Микробиология За живота в мръсотията - лекарство; Хранене - FAZ
Дълбоко в южната част на Тихия океан, дълбоко хиляди метри, океанското дъно се счита за един от най-враждебните региони на нашата планета. Повече мъртви, отколкото мъртви - така биолозите наричат района между Южна Америка и Австралия. Но границата между живота трябва да бъде преначертана тук.Международен екип от учени съобщи едва в средата на март, че е открил дишащи кислород микроби в глинестата утайка. Едноклетъчните организми не само процъфтяват директно на морското дъно, но и до 75 метра по-долу.
Дали в дълбоките морета, на планински върхове с височина 3000 метра, в човешките черва или във вечния лед: микроорганизми обикалят целия свят. Маси от микроорганизми. В един грам горска почва има до 100 милиарда клетки от над 10 000 различни вида. Някои са енергоспестяващи чудеса, като микробите от океанското дъно, очевидно. Някои, като някои видове Streptomyces, произвеждат важни антибиотици - около половината от всички лекарства се основават на метаболитни продукти на бактерии. Някои разграждат токсините, други убиват вредителите по растенията. Може да се предположи, че те притежават други страхотни умения. Но ние знаем само част от тях, може би пет процента - някои микробиолози вярват, че са по-малко от един процент. Човек може да научи много от тях, но повечето от микробите се противопоставят на изследователските методи на учените, не могат да бъдат открити и не могат да се възпроизвеждат в лабораторията.
Това се променя сега. Някои нови, някои подобрени методи до известна степен отварят вратата към вселената на микроорганизмите. "Въпросът кой е там? Сега може да се подходи по съвсем различен начин, отколкото в миналото, благодарение на независимите от културата технологии", казва Пол Илмер, микробиолог от Университета в Инсбрук. Отрязъци от генетичен материал вече могат да бъдат извлечени от почвена проба и сравняването им с известни ДНК последователности в базите данни показва броя на наличните видове. По този начин изследователите успяват да откриват нови видове почти всяка седмица.
Като търсене в купа сено
Преди двадесет години част от ДНК последователността на един организъм беше обект на докторска дисертация; днес често не е достатъчно да се секвенират напълно стотици нови видове, за да кацнат в уважаван научен журнал. Все по-чувствителните техники също позволяват по-бърз анализ и класификация на връзките в родословно дърво. И само откриването на организмите в дъното на южната част на Тихия океан е малка сензация: Откритието им е приблизително еквивалентно на това на сто бълхи в 50-метров басейн. Концентрация, която преди беше неоткриваема. Те дишат кислород с невъобразима бавност, с пропускателна способност по-малка от един електрон на клетка в секунда - това е с няколко степени от десет по-ниски от честотите на дишане, които се считат за изключително енергийно ограничени в лабораторията.
„Ние, биолозите, сме смазани от многообразието и мащаба, с който си имаме работа“, обяснява Анте Боециус, дълбоководен еколог от Института за морска морска биология на Макс Планк в Бремен. За изследователите мрежата от микроорганизми е като пъзел с милиарди парчета. Едноклетъчните организми в някои случаи са станали толкова специализирани, че могат да съществуват само в компанията на други микроби, защото живеят от отпадъчните си продукти.
Като се има предвид тази сложност, ДНК анализите само надраскват повърхността. Въпреки това микробиолозите вече са открили множество факти, които отговарят на основни въпроси. Притеснителните неща обаче също излязоха наяве. Например в Ötztal Alps те наблюдават, че промените в климата през последните седем години не само са повлияли на флората. На надморска височина от 2700 до 3500 метра, както броят на микроорганизмите в почвата, така и съставът на общността се променят. Микробите, които произвеждат метан - мощен парников газ - се възползват от това. Този ефект може допълнително да ускори изменението на климата.
Нови антибиотици
Също толкова трудно е да се характеризират функционалните свойства на новооткрития вид. Изключително бавният растеж на много едноклетъчни организми прави анализа им с обичайните методи толкова досаден, че излиза извън обхвата на докторските дисертации или сроковете на изследователските проекти. Досега 90 до 99 процента от организмите изобщо не можеха да бъдат култивирани в лабораторията. Те просто не растат в чиниите на Петри, без значение с каква комбинация от хранителни вещества се опитват да ги кърмят. „Поради забързаността на фондовете и публикациите, търпеливата, бавна микробиология на отглеждането и наблюдението на микроорганизми в околната среда почти изчезна“, казва Antje Boetius.
Но има и напредък в тази област, който зависи например от медицината. В началото на годината Ким Луис и Слава Епщайн от Североизточния университет в Бостън и екипът им предизвикаха сензация, когато представиха антибиотик от напълно нов клас активни съставки: тейксобактин. Ако това вещество се окаже ефективно и безопасно при хората в предстоящите проучвания, това ще бъде първият нов антибиотик от 1987 г. насам, сензация, обаче, докладите, споменати главно само между другото, че тейксобактинът произхожда от необработена преди това почвена бактерия. Сега тя може да бъде получена с помощта на изумително прост метод, разработен в Бостън; изследователите кръстиха малкия производител Eleftheria terrae.
Преди повече от десет години Епщайн започна специални експерименти с отглеждане в лабораторията, защото очевидно не беше възможно да се получи хранителна среда, която да отговори на нуждите на непокорните микроби. Затова учените решиха вместо това да опитат естествената среда. Те разреждаха своите почвени проби, докато от чисто статистическа гледна точка в тях не остана само една клетка и ги напълниха в малка камера, ограничена от мембрани. Микробите не могат да избягат през порите на мембраната, но вътре могат да проникнат всякакви хранителни вещества. Изследователите поставят камерата обратно в почвата, от която е получена пробата. „Когато открихме, че можем да умножим по този начин четиридесет процента от всички клетки в първоначалната проба, дълго време не искахме да вярваме. Защото беше толкова просто “, казва Слава Епщайн. Други също бяха скептични; Изследователските предложения на Епщайн често са отхвърляни с мотива, че „не може да се работи толкова лесно“, дори след като той вече е публикувал няколко статии по въпроса.
Укротяването на рока
Сега Епщайн разработи опростените дифузионни камери в „iChip“, приблизително с размерите на цигарена кутия, с 384 съда за проби. Неговите служители отбелязват, че около една четвърт от микробите, които растат в iChip, внезапно процъфтяват и в изкуствена хранителна среда. Ако подложите останалите 75 процента на допълнителен цикъл на растеж в iChip, една четвърт от него може да бъде обработен. "Проверихме дали това се дължи на мутации, не е", казва Епщайн. Неговата досега - недоказана - работеща хипотеза е, че много от микробите, които се считат за необратими, просто са в състояние на сън за дълги периоди от време. Напълно независима от влиянието на околната среда, клетката понякога се събужда, за да тества условията като разузнавач и, ако е необходимо, да се размножава - след това доста бързо и дори в хранителна среда. „Без значение как работи в крайна сметка, откритието ни прави наистина оптимисти, че имаме огромно количество организми, някои от които могат да произведат други фармацевтично интересни съединения“, казва Епщайн.
Сега други изследователски групи използват такива почти естествени медии; В малки, частично пропускливи убежища от агароза, култивирането също изглежда успешно. Капилярите на наномащаба също показват успех и дори културата на взаимозависими микроби понякога изглежда успешна.
След почвените микроби, Слава Епщайн сега иска да укроти и други непокорни бактерии. Интересува се от така наречения микробиом, бактериалния свят в човешкото тяло. Епщайн вече е тествал миниатюра iChip върху зъбния емайл на доброволци и вече е открил три неизвестни досега вида бактерии. Сега той разработва устройство, което трябва да работи самостоятелно, колкото е възможно и да изследва микробите - било то в космоса, в дълбоките морета или в червата. Епщайн е оптимист, че ще работи.