-3

Опровергнута гипотеза об эволюции в идеальных условиях

Международная группа ученых под руководством Ричарда Ленски (Richard Lenski) из Университета штата Мичиган в США опровергла общепринятую гипотезу, согласно которой эволюция прекращается, если вид максимально приспособлен к окружающей среде, то есть достиг эволюционного оптимума. Статья с результатами исследования опубликована в журнале Nature. Пресс-релиз доступен на сайте издания Science Alert.


Поскольку наблюдать за эволюцией крупных организмов, в том числе человека, практически невозможно из-за относительно медленных темпов смены поколений, удобным объектом для исследований являются микроорганизмы. В долговременном эксперименте Ленски, начатом в 1988 году, используются колонии кишечной палочки (Escherichia coli), которая размножается настолько быстро, что эволюционные изменения становятся заметны за несколько десятков лет.


Ленски взял штамм Bc251, названный в рамках исследования предковым. Из него сделали 12 отдельных популяций, которые размножались в искусственных условиях, при этом каждый день часть бактерий переносилась на свежую питательную среду с дефицитом глюкозы. Через каждые 75 дней (за это время сменялось примерно 500 поколений) бактерии замораживались в глицерине для дальнейших исследований.


На сегодняшний день в лаборатории Ленски сменилось около 68 тысяч поколений кишечной палочки. За это время бактерии обзавелись мутациями, которые повышали их приспособленность к среде. Клетки стали крупнее, начали быстрее усваивать питательные вещества и размножаться. В некоторых популяциях мутации возникали быстрее, а в одной из колоний микроорганизмы научились потреблять цитрат.


Исследователи также обнаружили, что рост приспособленности к условиям среды у бактерий не прекратился, хотя и замедлился во всех 12 популяциях, что свидетельствует о достижении микроорганизмами эволюционного оптимума. Ученые выявили, что в клетках продолжают протекать генетические процессы, приводящие к появлению новых адаптаций. Сделанный специалистами вывод справедлив не только для бактерий, но и для всех организмов, включая человек

Дубликаты не найдены

0

ту так случайные мутации никуда не денутся, значит и "генетические процессы" будут идти

Похожие посты
775

Учёные из США «оживили» древние микробы возрастом более ста миллионов лет

Их достали со дна океана, где бактериям почти нечем было «питаться».

Учёные из США «оживили» древние микробы возрастом более ста миллионов лет США, Ученые, Наука, Микробы, Океан, Tjournal, Бактерии

Американские учёные оживили древние микроорганизмы, которых достали со дна океана. Микробы вновь начали размножаться после того, как их поместили в питательную среду. Об этом сообщили исследователи из Океанографического института Вудс-Хоула.


Как пояснили учёные, открытие демонстрирует, что микробы «всегда найдут способ выжить». По их мнению, если бактерии смогли так долго существовать в экстремальных условиях на Земле, то вполне могут пережить и суровые условия на других планетах или спутниках в Солнечной системе.


Исследователи впервые обнаружили настолько древние микроорганизмы, которых удалось вернуть к жизни. Предыдущий рекорд — 15 миллионов лет — зафиксировали в 2019 году.


Исследователи обнаружили бактерии в образцах грунта с глубины 5700 метров ниже уровня моря. Когда они изучили глину, то обнаружили следы небольшого количества кислорода, который означал, что у бактерий был источник пищи.

Тогда учёные пробурили новую скважину в надежде заполучить бактерии. Грунт накачали специальными веществами для создания питательной среды: аммиаком, солями уксусной кислоты, а также изотопами азота и углекислого газа, и оставили на 557 дней.


Когда из грунта извлекли образцы для анализа, выяснилось, что в отличие от стандартных 100 тысяч клеток на кубический сантиметр, в глине находилось не больше тысячи бактерий. Из-за этого исследователи добавили особые питательные вещества для бактерий, и спустя 65 дней микроорганизмы размножились до миллиона клеток на кубический сантиметр.


Как предположили учёные, микробам удалось прожить больше ста миллионов лет благодаря ранней эволюции. Раньше им было особо нечем питаться, поэтому они научились выживать в условиях экономии энергии и ограниченного питания.


Пока учёные не знают, что происходило с микробами на протяжении всех миллионов лет по водой. Вероятно, у них продолжался процесс деления, но он был очень медленным.

Дамир Камалетдинов

via

Показать полностью
1205

Эволюция живых организмов, происходящая прямо на глазах

Эволюция живых организмов, происходящая прямо на глазах Бактерии, Вирус, Спид, ВИЧ, Чума, Бешенство, Эволюция, Кролик, Длиннопост

У эволюции много доказательств:

морфологические, эмбриологические палеонтологические, биохимические, биогеографические, и генетические.  Самые наглядные - это филогенетические ряды, на которых можно поэтапно пронаблюдать изменения в строении животных. Правильно расставить порядок скелетов позволяет радиоизотопный и другие виды анализов возраста окаменелостей.

Эволюция живых организмов, происходящая прямо на глазах Бактерии, Вирус, Спид, ВИЧ, Чума, Бешенство, Эволюция, Кролик, Длиннопост

Здесь, например, вы можете посмотреть, как исчезли пальцы, возникли копыта и изменилась форма черепа лошади.  Но креационистам мало подобных филогенетических рядов. Они говорят, что пока эволюцию вживую никто не видел, она не может называться фактом. И мутации не бывают полезными. Чтобы это опровергнуть, вспомним историю австралийских кроликов

Эволюция живых организмов, происходящая прямо на глазах Бактерии, Вирус, Спид, ВИЧ, Чума, Бешенство, Эволюция, Кролик, Длиннопост

В Австралию завезли кроликов, и они быстро расплодились, нанося вред сельскому хозяйству. Тогда учёные использовали вирус миксоматоза. Вирус очень быстро выкашивал кроликов, добрался даже до домашних. Часть кроликов, пережившая эпидемию, сново расплодилась. Но у них было отличие от предыдущих поколений. Это мутация в гене, кодирующем интерферон IFN-α21A. Это влияет на иммунную систему и ее борьбу с вирусом. То есть несмотря на то, что мутации чаще редки и приводят к болезням, порой они приводят и к положительным изменениям. Это эволюция.

Эволюция живых организмов, происходящая прямо на глазах Бактерии, Вирус, Спид, ВИЧ, Чума, Бешенство, Эволюция, Кролик, Длиннопост

Ещё более интересна ситуация, произошедшая с итальянской стенной ящерицей. Тут речь идёт о более радикальных изменениях. Экспериментаторы перевезли их с острова Копиште в Адриатике на соседний остров Мрчару. Там было много травы и не было хищников. Через 36 лет у ящериц изменилось страница тела. Поскольку травы было много, насекомоядные рептилии стали травоядными, их челюсти стали более массивными и сильными для переживывания травы. В их пищеварительной системе появилось место для бактерий, которые помогают переварить траву. Поскольку им больше не надо было быть юркими, чтобы убегать от хищников, они стали большими и неповоротливыми.

Эволюция живых организмов, происходящая прямо на глазах Бактерии, Вирус, Спид, ВИЧ, Чума, Бешенство, Эволюция, Кролик, Длиннопост

Но креационистам этого не достаточно. Их ведь и селекция как доказательство не устраивает. Они хотят увидеть более серьезные изменения в строении организмов. Но полезным мутациям нужно накопиться, чтобы изменения было серьезны, поэтому такая эволюция длится миллионы лет. Неужели мы не можем посмотреть на эволюцию? Можем. Благодаря вирусам и бактериям, у которых смена поколений происходит гораздо быстрее. Учёные в лабораториях наблюдают, что кардинальные изменения в строении вирусов и бактерий происходят не мгновенно, по воле божьей, а засчет процесса накопления полезных мутаций. То есть строение вируса или бактерии продиктовано эволюцией.

Эволюция живых организмов, происходящая прямо на глазах Бактерии, Вирус, Спид, ВИЧ, Чума, Бешенство, Эволюция, Кролик, Длиннопост

Когда смотришь на то, как совершенно устроены животные, кажется, что такое разумное строение мог обеспечить только разумный создатель. А у вирусов и бактерий, напомню, доказано, что строение обусловлено эволюцией. И они устроены не менее "разумно", чем животные. Порой они даже похожи на роботов.

Эволюция живых организмов, происходящая прямо на глазах Бактерии, Вирус, Спид, ВИЧ, Чума, Бешенство, Эволюция, Кролик, Длиннопост

Рассмотрим, к примеру, вирус бешенства. Он поражает мозг заражённого животного именно таким образом, чтобы вызвать у него агрессию. Тогда жертва кусает других и переносит вирус. Разумно? Разумно.

Эволюция живых организмов, происходящая прямо на глазах Бактерии, Вирус, Спид, ВИЧ, Чума, Бешенство, Эволюция, Кролик, Длиннопост

Или вирус СПИДА. Он поражает именно своих главных врагов в теле человека - клетки иммунной системы. В результате организм не способен ему противостоять и выздороветь. Разве не гениально он устроен?

Эволюция живых организмов, происходящая прямо на глазах Бактерии, Вирус, Спид, ВИЧ, Чума, Бешенство, Эволюция, Кролик, Длиннопост

Или чума.. Бубонная чума размножается в глотке блохи и перекрывает ее. Блоха не может пить. В результате насекомое в порыве жажды мечется от жертвы к жертве, отчаянно пытаясь напиться,и заражает чумой больше жертв. Тоже разумно. Но это бактерия, а доказано, что они формируются в процессе эволюции.

Эволюция живых организмов, происходящая прямо на глазах Бактерии, Вирус, Спид, ВИЧ, Чума, Бешенство, Эволюция, Кролик, Длиннопост

А напомню, что с животными происходят те же процессы, что и при эволюции бактерий, только медленные. Мы не можем увидеть в лаборатории эволюцию животных, но благодаря микроорганизмам мы всё же можем пронаблюдать ее вживую.

Эволюция живых организмов, происходящая прямо на глазах Бактерии, Вирус, Спид, ВИЧ, Чума, Бешенство, Эволюция, Кролик, Длиннопост
Показать полностью 10
377

Ричард Докинз — "Эволюция — это всего лишь теория" [SpaceWhale]

«Это всего лишь теория» — один из крестов критики, с которым сталкиваются все учёные, посвятившие свои исследования теории эволюции. Ричард Докинз рассуждает о природе подобной критики. Она иронично звучит от религиозного сообщества, этически неприкосновенного для любых отрицательных оценок и неготового признавать собственные ошибки.

116

Ученые подвели первые итоги самого продолжительного в истории научного эксперимента

Группа учены из Великобритании (Шотландия), Германии и США подвела первые результаты самого долгосрочного научного эксперимента в истории. Цель эксперимента состоит в изучении жизнеспособности микробов в изоляции за 500-летний период. Окончательно итоги будут подведены аж в 2514 году, а сейчас микробиологи представили результаты первых пяти лет исследования – это около 1 процента от общей протяженности эксперимента, говорится в статье, опубликованной в журнале PLOS ONE.

Ученые подвели первые итоги самого продолжительного в истории научного эксперимента Наука, Микробиология, Бактерии, Эволюция, Биология, Эксперимент

Объектом исследования является сенная палочка (Bacillus subtilis), открытая в 1835 году и являющаяся одним из наиболее изученных представителей рода бацилл. По словам ученых, бактериальные споры представляют собой невероятно устойчивые формы жизни. В ответ на экстремальные условия они способны перестраивать свою ДНК, чтобы адаптироваться под них.


Самый продолжительный эксперимент в истории науки должен ответить сразу на несколько вопросов, которые в конечном итоге позволят лучше разобраться в том, как развивалась жизнь на нашей планете более 3,5 миллиарда лет назад и возможно ли существование жизни на других планетах с другими условиями окружающей среды.


В частности, ученых интересует как долго жизнеспособность сохраняется при отсутствии влаги и воздуха, как быстро бактерии возродятся, вернувшись к привычной среде, какова скорость гибели спор и когда это происходит?


При подготовке эксперимента высушенные бактерии сенной палочки поместили в сотни герметично запечатанных колб. Колбы поместили в два ящика – один находится в Эдинбургском университете, другой – в лондонском Музее естествознания. Еще несколько образцов подвергаются воздействию очень низких температур и радиации. В течение первых 24 лет с начала эксперимента каждые 2 года ученые будут открывать по несколько колб и проверять состояние бактерий. После этого проверка образцов будет проводиться 1 раз в 25 лет.


В первых подведенных результатах ученые отмечают, что полная изоляция пока никак не повлияла на состояние сенной палочки. Образцы оказались такими же жизнеспособными, как и на начало эксперимента. Часть образцов Bacillus subtilis, подвергавшихся воздействию низкой температуры (-80 градусов Цельсия) и радиации погибли, однако у выживших ученые не обнаружили изменений в ДНК – она не отличается от образцов бактерий, которые находятся в герметичных колбах.


Исследователи прекрасно понимают, что окончательные результаты эксперимента смогут подвести лишь потомки спустя множество поколений, поэтому все результаты первых лет наблюдений тщательно конспектируются как на цифровых носителях, так и на бумаге с учетом всех установленных правил, которые также будут копироваться каждые 25 лет и впоследствии передаваться будущим поколениям.

Показать полностью
216

Нанотехнологии бактерий поражают воображение

Нанотехнологии бактерий поражают воображение Эволюция, Наука, Биология, Бактерии, Микробиология, Рекорд, Разумный замысел

Скорость, с которой передвигаются многие организмы, поражает воображение. И это касается не только птиц или насекомых, но и бактерий. То, что они, используя жгутики, плавают со средней скоростью около 25 мкм/с, ученым известно давно. Но среди них есть виды, которые могут развивать спринтерскую скорость – 100 и больше мкм/с. А это значит, что за столь незначительный отрезок времени бактерия перемещается на расстояние, которое в 10 и более раз превышает ее собственную длину. Если представить это в более понятных для человека масштабах, то при таком соотношении расстояния и скорости пловец проплыл бы 100 м приблизительно за 5 с.


Наблюдения под электронным микроскопом, а также микросъемка показали, что во время движения жгутик бактерии вращается вокруг оси. Причем скорость этого вращения поражает воображение: от 100 до 1000 оборотов в секунду. Для вращения жгутика у бактерий есть специальное устройство, которое ученые назвали «протонным мотором». Суть его работы заключается в следующем: во время дыхания из бактериальной клетки во внешнюю среду откачиваются ионы водорода (Н) или ионы натрия (Na). Но когда ионы Н+ или Na+ возвращаются в клетку, их обратный поток и обеспечивает вращение жгутика.


Впоследствии было установлено, что некоторые морские бактерии для вращения жгутика, вместо «протонного мотора», используют «натриевый», в котором энергия образуется за счет разности электрохимических потенциалов ионов натрия.


Более того, у морской бактерии вибрио альгинолитикус, в зависимости от внешних условий, образуются два типа жгутиков. Если этот микроорганизм живет в морской воде, то у него присутствует только один большой жгутик, который приводится в движение «натриевым мотором». Если же бактерия оказывается в другой среде, то на ее тельце появляется множество мелких жгутиков, которые вращаются с помощью «протонных моторов».


Движение позволяет микроорганизмам выбирать оптимальные условия существования, для чего бактерии располагают множеством датчиков, регистрирующих параметры внешней и внутренней среды: температуру, освещенность, кислотность и т. д.


Датчики – это особые белки-рецепторы, которые обычно располагаются на внутренней мембране. Они регулируют характер вращения жгутика, подавая два вида сигналов, одни из которых вызывают переключение, другие – запрещают его. Если бактерия плывет в нужном направлении (например, в сторону увеличения концентрации глюкозы), то рецептор глюкозы связывает этот сахар и посылает сигнал, запрещающий изменение направления движения. Если же концентрация глюкозы падает, то рецептор посылает противоположный сигнал. Бактерия меняет направление движения в ту сторону, где концентрация глюкозы более высокая, и оказывается в благоприятных условиях.


По материалам научно-образовательного портала "С точки зрения науки" santorum,ru

Показать полностью
1049

Такого уровня сложности у вирусов и бактерий никто не ожидал!

Израильские ученые из Института имени Вейцмана (Weizmann Institute of Science) сделали новое открытие, касающееся вирусов-бактериофагов. Оказалось, что вирусы, которые заражают бактерий из рода Bacillus, передают друг другу сообщения. Вирус, атакующий бактерию, способен «прочитать» сообщение своего предшественника и в зависимости от его содержания выбрать, что делать дальше – убить свою цель или только заразить ее.

Такого уровня сложности у вирусов и бактерий никто не ожидал! Биология, Эволюция, Теория эволюции, Разумный замысел, Вирус, Бактерии, Микробиология, Наука

Израильтяне работали над гипотезой о том, что бактерии могут предупреждать другие бактерии об атаке вирусов. Исследователям было известно, что бактерии могут определенным образом координировать свои действия, оставляя друг другу сигналы, которые называются quorum sensing – «чувство кворума», дистанционное микробное взаимодействие. Однако вместо общения между бактериями сотрудники института имени Вейцмана, к своему удивлению, обнаружили коммуникации между вирусами. Бактериофаги phi3T производили химические соединения, которые влияли на поведение других вирусов того же вида.


Некоторые бактериофаги способны атаковать свои цели двумя разными способами. Они могут заразить клетки носителя и делиться там, пока те не погибнут – или встроиться в геном бактерии и «уснуть», пока какой-либо триггер не пробудит их к активности. С помощью химических сигналов вирусы phi3T «командовали» друг другом, заставляя своих «коллег» выбрать определенный способ заражения. Чтобы проверить свое предположение, ученые поместили некоторое количество вирусов в сосуд с бактериями Bacillus subtilis, и отметили, что вирусы предпочитают сразу убивать бактерии. Затем они аккуратно убрали из сосуда и бактерии, и вирусы, не трогая белковые следы, оставленные вирусами. Эти белки добавили к свежей культуре Bacillus subtilis и phi3T. В новом эксперименте вирусы вели себя иначе – они предпочитали засыпать, оставив свой геном внутри бактерий. Молекулу, которая при этом была активна, назвали «arbitrium» (от латинского «решение»).


Дальнейшие исследования показали, что arbitrium выделяется тогда, когда зараженная вирусом бактерия умирает. Если умерло большое количество бактерий – уровень arbitrium повышается, и вирусы прекращают убивать бактерии, засыпая на некоторое время, пока бактерии снова не размножатся в достаточном количестве. Возможно, arbitrium – не единственный способ коммуникации вирусов, и, скорее всего, не только бактериофаги могут общаться между собой. Есть вероятность, что передавать друг другу сигналы могут и те вирусы, которые поражают гораздо более сложные, чем бактерии, организмы – в том числе людей.


То, что бактерии способны общаться друг с другом с помощью электрохимических сигналов – наподобие того, как общаются между собой нервные клетки – обнаружили специалисты из Калифорнийского университета в Сан-Диего (University of California in San Diego) осенью 2015 года. Они заинтересовались особенностями роста и питания больших бактериальных скоплений – их увеличение носило скачкообразный характер, периодически колонии переставали расти. Выяснилось, что когда бактерии, находящиеся в середине колонии, начинают голодать, они посылают особый электрохимический сигнал на периферию. Получив этот сигнал, бактерии по краям перестают употреблять питательные вещества (а колония прекращает расти), и начинают передавать их в центр, пока его обитатели не насытятся и не прекратят сигналить. После этого колония снова начинает расти.


Сейчас исследования на эту тему продолжаются, и сотрудники Калифорнийского университета в Сан-Диего открыли новые взаимодействия. Бактерии, заявили специалисты, общаются не только с себе подобными, но и с другими микроорганизмами. Ученые обнаружили, что Bacillus subtilis, формирующие вместе с грибками и одноклеточными биопленку, регулируют численность микроорганизмов в своей среде обитания. Биопленка – это тонкий слой таких организмов, располагающийся на какой-либо поверхности. Благодаря совместной работе бактерии и их соседи эффективно сопротивляются антибиотикам и химическим воздействиям. Если бактерии «решают», что их биопленка имеет слишком маленький объем – они посылают электрические сигналы наружу, выпуская ионы за ее пределы. Другие микроорганизмы, получив такой сигнал, воспринимают его как пригласительный билет и присоединяются к биопленке.

Показать полностью
332

Кишечную палочку научили встраиваться в клетку дрожжей и работать митохондрией

Общепринятая на данный момент теория симбиогенеза предполагает, что митохондрии в эукариотических клетках произошли от симбиотических бактерий. Однако поиски предковой бактерии и реконструкция событий симбиогенеза еще далеки от завершения. Авторы новой статьи в журнале PNAS подошли к проблеме с другого конца: они смоделировали симбиогенез на примере хорошо изученной бактерии (Escherichia coli) и хорошо изученной эукариотической клетки (Saccharomyces cerevisiae). Теперь у нас есть отработанная методика получения химерных клеток, с помощью которой можно проверять, какие именно свойства предковой бактерии были необходимы для симбиогенеза.

Кишечную палочку научили встраиваться в клетку дрожжей и работать митохондрией Наука, Эволюция, Симбиоз, Бактерии, Копипаста, Elementy ru, Длиннопост

Рис. 1. Снимок химерных клеток кишечной палочки и дрожжей, сделанный с помощью конфокального флуоресцентного микроскопа. Голубым окрашены клетки дрожжей, фиолетовым — РНК кишечной палочки. Изображение из обсуждаемой статьи в PNAS

Теория симбиогенеза была предложена в 1967 году. Согласно ей, археи и протеобактерии вступили в эндосимбиоз (первые тем или иным способом «поглотили» вторых), что привело к возникновению эукариот (см.: Теория симбиогенеза 50 лет спустя: параллельной эукариотизации, скорее всего, не было, «Элементы», 22.11.2017). За 50 лет удалось уточнить разные детали: судя по всему, эндосимбиоз с предками митохондрий произошел только один раз, а не в нескольких параллельных ветвях, и это стало конечным этапом в становлении эукариот (см.: Генеалогия белков свидетельствует о позднем приобретении митохондрий предками эукариот, «Элементы», 08.02.2016). Однако вопросов все еще остается немало, например, что это была за предковая бактерия? Одна из распространенных точек зрения заключается в том, что изначально бактерии паразитировали на клетках архей, а потом паразитизм перешел в симбиоз. В таком случае, ближайшие родственники такой бактерии, известные нам, — это альфапротеобактерии риккетсии, внутриклеточные паразиты многих животных и человека (вызывают, например, эпидемический сыпной тиф и пятнистую лихорадку Скалистых гор).


Можно продолжать поиск родственников «с конца», то есть сравнивать геномы современных митохондрий с геномами различных бактерий и искать пересечения, а можно зайти «с начала» и попробовать воспроизвести эту предковую бактерию самим. Для этого нужно определить минимальный набор свойств, которыми она должна обладать для успешного внедрения внутрь археи. Заодно такой метод мог бы пролить свет на последовательность событий симбиогенеза. Но коль скоро мы не умеем создавать бактерии с нуля, можно модифицировать самую изученную бактерию на свете — кишечную палочку (Escherichia coli).


Общий принцип, которым руководствовались авторы эксперимента, можно сформулировать так: чтобы заставить две клетки вступить в симбиоз, нужно отобрать у них что-то жизненно важное, тогда их существование по отдельности станет невозможно (рис. 2).

Кишечную палочку научили встраиваться в клетку дрожжей и работать митохондрией Наука, Эволюция, Симбиоз, Бактерии, Копипаста, Elementy ru, Длиннопост

Рис. 2. Дизайн эксперимента. А — нормальный обмен веществ в клетке дрожжей: глюкоза расщепляется в ходе гликолиза с образованием АТФ. Другие органические вещества, в частности, глицерин, расщепляются в ходе цикла Кребса в митохондриях с образованием АТФ. В — химерная клетка. В питательной среде нет глюкозы, есть только глицерин, но собственные митохондрии дрожжевой клетки не работают. Добыть энергию из глицерина может только клетка E. coli, которая, в свою очередь, получает от «хозяина» витамин B1. Изображение из обсуждаемой статьи в PNAS

Всю работу можно условно разделить на пять шагов.


Шаг 1 — лишить кишечную палочку самодостаточности. Чтобы эндосимбиоз оказался выгодным решением для бактерии, она должна стать ауксотрофом — быть неспособной производить какое-нибудь жизненно необходимое вещество. Для многих бактерий таким веществом является тиамин (витамин B1) — кофермент в реакциях углеводного обмена. Поэтому в геноме E. coli ген биосинтеза тиамина был заменен на кассету с GFP (зеленым флуоресцентным белком) и геном устойчивости к антибиотику канамицину. Теперь клетки не могут выживать без внешнего источника тиамина (который они сквозь мембрану закачивают внутрь), их можно отобрать под действием антибиотика и отследить во флуоресцентный микроскоп.


Шаг 2 — сделать кишечную палочку полезной. Авторы гипотезы происхождения митохондрии из внутриклеточных паразитов полагают, что одним из ключевых белков был АТФ/АДФ-антипортер. Это белок-переносчик, который обменивает АТФ на АДФ, меняя их местами по разные стороны мембраны. У паразитической бактерии он должен работать на благо бактерии: захватывать АТФ снаружи (то есть отбирать у клетки-хозяина) и менять на отработанные АДФ бактерии. Однако этот механизм можно заставить работать и в обратную сторону, если концентрации веществ поменяются местами. При этом бактерия начнет забирать АДФ из цитоплазмы хозяина и отдавать АТФ. Так или иначе, АДФ/АТФ-антипортеры есть как у современных митохондрий, так и у внутриклеточных паразитов. У свободно живущей кишечной палочки такого белка нет, поэтому пришлось снабдить клетки E. coli плазмидой с соответствующим геном.


Шаг 3 — лишить дрожжи самодостаточности. Чтобы заставить дрожжи вступить в симбиоз, их нужно лишить энергии, то есть АТФ. Тогда единственным выходом будет получить его от кишечной палочки. Но у дрожжей, как у почти всех эукариот, есть свои митохондрии. Поэтому авторы эксперимента взяли мутантный штамм дрожжей, лишенный одного из ключевых митохондриальных генов. Такие клетки содержат митохондрии, но не получают от них энергии. Они не могут расти в среде, где из питательных веществ есть только глицерин. Однако оказалось, что и в симбиоз с E. coli они тоже не вступают.


Шаг 4 — добавить «белки слияния». Эукариотическая клетка — это множество вложенных друг в друга мембранных пузырьков. Чтобы органеллы хаотично не сливались друг с другом, мембраны покрыты белками группы SNARЕ, которые могут стимулировать или блокировать слияние. Многие патогенные бактерии тоже несут SNARE-подобные белки. Клетка-хозяин воспринимает их как собственные органеллы и не переваривает (то есть с ними не сливаются лизосомы). Правда, мы пока не уверены в том, что к моменту эндосимбиоза эукариоты уже обладали системой этих белков. Но коль скоро мы работаем с дрожжами, приходится на нее ориентироваться. Авторы эксперимента ввели кишечной палочке гены трех разных SNARE-подобных белков, позаимствованных у хламидий. И только после этого они получили устойчивые колонии дрожжей с симбиотическими E. coli (рис. 3). Колонии росли на среде, богатой глицерином, лишенной тиамина, и с добавлением антибиотика канамицина, — то есть удовлетворяли всем условиям эксперимента. В том же составе химерные клетки размножались в течение последующих трех дней культивирования, что соответствует примерно 40 делениям.

Кишечную палочку научили встраиваться в клетку дрожжей и работать митохондрией Наука, Эволюция, Симбиоз, Бактерии, Копипаста, Elementy ru, Длиннопост

Рис. 3. Ультраструктура химерных клеток: результаты томографии под действием мягкого рентгеновского излучения. Сверху вниз — три плана в разных плоскостях. Левый столбец — просто снимок, средний столбец — снимок с выделенными органеллами, правый столбец — реконструкция клетки с обозначением плоскости среза (пунктирная линия). Изображение из обсуждаемой статьи в PNAS


Шаг 5 — убрать лишнее. В ходе эволюции митохондрия утратила большую часть ДНК (у млекопитающих, например, в ее геноме осталось лишь 37 генов). Это значит, что она становилась все более зависимой от своей клетки-хозяина. Авторы обсуждаемой статьи попробовали воспроизвести и этот этап тоже. Для этого они удалили у клеток кишечной палочки ген биосинтеза НАД+ — еще одного важного кофермента. Клетки, лишенные НАД+, так же как и их предшественники, лишенные тиамина, успешно образовывали химеры с дрожжами. И даже двойные мутанты, неспособные производить ни один из этих коферментов, также вступали в эндосимбиоз (рис. 4)

Кишечную палочку научили встраиваться в клетку дрожжей и работать митохондрией Наука, Эволюция, Симбиоз, Бактерии, Копипаста, Elementy ru, Длиннопост

Рис. 4. Колонии химерных клеток, образованные разными штаммами кишечной палочки. Слева направо: контроль (клетки дрожжей), химера с E. coli, дефицитными по тиамину, химера с E. coli, дефицитными по НАД+, химера с E. coli, дефицитными по обоим коферментам. А — зеленым светится GFP в клетках кишечной палочки. В — дрожжи окрашены голубым (краситель FITC), бактерии — фиолетовым зондом, связывающимся с бактериальной РНК. Желтые стрелки указывают на примеры химерных клеток. Изображение из обсуждаемой статьи в PNAS


Перед нами — отработанная методика, с помощью которой можно моделировать ранние события эндосимбиоза. Клетки кишечной палочки, дефицитные по разным веществам, равно хорошо образуют химеры, которые воспроизводятся из поколения в поколение. Следующий шаг — поиск предельной редукции генома E. coli, возможной в данной ситуации. Авторы статьи отмечают, что удаление всего двух путей биосинтеза уже дало экономию в 7,7 тысяч пар нуклеотидов (для сравнения — весь митохондриальный геном человека составляет примерно 15 тысяч пар). Поэтому нам еще предстоит найти ту грань, на которой экономия размера генома столкнется с возможностью выживания клетки-симбионта.


Кроме того, как ехидно указывают авторы в конце текста, при таком раскладе не очень понятно, кто в этой истории настоящий паразит. Если бактерия, попавшая внутрь археи, лишь постепенно утрачивала свои метаболические пути, то возможно настоящим паразитом здесь стоит считать архею, которая потребляла энергию, производимую бактерией.


Источник: A. P. Mehta, L. Supekova, J.-H. Chen, K. Pestonjamasp, P. Webster, Y. Ko, S. C. Henderson, G. McDermott, F. Supeke, P. G. Schultz. Engineering yeast endosymbionts as a step toward the evolution of mitochondria // PNAS. Published ahead of print October 29, 2018. DOI: 10.1073/pnas.1813143115.

Полина Лосева 

http://elementy.ru/novosti_nauki/433356/Kishechnuyu_palochku...

Показать полностью 3
1571

Ученые впервые увидели, как бактерии получают устойчивость к антибиотикам.

Ученые впервые увидели, как бактерии получают устойчивость к антибиотикам. Бактерии, Антибиотики, Ученые, Гифка, Наука

Бактерия холеры ловит ДНК погибшей соседки в надежде получить резистентность к антибиотикам


Ученым из Университета Индианы впервые удалось увидеть этот процесс напрямую, с помощью микроскопа и нового метода наблюдений. Об этом Анкур Далия (Ankur Dalia) и его соавторы пишут в статье, опубликованной в журнале Nature Microbiology.


В каждый момент лишь незначительная часть популяции бактерий способна к «восприятию» чужой ДНК, однако эти так называемые компетентные клетки играют важнейшую роль в выживании. Их оболочки становятся более проницаемыми, а для поглощения ДНК используются пили — специализированные выросты на поверхности. Ученые стимулировали такое состояние компетентности у холерных вибрионов. Специализированный набор флуоресцентных красителей позволил визуализировать и клетки, и пили, и ДНК.

По словам авторов, пили действуют как миниатюрные — в десяток тысяч раз тоньше человеческого волоса — гарпуны, вытягиваясь из поры в клеточной стенке, захватывая ДНК и втягиваясь обратно. Да и поры настолько малы, что ДНК скручивается, чтобы протиснуться в отверстие. «Это как шитье ниткой, — объясняет Кортни Элисон (Courtney Ellison), одна из авторов работы. — Ширина отверстия во внешней оболочке почти равна спирали ДНК, сложенной вдвое. Если бы не пили, шансы на то, что ДНК, протолкнувшись в клетку, пройдет под нужным углом, практически нулевые».

Ученые впервые увидели, как бактерии получают устойчивость к антибиотикам. Бактерии, Антибиотики, Ученые, Гифка, Наука

На отдельных кадрах видно, как клетка вытягивает пили и, захватив фрагмент ДНК, втягивает его внутрь / ©Ankur Dalia, Indiana University

Показать полностью 1
322

Древнейшие следы жизни — строматолиты, возраст 3,8 миллиарда лет.

Древнейшие следы жизни —  строматолиты, возраст 3,8 миллиарда лет. Эволюция, Бактерии, Симбиоз, Палеонтология, Наука, Длиннопост, Интересное

Строматолиты (дословно каменная прослойка) это продукт жизнедеятельности микробных матов, карбонатные постройки из минерализованных остатков их нижних слоёв.

Сами маты представляют собой симбиотические сообщества различных аэробных (использующих кислород) и анаэробных (живущих в бескислородной среде) бактерий.  

Слои образованные минеральными остатками жизнедеятельности бактерий.

Древнейшие следы жизни —  строматолиты, возраст 3,8 миллиарда лет. Эволюция, Бактерии, Симбиоз, Палеонтология, Наука, Длиннопост, Интересное

Верхний фотосинтезирующий аэробный  слой — поверхность роста, образованная автотрофными фотосинтезирующими цианобактериями и аэробными гетеротрофами, утилизирующими кислород, выделяемый цианобактериями и органические соединения отмерших микроорганизмов.


Промежуточный слой, образованный фотосинтезирующими микроорганизмами — анаэробами, использующими прошедший через вышележащий слой свет, и гетеротрофными аэробами. В дневное время в промежуточном слое может присутствовать кислород, в ночное время при прекращении фотосинтеза условия становятся анаэробными.


Нижний слой афотическая (безсветовая) гетеротрофная анаэробная зона, составленная микроорганизмами, минерализующими органические остатки.

Срез микробного мата солевых озёр.

Древнейшие следы жизни —  строматолиты, возраст 3,8 миллиарда лет. Эволюция, Бактерии, Симбиоз, Палеонтология, Наука, Длиннопост, Интересное

Микробные маты представляют собой фактически замкнутую экосистему с нулевым балансом: продукция кислорода и органических веществ равна их потреблению. Фотосинтезирующие бактерии промежуточного слоя содержат фотосинтезирующие пигменты, имеющие максимум поглощения света в спектральных областях, отличных от максимума поглощения цианобактериального хлорофилла. Такое отличие позволяет им более эффективно использовать прошедший через верхний слой свет. При изменении спектра освещённости («покраснение» утром и вечером) в мате происходят упорядоченные вертикальные миграции бактерий с разными типами пигментов.

Микробные маты в горячих источниках.

Древнейшие следы жизни —  строматолиты, возраст 3,8 миллиарда лет. Эволюция, Бактерии, Симбиоз, Палеонтология, Наука, Длиннопост, Интересное

В настоящее время микробные маты обитают в самых экстремальных условиях, в которых отсутствует или слаба конкуренция со стороны более развитых форм жизни. Они способны существовать в широчайшем диапазоне температур и солёностей, и распространены от приполярных (психрофильные микробные маты Антарктики) до приэкваториальных областей (строматолиты солёных озёр и лагун Австралии) и гидротермальных источников.

Строматолиты Shark Bay Австралия.

Древнейшие следы жизни —  строматолиты, возраст 3,8 миллиарда лет. Эволюция, Бактерии, Симбиоз, Палеонтология, Наука, Длиннопост, Интересное

До недавнего времени самыми древними строматолитами считались находки возрастом 3,5 миллиарда лет. В прошлом году учёные нашли древнейшие на данный момент строматолиты в формации Исуа, возрастом 3,7-3,8 миллиарда лет. До этого были только косвенные подтверждения, по изотопному составу горных пород (повышенное содержание изотопов лёгкого углерода используемого живыми организмами)


Строматолиты формации Исуа.

Древнейшие следы жизни —  строматолиты, возраст 3,8 миллиарда лет. Эволюция, Бактерии, Симбиоз, Палеонтология, Наука, Длиннопост, Интересное

В течение всего архея(от 4,0 до 2,5 млрд. лет назад.) и протерозоя( от 2,5 млрд до 541 млн лет назад) они были наиболее массовыми из пород бесспорно биогенного происхождения, таким образом, являются одним из древнейших свидетельств существования и распространённости жизни на Земле.

Древнейшие следы жизни —  строматолиты, возраст 3,8 миллиарда лет. Эволюция, Бактерии, Симбиоз, Палеонтология, Наука, Длиннопост, Интересное
Показать полностью 5
1546

Бактерии, пожирающие пластик

Бактерии, пожирающие пластик Ученые, Бактерии, Пластик, Природа, Ideonella sakaiensis

В образцах почвы и воды, которые ученые Киотского технологического института (Япония) под руководством Кохеи Ода собирали на территории завода по переработке пластиковых бутылок и одноразовой посуды, была обнаружена неизвестная ранее бактерия Ideonella sakaiensis. Микроорганизмы оказались настолько прожорливы, что с удовольствием питались пластиком, разлагая его на экологические безопасные компоненты. Подсчитано, что бактерии способны переварить пластиковый пакет за 6 недель при температуре 30 градусов. Существование этих бактерий яркая иллюстрация того, насколько быстро происходит эволюция. Потому что способность разлагать пластик появилась у бактерий, не раньше, чем человек этот пластик изобрел. А это произошло только в 40-х годах прошлого века. Экологи считают, что таким образом природа оперативно отреагировала на варварскую деятельность человека по загрязнению окружающей среды.


Это открывает невероятные перспективы по переработке отходов и мусора с помощью с помощью живых организмов. Чтобы вы представили масштаб проблемы: в 2013 году было произведено 56 миллионов тонн материалов для ПЭТ-упаковки (любимое блюдо бактерии), а повторно использовано только 2 миллиона. Значит все остальное осело в виде мусора. Теперь у планеты есть шанс не превратиться в огромную космическую помойку.

Бактерии, пожирающие пластик Ученые, Бактерии, Пластик, Природа, Ideonella sakaiensis
Показать полностью 1
162

Эволюция бактерии в большой Чашке Петри

В данном видео демонстрируется как бактерия эволюционирует чтобы выработать нечувствительность к антибиотику.

Чем ближе к центру Чашки Петри, тем сильнее концентрация антибиотика.

76

Раскрыт секрет бактерий-«Бэтменов»

Американские биологи выяснили, что синегнойная палочка (Pseudomonas aeruginosa), существуя в микромире, напоминает героя из комиксов — «Бэтмена». Она способна передвигаться не только как все обычные бактерии, используя специальные жгутики, но может к тому же использовать при перемещении в пространстве «абордажный крюк». То есть микроб цепляется за твердые предметы, чтобы с помощью силы инерции преодолеть большое расстояние.


Ученые также сделали открытие, что разные виды «бэтменов» могут использовать одни и те же жгутики, чтобы преодолеть необходимое расстояние. После заморозки нескольких клеток одного из микробов биологам стало ясно, как работает «абордажный крюк».


Оказывается, он представляет собой сложную структуру. «Крюк» напоминает больше деталь от мотора, а не биологический механизм. Основу этого «мотора» составляют белки, которые управляют вращением, а также включают этот своеобразный двигатель. Специалисты полагают, что это открытие поможет при разработке наноботов.


Источник фото: www.bioquell.asia

Раскрыт секрет бактерий-«Бэтменов» Бэтмен, Бактерии, Синегнойная палочка, Pseudomonas aeruginosa, Факты, Американские биологи, Ученые, Наука
Похожие посты закончились. Возможно, вас заинтересуют другие посты по тегам: