придумали митохондрии – специализированные энергетические узлы клетки (на этой модели они показаны розовым) (фото Donald Bliss, Sriram Subramaniam, National Library of Medicine, NIH) Прокариоты (доядерные одноклеточные) родились приблизительно 3,8 миллиарда лет назад. Более продвинутые по строению организмы — эукариоты (их клетки содержат ядро) — возникли более двух миллиардов лет назад. И от них порядка одного миллиарда лет назад уже стартовала эволюция многоклеточных существ.

Длина митохондрий колеблется примерно от 1 до 70 микрометров, а диаметр – от 0,5 до 10 мкм (иллюстрация Odra Noel)Теперь два таких создания – Ник Лейн (Nick Lane) из университетского колледжа Лондона (UCL) и Уильям Мартин (William Martin) из института ботаники университета Дюссельдорфа – разработали оригинальную теорию. По ней выходит, что ключом к появлению эукариот стало не изобретение ядра (как рассуждали учёные 70 лет), а возникновение митохондрий.

Принято считать, что сначала от прокариот родились более совершенные ядерные клетки, полагавшиеся на старые энергетические механизмы, а уже позже новобранцы обзавелись митохондриями. Последним отводилась важная роль в дальнейшей эволюции эукариот, но не роль краеугольного камня, лежащего в самой её основе.

"Мы показали, что первый вариант не сработает. Для развития сложности клетки ей необходимы митохондрии", — поясняет Мартин. "Наша гипотеза опровергает традиционную точку зрения, будто переход к эукариотическим клеткам требовал только лишь надлежащих мутаций", — вторит ему Лейн.

По теории симбиогенеза, митохондрии (так же как и пластиды) первоначально были отдельными одноклеточными организмами. Их захватили другие клетки, превратив в эндосимбионтов. Постепенно "квартиранты" утратили способность к самостоятельному существованию и превратились в органоиды.

Уильям и Ник говорят, что этот удачный шаг случился лишь один раз за всю историю эволюции. Вместо того чтобы стать паразитом и эксплуатировать клетку-хозяина, убивая её, предок митохондрии и приютившая его клетка пошли на сотрудничество.

Число митохондрий (показаны красным) в одной клетке варьируется от единственного экземпляра (в основном в одноклеточных эукариотах) до двух тысяч (например, в клетках печени человека) (иллюстрация Odra Noel)Появление митохондрий в плане энергетики можно сравнить с изобретением ракеты после телеги, ведь ядерные клетки в среднем в тысячу раз больше по объёму, чем клетки без ядра.

Последние, казалось бы, тоже могут расти в размерах и сложности устройства (тут есть единичные яркие примеры). Но на этом пути крохотных существ ждёт подвох: по мере геометрического роста быстро падает отношение площади поверхности к объёму.

Между тем простые клетки генерируют энергию при помощи покрывающей их мембраны. Так что в крупной прокариотической клетке может быть полным-полно места для новых генов, но ей просто не хватит энергии для синтеза белков по этим "инструкциям".

Простое увеличение складок внешней мембраны положение не особо спасает (хотя и такие клетки известны). С данным способом наращивания мощности увеличивается и число ошибок в работе энергетической системы. В клетке накапливаются нежелательные молекулы, способные её погубить.

Митохондрии — блестящее изобретение природы. Увеличивая их количество, можно наращивать энергетические возможности клетки без роста её внешней поверхности. При этом каждая митохондрия обладает ещё и встроенными механизмами контроля и ремонта.

Сравнение энергетики разных клеток и их схемы. a) – средний прокариот (Escherichia), b) – очень крупный прокариот (Thiomargarita) и (c) средний эукариот (Euglena). На диаграммах показаны (сверху вниз): мощность (ватты) на грамм клетки (d), мощность (фемтоватты) на один ген (e) и мощность (пиковатты) на гаплоидный геном (f) (иллюстрации Nick Lane, William Martin/Nature)Авторы работы посчитали, что средняя эукариотическая клетка теоретически может нести в 200 тысяч раз больше генов, чем средняя бактерия. Эукариот можно представить как библиотеку с большим числом полок — заполняй книгами вволю. Ну а более протяжённый геном — это основа для дальнейшего совершенствования строения клетки и её метаболизма, появления новых регуляторных цепей.

По вычислениям Лейна и Мартина, на каждый ген своего наследственного кода эукариоты располагают на четыре-пять порядков большим запасом энергии, чем бактерии. С этой точки зрения бактерии находятся на дне энергетической пропасти, выбраться из которой они не могут.

Переход клеток к выработке энергии с помощью митохондрий можно сравнить с промышленной революцией. Вместо того чтобы линейно наращивать размер мануфактуры, клетки пошли на качественное изменение: они построили "завод" и поставили в него ряды специализированных "станков".

Потому, несмотря на миллиарды лет существования, прокариоты и поныне остались относительно простыми существами, а эукариоты давным-давно изобрели новые средства передачи сигналов между клетками и шагнули в сторону многоклеточных форм жизни. Нас с вами.

Теория европейских учёных, кстати, может пригодиться и в оценке вероятности существования сложных форм жизни на других мирах.

Дело в том, что примеры поглощения бактериями других клеток — крайне редки. Это означает, что, однажды возникнув, жизнь на многие эоны может задержаться на простой одноклеточной стадии. До тех пор, пока счастливый случай не поможет ей изобрести внутриклеточные энергетические фабрики. "Основные принципы являются универсальными. Даже инопланетянам необходимы митохондрии", — заключает Лейн. 

Источник: MEMBRANA

Надцарство: Прокариоты

Общие сведения

Прокариоты (лат. Procaryota, от лат. pro — «перед», «до» и греч. karyon — «ядро»), или безъядерные — одноклеточные живые организмы, не обладающие (в отличие от эукариот) оформленным клеточным ядром.

Рис.1. Строение типичной клетки прокариотДля клеток прокариот характерно отсутствие ядерной оболочки, ДНК упакована без участия гистонов.

Генетический материал прокариот представлен одной молекулой ДНК, замкнутой в кольцо, имеется только один репликон. В клетках отсутствуют органоиды, имеющие мембранное строение.

Характерные особенности прокариот

• Отсутствие оформленного ядра
• Наличие жгутиков, плазмид и газовых вакуолей
• Структуры, в которых происходит фотосинтез — хлоросомы
• Формы размножения — бесполый способ, имеется псевдосексуальный процесс, в результате которого происходит лишь обмен генетической информацией, без увеличения числа клеток.
• Размер рибосомы — 70s(по коэф. седиментации различают и рибосомы др. типов, а также субчастицы и биополимеры, входящие в состав рибосом) [1].

Эволюция прокариот

Первые простейшие одноклеточные организмы (прокариоты) появились более 4 млрд лет назад. Недавно в самых древних на Земле осадочных породах времен архея, найденных в юго-западной части Гренландии, были обнаружены следы сложных клеточных структур, возраст которых составляет по крайней мере 3,86 млрд лет. 

По одной из теорий около 4,1 - 3,6 млрд лет назад во времена эоархейского периода из существовавшего в то время разнообразия одноклеточных живых существ (прокариот) (рис. 1) проживавший тогда первый наш общий предок разделился на несколько ветвей, которые в последствии в свою очередь разделились на ныне существующие царства (животных, растений, грибов, протистов, хромистов, бактерий, архей и вирусов). Со временем остальные жители того периода не выдержали с ними конкуренции и исчезли с лица Земли.

По другой теории - как такового общего предка не существовало, а первые обитавшие в то времы простейшие с помощью горизонтального переноса генов между собой, постояно эволюционировали. Предполагается, что на самых ранних этапах эволюции существовало некое общее генное "коммунальное хозяйство". Картина эволюционных связей в мире предковых прокариот представляла собой не столько дерево, сколько своего рода мицелий с переплетенной сетью горизонтальных переносов в самых разнообразных и неожиданных направлениях. По мере усложнения организмов и развития механизмов полового размножения и репродуктивной изоляции горизонтальный перенос становился более редким явлением. В это же время благодаря вирусам-бактериофагам у бактерий появляется и простейшая имуная система. [2]

В отличае от эукариотической клетки, прокариотическая клетка генерирует энергию не с помощью митохондрий (которые у нее отсутствуют), а с помощью покрывающей  их мембраны. В следствие этого,  прокариотической клетки не хватит энергии для синтеза белков. Простое увеличение складок внешней мембраны положение не особо спасает (хотя и такие клетки известны). С данным способом наращивания мощности увеличивается и число ошибок в работе энергетической системы. В клетке накапливаются нежелательные молекулы, способные её погубить. Все это привело к тому, что прокариотические клетки так и остались в тысячи раз меньше эукариотических и их геномный материал в разы меньше более совершенных эукариот.

Разделение классификации прокариот:

Несмотря на сухие ветра и ультрафиолетовое излучение, бактерии не только выживают в верхних слоях атмосферы, но и влияют на погоду и климат.

Фото iStockphoto / Thinkstock Костас Константинидис их Технологического института штата Джорджия (США) и его коллеги проанализировали образцы воздуха, которые были взяты в ходе шестинедельного проекта по изучению ураганов, организованного НАСА в 2010 году.

В воздушных массах на высоте около 10 км над Мексиканским заливом, Карибским морем, Атлантическим океаном и континентальной частью США выявлено 314 семейств бактерий. В среднем в кубометре содержалось 5 100 клеток. Свыше 60% микробов были ещё живы. Интересно, что на бактерии пришлось около 20% общего количества частиц — биологических и небиологических: это более высокий показатель, чем в атмосфере близ поверхности планеты.

Одна из ближайших задач — выяснить роль этих организмов.

Генетический анализ показал, что некоторые микробы в верхних слоях атмосферы имеют отношение к бактериям, ускоряющим образование кристаллов льда и конденсацию облаков. Нуклеация, как известно, происходит, когда молекулы воды в воздухе осаждаются на пылинках или частицах сажи. В этой роли, по-видимому, могут выступать и микроорганизмы. В зависимости от температуры такие скопления иногда перерастают в крупные капли воды или шарики льда, а последние — в дождевые или снеговые тучи.

Новые данные подтверждают гипотезу о том, что бактериальные сообщества могут повлиять на погоду и климат, особенно в верхних слоях атмосферы, где пыли сравнительно мало.

Образцы, собранные до, во время и после двух ураганов, также позволили изучить воздействие экстремальных погодных условий на атмосферный микробиом: бури поднимают высоко в небо большое количество новых клеток, в том числе фекальных бактерий.

Бактериальный состав разнится в зависимости от места и времени, но во всей выборке ядро микробиома составляли одни и те же 17 видов бактерий. Они, вероятно, питаются щавелевой кислотой — одним из самых распространённых в небе соединений. Возможно, даже размножаются...

Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Источник; КОМПЬЮЛЕНТА

Ученые культивировали бактерию, которая жила на Земле 100 тысяч лет назад. Сохранить микроорганизм помогли микропузырьки, которые образовались в соляных кристаллах Долины Смерти.

Биотехнологии воскресили древнюю бактерию По химическому составу небольших пузырьков, которые вкраплены в структуру минералов (флюидные включения), геологи делают выводы об условиях образования породы, о процессах формирования руды и геохимической эволюции. Долгое время биологи гадали, можно ли из таких водных вкраплений, которые сформировались сотни тысяч лет назад, выделить микроорганизмы. И будут ли эти микроорганизмы по-настоящему древними.

Профессор Тим Ловенштейн (Tim Lowenstein) из университета Вингамтона (Binghamton University) и его коллега Коджи Люм (J. Koji Lum) исследовали содержимое пузырьков внутри соляных кристаллов, собранных в Калифорнии — в национальном парке Долина Смерти (Death Valley). Образцы кристаллов собирались собственно в Долине Смерти, а также в Соляной долине (Saline Valley). Оказалось, что в заключенных в соль капельках воды законсервировалась целая экосистема – бактерии и водоросли.

«Во флюидных включениях присутствуют бактерии и одноклеточные водоросли, которые, по всей видимости, стали пищей для микроорганизмов», — говорит руководитель исследования Тим Ловенштейн.

Ученые исследовали и секвенировали ДНК обнаруженных бактерий. С помощью биотехнологий исследователи культивировали древнюю бактерию. Геологи проанализировали химический состав «заключенной экосистемы» и предположили, что она существовала более 100 000 лет назад при температуре более 50 ^оС.

Ученые отмечают, что «воскрешенная» бактерия поможет разобраться с эволюционными пробелами в истории Земли. «Можно сказать, что мы нашли маленькую машину времени, которая перенесла нас на 100 000 лет назад», — говорят исследователи.

Американский Национальный научный фонд (National Science Foundation) поддержал ученых, выделив им $400 тысяч на дальнейшее культивирование древних бактерий.

Источник: Infox.ru

Биохимики раскрыли тактику химической борьбы одних бактерий с другими за место под солнцем. Возможно, в будушем ученые придумают, как поставить микробные войска на службу человеку.

Кишечная палочкаВ социальной жизни бактерий присутствует как кооперация, так и конкуренция. Способность бактерий вести друг с другом химические войны известна давно. Исследователи из Университета Северной Каролины (University of North Carolina) в Чапел-Хилле (Chapel Hill) и Калифорнийского университета (University of California) в Санта-Барбаре выяснили детали ведения этих войн и особенности устройства бактериального химического оружия. Теперь ученые обдумывают, как использовать микробное оружие с пользой для человека.

Яды и противоядия

«Наши результаты показали, что все устроено намного сложнее, чем считалось ранее, — говорит Пегги Коттер (Peggy A. Cotter), доцент микробиологии и иммунологии Калифорнийского университета. – Бактерии сражаются друг с другом, используя «отравленные стрелы», причем яд в наконечниках этих стрел у каждой бактерии свой. Но против каждого яда есть противоядие (иммунный белок), благодаря которому бактерия устойчива к своему же яду».

Эту систему впервые обнаружили у бактерий кишечной палочки E. coli. Клетки определенного штамма бактерий выделяли в окружающую среду некое вещество, которое подавляло рост бактерий другого штамма. Ученые выяснили, что система состоит из трех компонентов: собственно яд — белок CdiA; белок CdiB, который облегчает выделение белка CdiA с поверхности клетки; иммунный белок CdiI, который нейтрализует действие белка CdiA. Но это общее представление. А механизмы, по которым действуют все эти белки, до сих пор известны не были.

Теперь биологи показали, что белок CdiA подавляет рост других бактериальных клеток при контакте с ними С-концом (несущим свободную карбоксильную группу СООН). В других бактериальных клетках при этом активизируются ферменты нуклеазы, разрушающие ДНК. В результате их деятельности, в частности, уничтожаются плазмиды – дополнительные кольцевые бактериальные ДНК.

Война с чужими под защитой своих

Иммунный белок CdiI инактивирует активный конец белка только своей или родственной бактерии, ориентируясь на особенности аминокислотной последовательности. То есть, иммунный белок подавляет токсин только своего штамма, чтобы избежать самоотравления бактерии. Ученые проанализировали аминокислотную последовательность белка CdiA и нашли, что критическим для опознавания его иммунным белком служит участок из 12 аминокислот на С-конце белка. Если лишить белок CdiA этой метки, то иммунный белок на него не подействует, и бактерия погибнет от самоотравления. По мнению ученых, это примитивная форма родственного отбора: бактерии убивают чужих, но не трогают своих.

Оружие врага надо использовать

Оказалось, такая система широко распространена среди разнообразных микроорганизмов, в том числе и среди патогенных. Интересно, что некоторые бактерии используют не один, а сразу несколько белков-токсинов и нейтрализующих их иммунных белков. Ученые полагают, что они приобретают дополнительное оружие путем горизонтального переноса генов. «Это можно сравнить с тем, что племя, победив своих врагов, забирает себе их отравленные стрелы и включает их в свой арсенал», — объясняет Коттер.

Специалисты считают, что раскрыв «военные секреты» бактерий, можно использовать их во благо человечества. «Возможно, когда-нибудь нам удастся сконструировать непатогенный микроорганизм, снабдив его оружием против патогенных бактерий. И запустить это микробное войско в окружающую среду для ее обеззараживания», — говорит Коттер.

Статья про то, как бактерии ведут химическую войну, опубликована в последнем выпуске Nature.

Источник: Infox.ru

Согласно гипотезе российских ученых, бактерия чумы появилась из псевдотуберкулеза в позднем плейстоцене в Ценнтральной Азии. Видообразованию помогло похолодание. И оригинальный способ, которым грызуны защищались от холода.

Тарбаган (монгольский сурок) В последнее время появилось много попыток реконструировать распространение по миру возбудителя чумы и дать биологическое объяснение пандемиям, поражавшим человечество. Напомним, что наиболее сокрушительными оказались три эпидемии: «юстинианова чума» (551–580 гг), возникшая в византийской империи, «черная смерть» (1346−1351 гг), которая унесла треть населения Европы, и пандемия конца XIX – начала XX века. Сегодня ученые располагают молекулярно-генетическими методами, позволяющими анализировать древнюю ДНК и сравнивать различные популяции бактерий по всему миру. Чуму изучают и российские ученые. Виктор и Нина Сунцовы из Института проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН на основании результатов многолетнего исследования природных очагов в популяциях грызунов предложили модель возникновения чумной палочки (Yersinia pestis ) из бактерии псевдотуберкулеза (Yersinia pseudotuberculosis) в позднем плейстоцене около 20 тысяч лет назад.

Разные подходы к одному явлению

То, что предком чумной бактерии стал возбудитель псевдотуберкулеза, вызывающий дальневосточную скарлатиноподобную лихорадку, доказано бесспорно. Но дискуссионным остается вопрос, где и как это могло произойти. Как объяснил корреспонденту Infox.ru Виктор Сунцов, молекулярные генетики считают, что в основе преобразования псевдотуберкулезного микроба в возбудителя чумы лежит горизонтальный перенос генов. Это явление, когда микроорганизмы, соседствуя в популяциях, могут обмениваться между собой генами. Таким способом, предполагают ученые, бактерия псевдотуберкулеза приобрела со стороны специфические плазмиды (дополнительные кольцевые фрагменты бактериальной ДНК), генные блоки и многочисленные мобильные генетические элементы. Плазмиды pFra и pPst в большой мере обеспечивают вирулентность и патогенность бактерии. Но, подчеркивает доктор Сунцов, никто из молекулярных генетиков не описывает, откуда взялись эти генные элементы и при каких условиях в природе мог произойти процесс их горизонтальной передачи. С точки зрения российских ученых, молекулярно-генетический подход, при многих его преимуществах над классическими, рассматривает возникновение нового вида в отрыве от окружающей среды. Особенность работы российских ученых состоит в опоре на классический экологический подход.

Чумная бактерия живет не только от эпидемии к эпидемии, а постоянно сохраняется в природных очагах, включающих два компонента – популяции грызунов и блох. Возбудитель паразитирует в крови грызунов и передается от одного зверька к другому через блох, у которых микроб сохраняется в пищеварительном тракте. Бактерия чумы – паразит крови и лимфы. Но интрига в том, что бактерия псевдотуберкулеза, прямой предок возбудителя чумы – кишечный паразит. Гипотеза российских ученых объясняет, как могло произойти такое изменение паразитической природы возбудителя инфекции.

Как сурок и блоха вывели чуму

Виктор Сунцов и его коллеги работали в центральноазиатском природном очаге чумы в Туве. Здесь живет монгольский сурок-тарбаган (Marmota sibirica), на котором паразитируют блохи (Oropsylla silantiewi). В этой паразитарной системе и циркулирует исходная, наиболее древняя чумная бактерия (Yersinia pestis). Биологи считают, что условия для ее появления сложились в конце позднего плейстоцена (сартанский период в Азии, 22−15 тыс. лет назад). Это время характеризуется максимальным за весь период кайнозоя похолоданием, когда в Центральной Азии сложился ультраконтинентальный климат, при котором почва зимой промерзала до двух метров, включая зимовочные гнезда сурков. При такой холодной зимовке личинки блох, обычно живущие в выстилке гнезда и питающиеся органическим субстратом, переходят на тело спящего сурка. Перемещаясь в его шерсти, некоторые из них оказываются в ротовой полости и начинают питаться тканью слизистой оболочки ротовой полости, при этом наносят микротравмы. Эти микротравмы и становятся теми воротами, через которые бактерия псевдотуберкулеза попадает в кровь. Кровь спящего сурка не свертывается, и ротовые раны кровоточат длительное время.

А в ротовой полости бактерии оказываются из-за особенности поведения монгольского сурка. Перед началом зимовки эти грызуны затыкают вход зимовочной норы пробкой, сделанной из лепешек собственных экскрементов и из смеси фекалий с камешками и щебнем. Для этого они накапливают экскременты в специальных «туалетных» камерах. Поскольку строительный материал они переносят во рту, туда же попадают бактерии из фекалий.

Итак, бактерия попадает в кровь монгольского сурка, откуда она уже не может выйти во внешнюю среду (только в пищеварительный тракт блохи и обратно в кровь хозяина при укусах блох). Таким образом, микробы оказываются в изолированной популяции, а это, если следовать постулатам эволюционной теории, благоприятствует появлению изменений. К тому же, в этой системе складывается своеобразный температурный режим. Температура крови глубоко спящего сурка составляет около 5 градусов. Но животные часто просыпаются, при этом температура их тела постепенно в течение суток поднимается до 37 градусов. Сурки зимуют группами до 20 зверьков, и просыпаются неодновременно. Так что в любой момент времени блоха может кусать зверьков с самой разной температурой крови. Ученые считают, что именно такая среда создала условия для постепенной эволюции бактерий, поскольку микроб псевдотуберкулеза хорошо переносит холод, а чумной микроб наиболее ярко проявляет свои видовые свойства в организме теплокровных хозяев, имеющих температуру тела 37 градусов.

В этой замкнутой системе, согласно гипотезе, бактерия видоизменилась и через промежуточные формы постепенно приобрела все видоспецифические генетические элементы, то есть, превратилась в высоковирулентную и высокопатогенную бактерию чумы. В промежуточной среде, начиная с 26 градусов, бактерии чумы начинают синтезировать антибиотик пестицин, который убивает конкурентов – таким способом новый вид отделился от своего предка.

Виктор Сунцов считает, что новообразованного возбудителя чумы следовало бы отнести к новому роду или даже семейству, так как микроб полностью сменил образ жизни. Но для сохранения привычной системы обе бактерии, старую и новую, относят к одному роду Yersinia.

Чума завоевала мир благодаря крысам

Дальнейшее распространение возбудителя, по мнению российских биологов, происходило по принципу «масляного пятна», медленно расползающегося из Центральной Азии с участием других систем «грызун-блоха». «В результате в течение голоцена граница естественного природного ареала чумы охватила обширные пространства с востока на запад – от Маньчжурии до Кавказа и Иранского Курдистана, и с севера на юг – от Южной Сибири, северного Казахстана и северного Прикаспия до юга Индостана», — пояснил Сунцов. В процессе этого распространения формировались разные подвиды микроорганизма. А затем в дело вступил человеческий фактор, и чумная бактерия передавалась уже в антропогенных очагах при помощи крыс. С крысами на кораблях чума преодолела моря и океаны и завоевала Африку и Новый Свет.

По мнению Виктора Сунцова, данный сценарий соответствует современному эволюционному учению – синтетической теории эволюции. Российские биологи подчеркивают, что стоят на позициях дарвинизма. С этих позиций видообразование происходит путем постепенного накопления изменений в изолированной популяции в условиях определенной окружающей среды. Один вид дает начало другому виду через отделившиеся популяции промежуточных форм, а не скачком. Биолог считает, что предложенный сценарий возникновения чумного микроба может служить наглядной иллюстрацией дарвиновского принципа видообразования.

Источник: Infox.ru

Специалисты из Морской биологической лаборатории (США) обнаружили любопытный экологический феномен: они нашли такие бактерии, которые живут только в водах Арктики и Антарктики — и нигде больше. С одной стороны, ничего удивительного, но давайте задумаемся, что может ограничивать бактерии в их перемещениях. Даже их сухопутные виды распространены невероятно широко, путешествуя по воздуху и с атмосферными осадками, что уж говорить о водных бактериях, которые могут дрейфовать, куда им вздумается.

Воды Арктики и Антарктики — единственное место обитания некоторых бактерий. (Фото Herb Schmitz.)Разумеется, есть виды, предъявляющие особые требования к среде обитания. Например, облигатные анаэробы живут только там, где нет кислорода. Но в данном случае речь идёт, если можно так выразиться, об «обычных» бактериях, которым, казалось бы, никаких особых условий не нужно.

Исследователи использовали данные массовой «переписи» морских бактерий, которая проводилась учёными разных стран на протяжении шести лет, с 2004 по 2010 год. Они старались охватить как можно больше экологических зон, от поверхностных слоёв воды до горячих источников на дне, от прибрежных территорий в тропиках до подлёдных вод на полюсах. Разумеется, предполагалось, что разные бактерии будут тяготеть к разным областям, разным водным массам, что распространение представляет собой сложный рисунок, а не монотонное распределение по Мировому океану. В конце концов, бактериям для оптимального роста нужны определённые температуры и кислотность среды, солевые условия и т. д.

Однако, повторим, никто не ожидал, что некоторые полярные бактерии окажутся столь привередливыми в выборе мест обитания, хотя им вроде бы ничто не мешает появляться в других местах. Можно вспомнить про течения, которые способны формировать физический, географический барьер для распространения микроорганизмов, однако авторы работы полагают, что к течениям добавляются ещё и некие геохимические препятствия, которые не пускают бактерии дальше определённого участка океана. Но что это за препятствия?.. Пока ясно лишь одно: мы всё ещё слишком мало знаем об особенностях морских экосистем, притом что от них (и в первую очередь от бактерий, в этих экосистемах обитающих) зависит, без преувеличения, здоровье всей планеты.

Результаты исследования будут опубликованы в журнале PNAS.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Изумрудная тараканья оса ведёт себя подобно многим другим паразитическим осам: найдя американского таракана, она парализует его, оттаскивает в нору и откладывает на него яйцо. Личинка, вылупившись, питается свежим мясом пока ещё живого таракана.

Изумрудная тараканья оса и её жертва (фото Radio Ga Ga Broadcasts Again)Однако даже живой таракан буквально набит разными бактериями, которые могут доставить множество неприятностей не только человеку, но и личинке осы. Как выяснили зоологи из Университета Регенсбурга (Германия), личинки учитывают сильнейшую антисанитарию внутренностей таракана и… дезинфицируют их, перед тем как съесть. Исследователи сумели понаблюдать за жизнью личинки изумрудной осы внутри жертвы, сделав в таракане что-то вроде крохотного окна: получилось этакое реалити-шоу «Дом», правда, совсем уж неаппетитное. Учёные сделали видео с личинкой, которая покрывает ткани таракана своим секретом, выделяемым изо рта.

Проведя химический анализ секрета личинки, учёные обнаружили в нём меллеин и микромолид, которые замедляют рост ряда микроорганизмов. Например, эти вещества неблагоприятны для бактерии Serratia marcescens, которая чаще прочих встречается в организме таракана и относится к роду серратий, вызывающих тяжёлые заболевания, от кишечных токсикозов до сепсиса и пневмонии. Сама по себе бактерия может довольно быстро убить личинку, но у той есть средство защиты — обеззараживающий антибактериальный секрет.

Результаты своей работы учёные опубликовали в журнале PNAS.

В мире около 80 тысяч видов паразитических ос. Несмотря на то что взрослые насекомые изучены довольно хорошо, поведение личинок этих ос остаётся во многом загадкой. Очевидно, что большинство из них сталкиваются с проблемой заражения своих хозяев бактериями, но конкретные антибактериальные механизмы известны лишь у единичных видов. Так, личинки Pimpla turionellae обеззараживают хозяина-бабочку с помощью секрета, выделяемого из ануса. А пчелиные волки, вскармливающие личинок пчёлами, покрывают тела своих жертв особым маслянистым секретом, который препятствует проникновению воды в ткани пчелы и тем самым замедляет развитие грибов и других патогенов. Надо думать, что это лишь вершина айсберга — и по мере дальнейшего изучения паразитических ос откроются и другие антибактериальные средства защиты, с помощью которых насекомые обеззараживают свою еду.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА