349

Когда даже экстремальные условия не помеха

В 1956 году сотрудник Орегонской сельскохозяйственной экспериментальной станции Артур Андерсон проводил довольно странные эксперименты: облучал банки мясных консервов высокими дозами гамма-излучения. Цель экспериментов была банальной — определить, можно ли использовать радиацию для холодной стерилизации продуктов. На первый взгляд, результат был предсказуем, но что-то пошло не так: образцы мясных консервов через непродолжительное время испортились, а исследование показало наличие в них бактерий.


Но бактерии эти были отнюдь не простыми: помимо того, что их не убивали высокие дозы ионизирующего излучения до 10 000 Гр, они были устойчивы к длительному воздействию ультрафиолетовых лучей, высушиванию, действию кислот, вакуума и замораживанию.

Когда даже экстремальные условия не помеха Копипаста, Медач, Интересное, Познавательно, Наука, Микробиология, Бактерии, Радиация, Длиннопост

Еще более удивительно то, что данные бактерии вовсе не зародились в секретных лабораториях Волт-Тек, а распространены повсеместно: их находили в фекалиях слонов, в песках пустыни, в глыбах арктического льда, в городских водоемах, домашней пыли и даже в медицинском инструментарии.


Новую бактерию назвали Micrococcus radiodurans, а впоследствии, уточнив родство методом секвенирования 16-S рРНК, определили в собственный род Deinococcus, что в дословном переводе означает «ужасные зерна». Самым известным и наиболее изученным представителем этого рода является Deinococcus radiodurans, и он, поистине, чемпион по выживанию, занесенный даже в Книгу рекордов Гиннеса как «самая сложная бактерия в мире».


Конечно, на нашей планете существует довольно большое количество экстремофильных организмов, которые способны выдерживать критические воздействия того или иного физико-химического параметра окружающей среды, есть также и любители радиации: широко распространенный грибок Ustilago maydis, поражающий кукурузу, и знаменитые чернобыльские почвенные грибки, но только Deinococcus radiodurans — настоящий крепкий орешек в этой компании, полиэкстремофил, способный выжить практически везде.


Микрофотографии клеток Deinococcus radiodurans, полученные при помощи различных видов электронной микроскопии. Первое фото, искусственно раскрашенное с помощью программного обеспечения, демонстрирует геном бактерии, упакованный в структуру тороидальной формы

Когда даже экстремальные условия не помеха Копипаста, Медач, Интересное, Познавательно, Наука, Микробиология, Бактерии, Радиация, Длиннопост

Deinococcus radiodurans — довольно крупная бактерия, до 3,5 мкм, по морфологии относится к коккам, но при различных условиях может формировать комплексы из двух, четырех и более клеток. По тинкториальным свойствам бактерия грамположительная, хотя строение самой стенки несколько отличается от классического: клеточная стенка имеет несколько слоев, но в ней отсутствует тейхоевая кислота, а пептидогликан вместо мураминовой кислоты содержит орнитин.


Такое необычное строение клеточной стенки дало Deinococcus еще один achievement — он резистентен к бактериофагам. Также это привело к неспособности осуществлять коньюгацию, но Deinococcus нашел оригинальное решение этой проблемы: его клетки обладают невероятной компетентностью и способны принимать свободную ДНК без дополнительного воздействия.


Deinococcus вырабатывает собственный каротиноидный пигмент, который окрашивает колонии на агаре в розово-красный цвет. Бактерии не имеют органоидов движения, не образуют капсулу и споры, легко растут на самых простых питательных средах при широком диапазоне температур: от 4 до 45 °С, способны утилизировать практически любые субстраты для получения углерода. Казалось бы, ничего удивительного в этой бактерии нет, помимо клеточной стенки, даже споры она не образует, в чем же тогда секрет такой выживаемости?


Главной причиной гибели клеток при экстремальных воздействиях окружающей среды (в нашем случае радиации) является разрушение ДНК. Да, толстая клеточная стенка Deinococcus radiodurans в определенной мере дает преимущество при высушивании, воздействии вакуума, кислот и т. д., но ионизирующее излучение приводит к образованию многочисленных радикалов внутри клетки, и толстая клеточная стенка уже не поможет.


В отличие от других бактерий, ДНК Deinococcus radiodurans довольно плотно упакована в структуру тороидальной формы, возможно дело в этом? Нет: исследования показали, что количество разрывов ДНК при воздействии ионизирующего излучения у Deinococcus radiodurans такое же, как и у других бактерий. Причем разрывы ДНК возникают преимущественно двунитевые и их множество, что делает совершенно неэффективными стандартные механизмы репарации ДНК прокариот, даже негомологичное соединение концов тут не поможет.


Но Deinococcus и тут играет с читами: он использует гомологичную рекомбинацию ДНК. Да-да, это не ошибка: прокариотический микроорганизм, гаплоидный по природе, использует для восстановления поврежденных участков гомологичные хромосомы, которых у него быть не должно. Но они у Deinococcus есть: этот хитрец таскает с собой целый десяток копий собственного генома, что дает ему невероятные способности к репарации двунитевых разрывов ДНК. Надо признать, что обычные бактерии тоже могут иметь несколько копий своего генома, что связано с механизмом деления т. к. процесс удвоения хромосомы опережает деление самой клетки.


Почему же они не могут использовать их для репарации? Все дело в том, что процесс восстановления ДНК довольно длительный, а за это время разорванную ДНК разрушат собственные ферменты бактерий — нуклеазы, находящиеся в цитоплазме. Возникает логичный вопрос: почему этого не происходит у Deinococcus radiodurans, ведь нуклеазы есть и у него? А дело в том, что наш читер синтезирует особый набор белков, которые способны прикрывать разорванные участки ДНК от нуклеаз.


Хорошо, допустим ДНК Deinococcus научился защищать, но как быть с белками? При воздействии ионизирующего излучения они страдают не меньше, в первую очередь от активных форм кислорода, возникающих из молекул воды. У Deinococcus radiodurans и на эту проблему нашлось решение: он просто накапливает внутри клетки ионы марганца, которые замещают ионы железа в активных центрах ферментов, предотвращая реакцию Фентона, — главную причину их разрушения. Ионы марганца, кроме того, усиливают активность ферментов каталазы и супероксиддисмутазы, которые нужны для нейтрализации активных форм кислорода.


Два этих механизма обеспечивают Deinococcus radiodurans беспрецедентную защиту от негативных эффектов ионизирующего излучения — до 15 000 Гр с 37 % выживаемостью (для человека смерть неизбежна при поглощенной дозе 10 Гр). И тут возникает интересный вопрос: а зачем ему нужна такая защита и как она смогла сформироваться, если в процессе эволюции бактерии никогда не сталкивались с таким высокодозовым излучением?


Все просто: такая радиорезистентность — всего лишь приятный бонус к механизму защиты от другой, более реальной угрозы — обезвоживанию. Оказалось, что при обезвоживании бактерии подвергаются такому же окислительному стрессу, как и при воздействии ионизирующего излучения, и механизмы защиты Deinococcus radiodurans направлены, в первую очередь, на выживание в пустыне или выветриваемых гранитных скалах Арктики.


К счастью, Deinococcus radiodurans не имеет факторов патогенности и не способен вызывать заболевания. Невозможно даже предположить, как мы смогли бы противостоять такому патогену. А вот пользу он принести может. Разрабатываются методы применения этих бактерий для биоочистки радиоактивных отходов и для окисления тяжелых металлов в нефтепродуктах.


Изучение механизмов репарации ДНК и защиты белков Deinococcus radiodurans могут помочь в борьбе с рядом заболеваний (на самом деле все говорят, что могут быть использованы в борьбе со старением, но иммортализм, пусть и научный — это фу). Марганцевые комплексы, которые Deinococcus использует в качестве антиоксидантов, могут применяться для восстановления пациентов, подвергшихся воздействию ионизирующего излучения при авариях на ядерных объектах или при проведении лучевой терапии. Также Deinococcus radiodurans, в силу своей уникальной компетентности идеально подходит в качестве модельного организма для исследований в области генетики и молекулярной биологии.


Ну и еще одно необычное применение, которое нашли ученые для Deinococcus radiodurans: он может быть использован как носитель информации. Впечатлившись от просмотра сериала «Dark Angel», где электронные носители информации были уничтожены электромагнитной волной от ядерного взрыва, биоинформатик Пак Чун Вонг с коллегами решили создать альтернативный способ хранения информации — биологический.


Они взяли слова песни «It's Small World» и перевели ее в код, основанный на четырех известных всем «буквах» ДНК: А, Ц, Т, Г. Затем они искусственно синтезировали последовательности ДНК длиной до 150 пар нуклеотидов, снабдив их начальный и конечный концы специальными метками, защищающими от элиминации этих фрагментов и встроили их в геном Deinococcus radiodurans. И даже спустя 100 поколений бактерии копировали фрагменты ДНК со словами песни без ошибок. Такая вот бессмертная самовоспроизводящаяся биологическая микрофлешка, которой не страшен ядерный апокалипсис.


Источник

Найдены возможные дубликаты

+17
Я не совсем понял, просто скажите, из этого точно не сделают зомби-вирус?
раскрыть ветку 25
+22

Из бактерии трудно сделать вирус)

Но как показал долговременный эксперимент с бактериями, их можно натренировать на новой источник питания) были бы средства и возможности

раскрыть ветку 24
+8

Ты реально сечешь в этих терминах? Смысл поста я понял, но много терминов не знаю.

раскрыть ветку 9
+1

Привет дракон, неужели из-за меня @Jurassicorals так и не вернулся???

раскрыть ветку 13
+10

10Гр на человека в общем на все тело, тот же мозг тянет выживаемость до 100Гр, кожа может больше, есть неженька костный мозг полгрея и пиздец, так что человек при ядерном апокалипсисе выживет, жизнь будет правда убогая и не долгая

раскрыть ветку 3
0
Комментарий удален. Причина: данный аккаунт был удалён
раскрыть ветку 2
+3

Немного отсрочить мучительную смерть. Вселенная метро 2033 - лишь художественный вымысел. Подземка не возьмет слишком много людей и долго не протянет тем более

раскрыть ветку 1
+9

Чтобы эта бессмертная херня ещё во что-то мутировала и как всегда сбежала из лабораторий?

идеально подходит в качестве модельного организма для исследований в области генетики и молекулярной биологии.

Иллюстрация к комментарию
раскрыть ветку 1
+2

идеально это вирус ВИЧ

+25
Без этой информации мне жилось как-то спокойнее...
+4
Такой механизм, не помешал бы людям!
раскрыть ветку 8
0
Есть одна неплохая компьютерная игра под названием "Тест Тьюринга". Там поднимается этот вопрос. Завязка такова: люди на другой планете нашли какой-то микроорганизм, который может встраиваться в живые клетки и делать их неубиваемыми. И люди хотят привезти этот организм на землю, чтобы сделать людей неподверженными болезням и практически бессмертными. А этим людям противостоит бортовой компьютер станции, на которой они находятся, так как он с точки зрения абсолютной логики понимает, что ни к чему хорошему это не приведёт, в то время как люди руководствуются эмоциями.

Так вот. Был бы такой механизм у людей, мы бы получили огромное перенаселение планеты, голод, неизлечимые болезни (ведь в конце-концов вирусы и бактерии тоже станут бессмертными). Представьте, что вы живёте вечно, но, например, со столбняком. Здорово, правда?

Короче, нельзя такого людям. Люди должны умирать.

раскрыть ветку 7
+5
Короче, нельзя такого людям. Люди должны умирать.

Как говорит одна моя хорошая знакомая "С хуев ли?". Если с перенаселением и голодом сова еще натягивается, то откуда возьмутся неизлечимые болезни-вопрос открытый.

раскрыть ветку 2
+2

Нет,не должны. Миф про перенаселение не более чем миф,в развитых странах уже сейчас идет естественная убыль населения. Так же повышается средний возраст,а вместе с ним приходят и заболевания которые выводят хороших специалистов с богатым опытом и обширным образованием,что просто катастрофа для экономики. А всякие доиндустриальные страны в Африке на то и доиндустриальные,подтянуть их до нашего уровня развития и там так же не будет проблем с перенаселением. Земля при грамотном применении современных технологий сможет прокормить и 20 миллиардов,а все население земли поместится в городе размером с Германию,там же будут всевозможные производства и тд. А остальных территорий будет предостаточно для земледелия. Многие ресурсы будут создаваться либо синтетически,либо с помощью астродобычи. А вот то что бактерии тоже станут бессмертными это верно,как по мне будущее медицины это нанороботы которые смогут уничтожить любой вирус или любую бактерию,и стимулировать регенерацию своих клеток для быстрой заживляемости и повышения выносливости.

раскрыть ветку 1
+2
Вы правы, для текущего уровня развития, смерть необходима.
раскрыть ветку 1
+4

Захватывающий пост, очень понравилось изложение, спасибо

+7

Да это же медоед мире бактерий!  Deinococcus radiodurans все похер!

https://www.youtube.com/watch?v=WCEy9N7FMuQ

+2
Нихуа себе
+2

А почему эволюция не снабдила все клетки запасными копиями генома? Это же настолько очевидно, что даже в технике давно используется. Схемы космических аппаратов так же уязвимы к ионизирующему излучению и работают только благодаря почти 10-кратному резервированию. Если те же факторы работают при обезвоживании, то адаптацию должны накапливать все организмы, особенно в экстремальных климатических зонах.

раскрыть ветку 7
+7

Это же настолько очевидно
Это очевидно только тем, у кого есть разум и цель. Эволюция-явление, а не сущность.

+2

Такие вопросы стоит задавать богу. Потому, что теория эволюции не подразумевает наличие разумного творца.


Эволюция подразумевает наличие случайных изменений, уничтожение неудачных и закрепление удачных. Поэтому ответ на твой вопрос очень прост: Великий Рандом. Ну плюс возможно некоторые особи других видов получив такой механизм имели какие то другие недостатки, которые делали их менее приспособленными к окружающиему миру (редко когда мутация влияет только на что-то одно).

0

@Nerzov  дело говорит) но если проще: остальным в этом не было жизненноважной необходимости.
это вопросы из разряда почему киты зайдя повторно в воду не отрастили жабры, да все потому же, они им были не нужны.

раскрыть ветку 4
+2

Так стоп. А разве эволюция-это не рандом, в котором выживают те, кому волей рандома повезло получить мутацию, подходящую под текущую среду? Дескать "деревья вырабатывают кислород потому что они могут это делать из-за мутации, которую они получили потому что она могла произойти и ветка с этой мутацией дожила до наших дней".

раскрыть ветку 3
+2

Это не его клетки?

Иллюстрация к комментарию
+3

Итого - мы все умрём, а она не умрёт.

P.s. А можно в будущем переводить это все на "русский". Вроде как интересно для общего развития, но "заумность" 80 Lvl.

раскрыть ветку 6
0

Раньше переделывал, а потом был карнавал лицемерия и сейчас не вижу смысла тратить свое время на это)

раскрыть ветку 5
0
карнавал лицемерия

А можно поподробнее, пожалуйста?

раскрыть ветку 4
+1

#comment_125933634

404

Что было то?

раскрыть ветку 7
0

там пост со старыми наркоманами) периодически писали новые)

раскрыть ветку 6
+1

Старый пост?

раскрыть ветку 5
+1

А людям можно так сделать?что бы у нас не было повреждений ДНК

раскрыть ветку 1
0

можно, если мы разовьем генную инженерию, а пока опыты на людях запрещены.

+1
Я сейчас немного присадилась, увидев третий пик. Видела точь в точь, только размер намного больше.
0
Спирту им дайте попробовать, они начнут мутировать и будут сами спирт добывать чтоб бухать его.
-1

Возможно ли , шо в будущем , эти бактерии можно будет размножить и сделать из них кустюм который можно будет одеть на пожарника ,что бы он мог зайти в самый огонь и спасти людей и тд?

раскрыть ветку 1
+3

Во-первых, пожарного, во-вторых, выживаемость бактерии не означает выживаемость для человека.

-3

А обязяну с человеком скрещивали? Это возможно?

раскрыть ветку 14
+8

Вопрос в корне неверен) люди тоже обезьяны согласно биологической систематике.


С неандертальцами и денисовцами, мы, сапиенсы, скрещивались успешно. С более далёкими предками уже нет.

Ближайший живой предок - шимпанзе, и у них 48 хромосом, а это уже серьезная проблема для скрещивания.

раскрыть ветку 13
+1

В инете всё ссылаются на Иванова, которые ездил в 30ые в Африку и успешно скрещивал.

раскрыть ветку 2
0

С неандертальцами да, это я знаю и официальная точка зрения такая. А что официально про тех же шимпанзе и людей?

раскрыть ветку 9
-3

Каким-то образом это должно было эволюционировать, чтобы выжить в условиях бешеной радиации. Значит, не первым или вторым будет грядущий ядерный пиздец. Они только опять устало вздохнут, "Опять эти кожаные ублюдки всё похоронили".

раскрыть ветку 17
+7

В конце написано)

Механизмы защиты против высушивания и  радиации схожи. Поэтому образованная защита и столь эффективна.

раскрыть ветку 16
+2

Может они от вспышки солнца или сверхновой спасались. Вдруг они старше миллиарда лет?

раскрыть ветку 4
+1

Получается, что это единственная бактерия, которая могла провести в космосе миллионы лет, выжить в условиях жестокой космической радиации и упасть на землю с метеоритом. А тут ее защитные механизмы пригодились и для защиты от обезвоживания.

раскрыть ветку 6
+1

Ну вот. Никакой романтики.

0
Автор, пожскажите пожалуйста, откуда информация про окисление маталлов в нефтепродуктах? Возможно у Вас есть ссылки на статьи? Скрининг в интернете пока результатов не дал по этому вопросу
раскрыть ветку 2
-3

в общем я понял как,и из чего , Голливуд создаст нового супергероя

-4

А если предположить, что мы с вами - это Люди 2.0, или даже 3.0

И внутри этих бактерий уже записана информация от предшественников?

-10
Ой рано или поздно мы все в бактерий превратимся.
раскрыть ветку 7
+3

Каким образом?)

раскрыть ветку 6
0

Чего минусите то,прав человек) Когда мы умрем,а мы точно умрем,то в процессе разложения/сгорания и тд наших тел высвободятся в природу различные молекулы,которые позже из за круговорота веществ возможно станут частью какой то бактерии. :)

раскрыть ветку 1
-11
Рано тебе еще знать.
раскрыть ветку 3
ещё комментарии
-16

Люди в Африке в нищите выживают. Да что в Африке - в России люди выживают. А вы про радстойкие бактерии...

раскрыть ветку 1
+7

И что с того. Ты вот мог бы тоже всё своё имущество продать и нигерам перевести. Дерзай.

ещё комментарии
Похожие посты
Возможно, вас заинтересуют другие посты по тегам: