Бактерии вирусы на магните
Обновлено: 13.05.2024
В работе были использованы музейные и клинические штаммы E. coli , S. aureus , P. aeruginosa. Для выполнения поставленных задач использовали различные микробиологические, генетические и биохимические методы исследования.
Эксперименты по изучению воздействия электромагнитного излучения на частотах молекулярных спектров излучения и поглощения оксида азота и атмосферного кислорода проводились на впервые разработанных в Центральном научно-исследовательском институте измерительной аппаратуры г. Саратова генераторах, в которых возбуждались электромагнитные колебания, имитирующие структуру молекулярного спектра поглощения и излучения атмосферного кислорода на частотах 129 ± 0,75 ГГц и оксида азота 150 ± 0,75 ГГц.
В работе использовались два типа генераторов: стационарный и малогабаритный.
Точное значение заданной частоты определяли в соответствии с международной базой данных молекулярных спектров высокого разрешения HITRAN, созданной с участием космического агентства и с учетом поправок на атмосферное давление и температуру окружающей среды.
Малогабаритный генератор: разрешен к производству, продаже и применению в медицинской практике на территории РФ приказом Росздравнадзора от 14 августа 2009 года №. 6507-Пр./09.
Малогабаритный генератор использовался для облучения животных, при экспериментальной раневой инфекции; во всех остальных экспериментах использовался стационарный генератор.
Влияние электромагнитного излучения (ЭМИ) на частотах МСПИ NO и МСПИ O2 на динамику развития популяций бактерий
В микробиологии успех любого исследования во многом зависит от того, настолько изучены характер роста данного микроорганизма и его питательные потребности. Характеристики роста отражают физиологические особенности микроорганизмов. Любое изменение внешней среды для растущих клеток можно рассматривать как стрессорные факторы. Первоначальный ответ микробных клеток на любой стресс направлен на то, чтобы нивелировать вызванные им сдвиги внутриклеточного равновесия и обеспечить свое выживание. Почти во всех случаях этот первый ответ основан на уже действующих биохимических механизмах. Во вторую очередь могут происходить изменения в экспрессии генов – для синтеза новых компонентов или для стимуляции имеющихся систем.
Установлено, что электромагнитное излучение на частотах МСПИ О2 и МСПИ NO в течение 15 и 30 минут, проведенное через 1 час от начала культивирования, не влияет на развитие популяции.
Из представленных данных (рис. 1-4) видно, что 15 минутное воздействие ЭМИ на частотах МСПИ О2 и МСПИ NO, оказанное на 6-м часу культивирования, также практически не влияло на развитие популяции. Оптическая плотность облученных культур как кишечной палочки, так и стафилококка незначительно возрастала, но разница с контрольной пробой статистически недостоверна (р>0,05).
Рис. 1. Кривые роста культур E. coli при воздействии ЭМИ на частоте МСПИ O2 через 6 часов от начала культивирования
Показатели оптической плотности культур E. coli и S. aureus, облученных ЭМИ на частоте МСПИ NO на 6-м часу культивирования в течение 30 минут, были немного ниже, чем контрольные, но эта разница статистически недостоверна (р>0,05).
Результаты экспериментов, в которых культуры E. coli и S. aureus облучали на 12-м часу развития популяции ЭМИ на частотах МСПИ NO и МСПИ O2 в течение 15 и 30 минут, свидетельствуют, что облучение, проведенное в это время, не влияет на развитие популяции. Показатели оптической плотности облученных и необлученных культур одинаковые.
Рис. 2. Кривые роста культур S. aureus при воздействии ЭМИ на частоте МСПИ O2 через 6 часов от начала культивирования
Результаты проведенных исследований свидетельствуют, что воздействие ЭМИ на частоте МСПИ О2 в фазе логарифмического размножения стимулирует развитие популяции. Известно, что в этой фазе культуры бактерий обладают наибольшей физиологической активностью и проявляют высокую чувствительность к действию различных экзогенных и эндогенных факторов, стимулирующих или подавляющих их рост (Рассудов С.М., 1954; Гаврилюк Б.К., 1955). Различия в скорости размножения культур, облученных в начальной и максимальной стационарных фазах, статистически недостоверны.
Рис. 3. Кривые роста культур E. coli при воздействии ЭМИ на частоте МСПИ NO через 6 часов от начала культивирования
Тот факт, что скорость развития популяций, облученных в начальной или максимальной стационарной фазах, существенно не изменяется, позволяет предположить, что активация роста культур, облученных в логарифмической фазе развития (6-й час), обусловлена в основном образованием кислорода в цитоплазме активно делящихся клеток.
С нашей точки зрения, облучение ЭМИ на частоте МСПИ O2 не только и не столько активизирует кислород, содержащийся в питательной среде, но, главное, повышает реакционную способность не только кислорода, диффундируемого в биомассу, но и внутриклеточного кислорода за счет образования его реактивных форм.
Рис. 4. Кривые роста культур S. aureus при воздействии ЭМИ на частоте МСПИ NO через 6 часов от начала культивирования
В наших опытах продемонстрировано, что облучение ЭМИ на частоте МСПИ NO не оказывает никакого влияния на развитие популяции, независимо от того, в какой фазе размножения производилось облучение электромагнитными волнами.
Влияние ЭМИ на частотах МСПИ NO и МСПИ O2 на уровень устойчивости грамположительных и грамотрицательных бактерий к антибиотикам с различным механизмом действия
Помимо клинического, феномен лекарственной устойчивости представляет и общебиологический интерес, так как резистентность к потенциально повреждающим агентам свойственна клеткам самого разного происхождения. Выявление сущности и механизмов снижения чувствительности бактерий к антимикробным препаратам способствует пониманию общих закономерностей изменчивости и наследственности, взаимодействия хромосомных и внехромосомных генов, а также решению целого ряда других биологических проблем.
Изучение влияния на фенотипическое проявление устойчивости E. сoli, S. aureus, P. aeruginosa к антибиотикам осуществлялось на 60 штаммах. В опыт взято по 20 культур каждого вида, обладающих различным уровнем устойчивости. Один антибиотик взят из группы ингибиторов синтеза пептидогликана, второй – ингибитор синтеза белка.
Нами показано, что облучение ЭМИ на частоте МСПИ О2 при экспозиции 10 и 30 минут практически не изменяло чувствительности изученных штаммов E. сoli как к цефотаксиму, так и гентамицину. Количество штаммов, для которых КИУ был равен двум или выше двух, составляло 20% как при 10-, так и при 30-минутной экспозиции.
Облучение ЭМИ на частоте МСПИ О2 при экспозиции 10 и 30 минут ни в одном случае не изменяло уровень устойчивости изученных штаммов P. aeruginosa к амикацину и цефтазидиму.
Облучение ЭМИ на частоте МСПИ О2 при экспозиции 10 и 30 минут изменяло чувствительность части изученных штаммов S. aureus как к линкомицину, так и к оксациллину. Количество штаммов, устойчивых к линкомицину, для которых КИУ был равен двум или выше двух, составляло 30% как при 10-, так и при 30-минутной экспозиции. Количество штаммов, устойчивых к оксациллину, для которых КИУ был равен или выше двух, составляло 20% при 10-минутной и 10% при 30-минутной экспозиции.
Облучение ЭМИ на частоте МСПИ NO изменяло чувствительность части изученных штаммов E. сoli к цефотаксиму и к гентамицину. Количество штаммов, устойчивых к цефотаксиму, для которых КИУ был равен двум, составляло 20% как при 10-, так и при 30-минутной экспозиции. Количество штаммов, для которых КИУ был выше двух, составляло 20% при экспозиции 10 минут и 40% при экспозиции 30 минут. Количество штаммов, устойчивых к гентамицину, для которых КИУ был равен двум, составляло 20% при экспозиции 10 и 30 минут. Количество штаммов, устойчивых к гентамицину, для которых КИУ был выше двух, составляло 10% при экспозиции 10 минут и 20% при экспозиции 30 минут.
Облучение ЭМИ на частоте МСПИ NO изменяло чувствительность части изученных штаммов P. aeruginosa к амикацину и цефтазидиму. Количество штаммов, устойчивых к амикацину, для которых КИУ был равен двум, составляло 20% при 10- и 30% при 30-минутной экспозиции. Количество штаммов, для которых КИУ был выше двух, составляло 0% при экспозиции 10 минут и 10% при экспозиции 30 минут. Количество штаммов, устойчивых к цефтазидиму, для которых КИУ был равен двум, составляло 10% при экспозиции 10 и 30 минут. Количество штаммов, устойчивых к цефтазидиму, для которых КИУ был выше двух, составляло 10% при экспозиции 10 минут и 20% при экспозиции 30 минут.
Облучение ЭМИ на частоте МСПИ NO изменяло чувствительность значительной части изученных штаммов S. aureus как к линкомицину, так и к оксациллину. Количество штаммов, устойчивых к оксациллину, для которых КИУ был равен двум, составляло 40% при 10-минутной и 30% при 30-минутной экспозиции. Количество штаммов, для которых КИУ был выше двух, составляло 20% при экспозиции 10 минут и 40% при экспозиции 30 минут. В 30% случаев наблюдалось снижение МПК антибиотика до уровня, характерного для чувствительных штаммов. Количество линкомицинрезистентных штаммов, для которых КИУ был равен двум, составляло 20% при экспозиции 10 и 30 минут. Количество штаммов, устойчивых к линкомицину, для которых КИУ был выше двух, составляло 20% при экспозиции 10 минут и 40% при экспозиции 30 минут. Выраженность эффекта в отношении различных штаммов была неоднозначной и определялась не только разными частотными характеристиками облучения, но была обусловлена и индивидуальными особенностями штаммов.
Таким образом, облучение ЭМИ на частоте МСПИ NO при 30-минутной экспозиции приводило к снижению уровня устойчивости как грамположительных, так и грамотрицательных бактерий ко всем изученным антибиотикам, независимо от уровня резистентности бактерий к антибиотикам.
Облучение ЭМИ на частоте МСПИ О2 при экспозиции 10 и 30 минут существенно не влияло на уровень устойчивости E. сoli, S. aureus, P. aeruginosa к антибиотикам с различным механизмом действия.
Влияние ЭМИ на частотах МСПИ NO и МСПИ O2 на экспрессию генов лекарственной устойчивости
По современным представлениям, хромосомы и плазмиды у прокариот равнозначны как носители генетической информации в том отношении, что экспрессируются под контролем одних и тех же регуляторных механизмов. Таким образом, пути регуляции, выявленные для одного типа этих генетических структур, должны относиться и к другим.
Изучение влияния ЭМИ на частотах МСПИ О2 и МСПИ NO на экспрессию генов лекарственной устойчивости проведено на двух штаммах кишечной палочки: E. coli j 53 (RP-1), E. coli j 53 (R 100.1). Время экспозиции составляло 30 минут.
Как свидетельствуют представленные данные (рис. 5), спонтанное появление канамицинчувствительных вариантов наблюдалось у 9% клеток штамма E. coli j 53 (RP-1); стрептомицинчувствительных вариантов – у 4%, а левомицетинчувствительных вариантов – у 7% штамма E. coli j 53 (R 100-1).
Рис. 5. Влияние ЭМИ на частотах МСПИ O2 и МСПИ NO на экспрессию генов плазмид лекарственной устойчивости
После воздействия ЭМИ на частотах МСПИ О2 и МСПИ NO количество чувствительных мутантов увеличивалось.
После воздействия электромагнитного излучения на частоте МСПИ О2 появление канамицинчувствительных вариантов обнаруживалось у 18% клеток штамма E. coli j 53 (RP-1), стрептомицинчувствительных вариантов – у 5%, а левомицетинчувствительных вариантов штамма E. coli j 53 (R 100-1) – у 15%.
Подобная тенденция наблюдалась и при воздействии ЭМИ на частоте МСПИ NO: отмечалось появление 21% канамицинчувствительных вариантов, 9% – стрептомицинчувствительных и 18% – левомицитин-чувствительных мутантов.
Полученные результаты дают основание предполагать, что облучение ЭМИ на частотах МСПИ NO и МСПИ О2 при плотности мощности не более 0,3 мВт/см 2 угнетало экспрессию генов лекарственной устойчивости плазмиды E. coli RP-1, и плазмиды E. coli R100-1.
Сотрудники Института биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина РАН и Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН (Пущино) совместно с бразильским коллегой исследовали, как влияет на бактерий вида Rhodospirillum rubrum воздействие слабых комбинированных магнитных полей. Они выяснили, что в таких условиях обмен веществ в клетках этих организмов ускоряется. Полученные сведения позволят лучше понять, как живые организмы реагируют на электромагнитное излучение. Научная статья опубликована в журнале BioElectroMagnetics.
В качестве объекта исследования выбрали штамм VKM B-1621 пурпурных бактерий Rhodospirillum rubrum. Случаи, когда они вызывали инфекционные заболевания, не известны, поэтому для медицины они не имеют особого практического значения. Эти организмы интересны тем, что могут получать органические вещества тремя путями: фотосинтезом, поглощением уже готовых соединений (т.е. быть гетеротрофами) и с помощью кислорода фиксировать азот — переводить его из формы газа, практически ни с чем не реагирующего, в соединения с атомами других элементов, нужных для построения клеток. Таким образом, они способны питаться, как несколько совершенно разных организмов. Поэтому ученые предположили, что влияние слабых комбинированных магнитных полей на таких бактерий будет отражать большинство возможных эффектов подобного воздействия на разных живых существ.
Авторы проводили две серии экспериментов. В одной на Rhodospirillum rubrum три дня воздействовали комбинированными магнитными полями в темноте и бескислородной атмосфере, когда фиксировать азот из воздуха они не могли и единственным источником электронов для них служили соединения азота. Во второй серии бактерий в течение того же времени подвергали аналогичному воздействию на свету. В этом случае микроорганизмы могли фотосинтезировать. Активность обмена веществ определяли по концентрации нитратов и Fe 3 +. Кроме экспериментальных групп микроорганизмов были и две контрольные. На них воздействовали только геомагнитным полем, в котором обитатели Земли находятся постоянно.
И в темноте, и на свету Rhodospirillum rubrum, подвергшиеся действию комбинированных магнитных полей, поглощали больше ионов железа из питательной среды, чем бактерии соответствующей контрольной группы. А лишенные возможности фотосинтезировать и поглощать кислород микроорганизмы использовали больше нитратов, если к ним применяли не только геомагнитное, но и переменное электромагнитное поле. Это означает, что в клетках микроорганизмов под действием комбинированных магнитных полей возникали магниточувствительные включения, а обмен веществ ускорялся. Включения можно было увидеть на ультратонких срезах бактериальных клеток с помощью трансмиссионной электронной микроскопии.
Авторы делают из собственной работы очень общие выводы. Они пишут, что воздействие комбинированных слабых магнитных полей изменяет активность процессов обмена веществ в клетках микроорганизмов. Какие конкретно ферменты при этом затрагиваются, пока непонятно.
ТАСС, 28 апреля. Биологи выяснили, с чьей помощью некоторые вирусы-бактериофаги блокируют систему BREX, которая защищает микробов от их атак. Об этом пишет пресс-служба Сколковского института науки и технологий со ссылкой на статью в научном журнале Nucleic Acid Research.
Возбудителя туберкулеза обучили душить себя по команде. Ученые нашли уязвимость в биохимии палочки Коха, которую можно использовать против самого патогена. Следующий шаг — придумать лекарство на этом механизме
"Пять лет назад мы знали, что бактерии могут защищаться от вирусов с помощью RM-систем, CRISPR-системы и токсин-антитоксиновых систем. В последние годы с помощью методов биоинформатики было предсказано, что они – лишь малая часть огромного многообразия защитных механизмов. BREX стала первой среди новых предсказанных систем, защитное действие которой было показано в экспериментах", – прокомментировал один из авторов работы, аспирант Сколковского института науки и технологий Артем Исаев.
От болезней и инфекций страдают не только люди и другие многоклеточные, но и одноклеточные микробы. Вирусы, как предполагают ученые, появились почти одновременно с бактериями, и между ними уже несколько сотен миллионов лет идет беспрерывная война на выживание.
Ее последствия можно увидеть фактически везде. К примеру, в каждом миллилитре речной или морской воды живут несколько сот миллионов бактериофагов – вирусов, которые специализируются на заражении микробов. Их носителями могут быть до 70% ныне живущих бактерий.
За миллионы лет эволюции вирусы постепенно научились обходить защитные системы микробов. К примеру, бактерии разработали своеобразный генетический "антивирус", систему CRISPR-Cas9, которая находит следы вирусной ДНК в геноме микроба, вырезает ее или заставляет бактерию самоуничтожиться для того, чтобы защитить своих соседей от инфекции. Бактериофаги, в свою очередь, научились подавлять работу CRISPR-Cas9, что открыло новый виток этой биологической "гонки вооружений".
Борьба вирусов и антивирусов
Исаев и его коллеги изучали работу еще одной системы подобного рода – BREX, которая, по текущим оценкам ученых, есть в геноме примерно каждого десятого микроба на Земле. Ученые пока не знают, как именно она работает, однако они предполагают, что та похожа на другой "антивирус" – систему RM, которая распознает чужеродную ДНК по отсутствию определенных меток на одной или двух ее спиралях.
Руководствуясь этой идеей, Исаев и его коллеги предположили, что некоторые вирусные белки, которые задействованы в нейтрализации RM-системы, могут играть важную роль в подавлении BREX внутри вирусов, на которые этот бактериальный "антивирус" не действует. Ученые проверили, так ли это на самом деле, удалив из генома хорошо изученного бактериофага T7 один из генов, которые отвечает за синтез белка Ocr. Этот белок – один из главных компонентов системы защиты вируса от бактериального "антивируса".
Эти опыты подтвердили, что подобное изменение "обезоружило" вирус, не дав ему подавлять работу как RM-системы, так и BREX. Как предполагают ученые, это связано с тем, что обе эти формы бактериального "антивируса" для того, чтобы наносить специальные метки на ДНК самого микроба, которые позволяют отличить ее от чужеродных фрагментов генетического кода, используют фермент BrxX. Работу этого фермента блокирует Ocr.
Почему нейтрализация BrxX не приводит к самоуничтожению бактерий, ученым еще предстоит выяснить.
"История борьбы бактерий с фагами насчитывает миллиарды лет. Эта непрекращающаяся "гонка вооружений" является одной из основных движущих сил эволюции в мире микроорганизмов. Обе стороны накопили богатый арсенал стратегий борьбы друг с другом. Лично мне интересно узнать, какие еще тайны хранит в себе геном и какие новые механизмы мы сможем открыть, изучить и применить в будущем", – подытожил Исаев.
Но давайте по порядку. У живых организмов есть много механизмов для ориентации в пространстве. Растения используют солнечный свет и силу тяжести, чтобы определить, в каком направлении нужно расти, птицы при миграции частично ориентируются на расположение солнца и звезд, ну а вы можете просто спросить дорогу у прохожего.
Некоторые животные используют для навигации геомагнитное поле Земли. У них есть что-то вроде встроенного компаса, который всегда подскажет дорогу. Этим методом способны пользоваться как крупные организмы вроде рыб или птиц, так и самые простые. Например, некоторые виды бактерий обладают магнитотаксисом, и за это их называют магнитотактическими.
Магнитотактические бактерии встречаются почти во всех классах группы протеобактерий (Proteobacteria) и Nitrospirae. Все они относятся к грамотрицательным бактериям: их клеточная мембрана двухслойная, в отличие от однослойной у грамположительных бактерий. Их находят повсеместно в пресных, солоноватых и морских водоемах. Большинство магнитотактических бактерий — мезофилы, то есть обитают при температуре от 20°C до 45°C. Однако в горячих источниках в северной Неваде (США) была обнаружена бактерия HSMV-1 из группы Nitrospirae, которая может существовать при температуре около 63°C — то есть классический термофил. Были также найдены несколько алкалифильных (любящих высокую щелочность) видов.
Впервые магнитотактические бактерии обнаружил в 1975 году микробиолог Ричард Блейкмор (не путать с гитаристом Ричи Блэкмором из Deep Purple!). Он изучал под микроскопом образцы болотной грязи и заметил странное поведение некоторых бактерий. Они, вместо того чтобы хаотично носиться туда-сюда по предметному стеклу, направлялись в одну и ту же сторону, к окну. Сначала ученый решил, что дело в солнечном свете от окна и что именно на него реагировали бактерии. Но перенос микроскопа в другую комнату ничего не изменил — направление движения оставалось прежним. Тогда Блейкмор предположил, что бактерии могли двигаться на север — именно туда выходило его окно. Он проверил свою теорию с помощью магнита и не поверил своим глазам: бактерии реагировали на магнитное поле! Когда ученый подносил к микроскопу магнит, микроорганизмы устремлялись по направлению к его северному концу, забывая про свою предыдущую траекторию. А как только магнит убирался, они начинали снова двигаться в сторону северного магнитного полюса Земли.
Как же им это удается? У магнитотактических бактерий есть маленькие органеллы — магнетосомы. Они возникают в результате выпячивания внутренней мембраны клетки и образования пустых пузырьков — везикул. После образования везикул происходит процесс биоминерализации, при котором в них накапливается большое количество железа. В зависимости от условий роста, более 99,5% всего внутриклеточного железа клетки может присутствовать в магнетосомах, на которые, в свою очередь, может приходиться более 4% от сухой массы клетки.
Точный способ попадания железа в везикулы неизвестен, но существуют два наиболее вероятных пути. Первый предполагает, что железо входит в просвет везикулы из периплазмы — пространства между внутренней и наружной мембранами клетки, когда магнетосомная мембрана все еще является частью цитоплазматической мембраны.
На схеме изображены два возможных способа доставки железа (Fe) в везикулы магнетосом. Первый способ — напрямую из периплазмы через просвет в полости везикулы. Второй — через цитоплазму с использованием специальных молекул-транспортеров (оранжевые и синие фигуры). OM — наружный слой клеточной мембраны, IM — внутренний. Рисунок из статьи L. Rahn-Lee, A. Komeili, 2013. The magnetosome model: insights into the mechanisms of bacterial biomineralization
Вскоре после того, как везикулы заполнились железом, клетка превращает их в кристаллы магнетита или его сульфидного аналога грейгита. Магнитный момент магнетита в несколько раз больше, чем у грейгита. Этим, вероятно, обусловлена его популярность у магнитотактических бактерий. Каждый кристалл представляет собой магнит с северным и южным полюсом. Бактерии укладывают кристаллы внутри себя в одну цепочку и закрепляют особым структурным белком, чтобы сделать один длинный магнит (совсем как стрелка у компаса). Чем больше кристаллов — тем магнит сильнее и чувствительнее к магнитному полю. Эту конструкцию бактериии используют для ориентации движения вдоль геомагнитного поля Земли.
Интересно, что во время клеточного деления цепочка магнитосом делится ровно пополам — часть остается у материнской клетки, а часть переходит к дочерней клетке. Затем в процессе роста они поглощают железо из окружающей среды и обе удлиняют свои магнетосомы до необходимой длины.
Магнитотактическая бактерия с магнетосомами (темные точки). В центре — увеличенное изображение магнетосом. В середине магнетосомы находится частичка магнита, покрытая магнетосомной мембраной (результат выпячивания внутренней клеточной мембраны). В единую цепочку комплекс магнетосом стабилизирован белком MamA. Рисунок из статьи N. Zeytuni et al., 2011. Self-recognition mechanism of MamA, a magnetosome-associated TPR-containing protein, promotes complex assembly
Зачем же бактериям нужен компас? Как и многие другие типы бактерий, магнитотактические бактерии не очень любят кислород и предпочитают жить в средах, где его концентрация как можно ниже. Большая их часть — микроаэрофилы: для нормального роста им требуется кислород, но в небольшом количестве. Избыток же действует на эти бактерии негативно, и они всегда стремятся избегать районов с его повышенной концентрацией. Поэтому их излюбленное место жительства — на границе кислородной и бескислородной зоны в водоемах. Они используют свой природный компас, чтобы определять, где низ, а где верх, варьировать глубину погружения и, таким образом, выбирать наиболее выгодные для себя условиях.
Встречаются и анаэробные виды, которые на дух не переносят кислород в любом его количестве. Они тоже используют магнитотаксис, чтобы уплыть как можно глубже, в бескислородную зону. Как раз среди таких бактерий чаще всего встречаются любители грейгита, так как для его создания не требуется кислород.
Магнитное поле Земли ориентировано более или менее вертикально везде, кроме экватора. Поэтому магнитотактические бактерии, ориентируясь на магнитное поле Земли, быстрее и легче мигрируют в области с низким содержанием кислорода, чем те бактерии, которые хаотично плавают во всех направлениях. В Северном полушарии бактерии стремятся к магнитному северу, а в Южном — к югу (напомним, что магнитные и географические полюса Земли не совпадают).
Направление магнитного поля Земли и ориентация магнитотактических бактерий в Северном и Южном полушариях. Рисунок из статьи S. Hussain, 2016. Nature’s Living Magnets: An unexpected tool to treat disease
Ориентирование магнитотактических бактерий основывается на комбинации магнито- и аэротаксиса. Магнитотаксис отвечает за то, чтобы бактерии плыли на глубину — чем глубже, тем меньше кислорода, — или вверх, если кислорода становится недостаточно. Аэротаксис контролирует его концентрацию и определяет, что условия уже вполне комфортны и пора бы остановиться.
Слева — схема водного столба с разделением на кислородную (Oxic), бескислородную (Anoxic) и промежуточную (OATZ — oxic–anoxic transition zone) зоны. Справа — увеличенная промежуточная зона, на которой показаны магнитотактические бактерии. Они используют свои магнетосомы для движения вдоль линий магнитного поля (пунктирные стрелки) и достижения зоны с оптимальной концентрацией кислорода. Иллюстрация из статьи D. H. Nies, 2011. How iron is transported into magnetosomes
Ученых интересует практическое использование магнитных бактерий. Конечно, ими не прицепишь любовное послание на холодильник, но зато можно найти массу других полезных применений. Например, как упоминалось в начале статьи, канадские исследователи показали, что можно использовать магнитотактические бактерии Magnetococcus marinus для доставки лекарств вглубь гипоксических (содержащих мало кислорода) зон опухолей. У M. marinus, как и у большинства магнитотактических бактерий, имеются жгутики для активного передвижения в водной среде. Эти похожие на маленькие хвостики структуры могут вращаться и работают как пропеллер, позволяя бактериям быстро плавать и легко менять направление. Кроме того, сферическая форма и небольшой размер (1–2 мкм) позволяет им без труда протискиваться в узкие (около 2 мкм) межклеточные пространства в опухоли.
Этот метод может не только снизить риски рецидивов, но и уменьшить токсичность лечения, так как лекарства будут распространяться не по всему организму, а только туда, куда их доставят бактерии.
Магнитные бактерии могут быть полезными не только в серьезных делах, но и в качестве научного развлечения. Голландские и немецкие ученые заставили бактерий танцевать в наложенном магнитном поле
Читайте также: