Читаете эту статью с телефона? Посмотрите на экран. Скорее всего, он выглядит вполне нормально — может, немного в отпечатках, но в целом ничего особенного. Теперь представьте, что на каждом квадратном сантиметре этого экрана живёт до 25 тысяч бактерий, и вы постоянно размазываете их пальцем туда-сюда. Добро пожаловать в экосистему смартфона — один из самых густонаселённых объектов в вашей квартире, про который почему-то никто не думает в таких категориях.
Как вырастить грибы на суп в домашних условиях.
Сравнение со стульчаком унитаза давно стало классикой в разговорах про телефонную гигиену, и оно абсолютно реальное. Исследователи из Университета Аризоны выяснили, что на смартфоне бактерий в десять раз больше, чем на сиденье унитаза в общественном туалете, — а это, надо сказать, довольно высокая планка для сравнения. На телефонах медработников обнаружили более 1300 различных штаммов бактерий. На телефонах обычных людей цифры скромнее, но ненамного.
Причина простая и неприятная: унитаз в туалете всё-таки иногда чистят, а ещё он смывает, вода уносит огромное количество жизни в водопроводные трубы. Телефоны же чистят очень редко. При этом его берут в руки каждые 5 минут, кладут на кухонный стол, на скамейку в парке — и да, трое из четырёх людей признаются, что берут смартфон с собой «по делам». После чего прикладывают его к лицу и начинают разговор.
И микробы такие: "Десантируемся ему в ухо!!!"
Кто конкретно там живёт?
Состав населения смартфона сильно зависит от того, кому он принадлежит и где побывал, но некоторые виды встречаются практически у всех. Стафилококк золотистый — один из самых частых гостей, он в норме живёт на коже примерно у каждого пятого человека и легко переходит с пальцев на экран и обратно. Кишечная палочка на экранах тоже встречается — и её происхождение вас не обрадует, потому что попадает она туда, как правило, одним очевидным путём, связанным с тем самым туалетным визитом со смартфоном в руках.
Помимо бактерий, на телефоне живут грибки — споры разных видов, которые чувствуют себя прекрасно на тёплой стеклянной поверхности. Тепло смартфон выделяет постоянно, влажность обеспечивают потеющие ладони, органику поставляют частицы кожи и остатки еды — идеальная среда, если вы гриб.
Ну и самое интересное — клещи. На коже лица почти каждого взрослого человека живут микроскопические клещи демодекс, размером около полумиллиметра, которые обитают в сальных железах и волосяных фолликулах. Ночью они выходят на поверхность кожи — и в этот момент вполне способны переселиться на экран телефона, а с него — на следующего человека, который возьмёт ваш аппарат в руки.
Демодексы есть буквально у каждого человека, они питаются кожным салом и давно стали нашими сожителями. У здоровых людей проблем не вызывают, но при падении иммунитета и грязном образе жизни могут начаться воспаления, аллергии и т.д.
Демодексы в дырочке на смартфоне.
Смартфон — это почти идеальный инкубатор. Он тёплый, потому что процессор греется постоянно, и бактерии размножаются в тепле быстрее. Он редко бывает сухим — пальцы оставляют жирные следы, которые служат питательной средой. Стеклянный экран, в отличие от пористых поверхностей, казалось бы, должен быть чище — но именно на гладком стекле бактерии удерживаются особенно хорошо, потому что им не нужно цепляться за рельеф, достаточно просто прилипнуть.
А чехол делает ситуацию ещё интереснее: под ним скапливается тепло и влажность, и количество бактерий внутри чехла может быть в 17 раз выше, чем на открытом экране. Так что если вы ходите с телефоном в чехле и никогда его не снимаете — поздравляем, вы носите с собой довольно развитую экосистему.
Кто-то через минуту, как дочитает эту статью.
Насколько это опасно? Большинство обитателей вашего телефона вам не угрожают — это те же микроорганизмы, которые живут на вашей коже, и иммунная система с ними давно договорилась. Проблемы начинаются в двух случаях: когда вы берёте чужой телефон и получаете чужую микрофлору, к которой у вас нет привычки, или когда патогены с экрана попадают на слизистые — то есть когда вы трёте глаза, едите руками или прикладываете трубку к губам.
Особая история — больницы, где телефоны перемещаются между разными отделениями и становятся переносчиками между пациентами. Именно поэтому в операционных и реанимациях телефоны запрещены.
Иногда на телефонах селятся ещё и пылевые клещи, но это нужно прямо в полном пыльном бардаке жить, так как в более менее средних условиях им там нечего есть.
Как улучшить ситуацию? Чистить телефон раз в несколько дней салфеткой со спиртом — достаточная мера, чтобы популяция заметно сократилась. Дело же не в том, чтобы убить всю живность на смартфоне. Хорошо бы просто не давать заразе там закрепляться в больших количествах. Можно было бы ещё посоветовать не брать телефон в туалет, но это уже перебор, правда?..
Оказывается, некоторые бактерии способны не просто выживать рядом с радиоактивными веществами, но и буквально «обезвреживать» их. Международная группа ученых провела эксперимент с водой из затопленной урановой шахты в Германии и получила впечатляющий результат: всего за 130 дней концентрация растворенного урана снизилась примерно на 95%.
Бактерии поместили в бескислородную среду и добавили глицерин — он стал для них источником энергии. В процессе жизнедеятельности микроорганизмы начали связывать растворенный уран, переводя его в химическую форму, которая значительно хуже растворяется в воде. Анализ показал, что значительная часть урана буквально закрепилась в клеточных стенках бактерий.
Самым неожиданным открытием стало обнаружение устойчивого соединения FeU(V)O₄ — комбинации урана, железа и кислорода. Ранее его находили только в загрязненных почвах, но никто не понимал, как оно образуется. Теперь ученые впервые показали, что ключевую роль в этом процессе могут играть именно бактерии. Если технология подтвердит свою эффективность в реальных условиях, в будущем она может стать экологичным способом очистки радиоактивно загрязненных вод и почв.
Много интересной информации в телеграм-канале ЭнергетикУм
Hyundai и Kia представили технологию Plasma Care UVC — первую в мире систему дезинфекции салона с использованием дальнего ультрафиолета Far-UVC с длиной волны 200–230 нанометров.
Испытания показали впечатляющие результаты. В реальном автомобиле Kia PV5 система уничтожила 99,9% бактерий вызывающих пневмонию всего за 30 секунд. Технология помогает бороться с неприятными запахами, устраняя микроорганизмы, которые являются их источником.
Такая лампа может быть особенно востребованной в автономном транспорте, роботакси, школьных автобусах и коммерческих автомобилях будущего, где требования к гигиене будут только расти.
Много интересной информации в телеграм-канале ЭнергетикУм
У меня на случай ядерной войны лежат банки с тушенкой, шпроты и пачки «Роллтона». Стратегия понятная, но давайте честно: этого хватит на пару месяцев, ну максимум на год, если растягивать. А что делать дальше? Я пытался сегодня разобраться.
Ядерная зима - штука суровая. Небо затянет тучами из пепла и гари, солнце пропадет на годы. Без солнечного света все растения загнутся, а значит, классическое сельское хозяйство с его грядками, теплицами и коровами, которые едят траву, полностью вымрет. Фотосинтез работать не будет.
Но выход есть. Спасение человечества кроется в природной фиче под названием хемосинтез. Запоминаем цепочку, которую нужно стоить в своем убежище:
Мы берем еще доступную нам химию и газы, скармливаем их специальным микробам, те размножаются с бешеной скоростью в полной темноте и создают тонны чистой органики. А чтобы люди не сошли с ума, питаясь жидким микробным супом, эту биомассу мы отдаем привычным нам морепродуктам - устрицам, мидиям и мелким рачкам. На выходе получаем нормальную, плотную еду, которую можно пожарить или сварить. .
А теперь давайте разберем каждый этап подробно.
Подробный разбор подземных технологий
1. Что такое хемосинтез?
Привычные растения работают на фотосинтезе: берут солнечный свет + воду + углекислый газ и собирают из этого сахар.
Хемосинтез - это абсолютно то же самое, но без единого луча света. Специальные бактерии используют вместо солнца чистую энергию жестких химических реакций. Они берут углекислый газ CO2, которого после пожаров будет навалом, кислород и газы-активаторы (например, водород или метан). Окисляя эти газы, бактерии получают энергию и собирают из них полноценные белки и углеводы.
2. Как выращивать бактерии под землей?
Для этого не нужны поля. Нужны биореакторы - огромные закрытые чаны из нержавеющей стали, похожие на те, в которых варят пиво.
В чан наливают воду, засыпают стартовую культуру бактерий и непрерывно закачивают газы. Если бункер питается от атомной или геотермальной станции, электричество пускают на электролиз воды, получая чистый водород. Водородные бактерии едят этот водород, удваивая свою массу каждые несколько часов. Потом этот «суп» фильтруют и высушивают. На выходе получается питательный порошок без запаха, состоящий на 70% из чистейшего белка.
3. Как выращивать рачков и мидий без океана?
Жрать порошок каждый день - верный путь к депрессии и проблемам с желудком. Нам нужно то, что можно пожевать. Поэтому в соседнем блоке бункера строятся вертикальные стеллажи (как на складах ИКЕА), где лотки стоят друг на друге до самого потолка. На них мы выращиваем:
Бункерных устриц (Люцинид): Это обычные двустворчатые ракушки с мелководья. В ходе эволюции они разучились есть ртом, а в их жабрах живут те самые хемосинтезирующие бактерии. Моллюскам не нужно глубоководное давление, они отлично живут в обычных мелких лотках с илом при нашем нормальном атмосферном давлении. На вкус — обычные мидии.
Пещерных рачков: Их подсмотрели в закрытой румынской пещере Мовиле, которая миллион лет жила без солнца. Там водятся слепые белые рачки (изоподы), которые пасутся на бактериальной пленке, как коровы на лугу. По сути, это мелкая креветка или криль, идеальное сырье для фарша.
4. Это не фантастика, технологии уже работают
Прямо сейчас, в 2026 году, компании уже зарабатывают на этом миллионы:
Стартап Solar Foods производит протеин Solein буквально из воздуха и электричества с помощью водородных бактерий. Его уже добавляют в протеиновые батончики и делают из него искусственное мясо.
Компании Calysta и Unibio тоннами перерабатывают природный метан с помощью бактерий, получая высококлассный белок для пищевой промышленности. Технология полностью готова к подземному использованию.
Так что, если на дворе внезапно потемнеет, паниковать не стоит. Затариваемся солью, занимаем место в бункере поближе к чанам с микробами и настраиваемся на морепродукты. Увидимся на выходе из убежища, где за кружкой микробного пива обязательно поделимся своими авторскими рецептами «крабовых» палочек из слепых пещерных рачков и котлет из водородного протеина. Кстати, сидеть на микробной диете придется не вечно: по расчетам ученых, сажа от пожаров в атмосфере полностью осядет, небо прояснится и можно будет снова начать заниматься нормальным сельским хозяйством примерно через 10–15 лет.
Представьте себе горячий источник, в котором кипит кислотная жидкость, а вокруг поднимаются клубы пара с запахом серы. Казалось бы, идеальные условия, чтобы здесь не было вообще ничего живого. И тем не менее, жизнь здесь "кипит" во всех смыслах. Некоторые микроорганизмы не просто выживают в таких условиях, а прекрасно себя чувствуют, да еще и активно размножаются.
Секрет их выносливости в специальных механизмах адаптации - термостабильных белках и особых клеточных мембранах, которые остаются стабильными даже там, где любая другая форма жизни давно бы погибла. Изучение таких адаптаций не только проливает свет на то, как вообще зарождалась жизнь на нашей планете, но и несет много практической пользы. Сегодня разберемся, как устроены эти любители экстремально горячих источников и почему их поиск - не только про научный интерес.
Кто же там живет
Далеко не вся планета это уютные +25 °C. Тем не менее микроорганизмы живут и во льдах Антарктиды, и в обжигающих термальных источниках, и каждый прекрасно приспособлен к своему «климату». Многие гипертермофильные микроорганизмы относятся к археям - уникальным одноклеточным организмам, которые как и бактерии не имеют в клетке ядра. Рекордсменами среди термофильных архей являются Pyrolobus fumarii, оптимальная температура роста которой составляет 106°C, а выживаемость возможна в пределах до 113°C , а также Methanopyrus kandleri, верхний предел роста которой, как сообщается, составляет 122°C.
Снимок Pyrolobus fumarii полученный с помощью электронного сканирующего микроскопа
Конечно, и среди бактерий есть свои чемпионы. Особенно выделяется бактерия Geothermobacterium ferrireducens, найденная в горячих источниках Йеллоустонского заповедника. Она прекрасно живет и здравствует при температурах до 100 °C.
Почему обычные микроорганизмы боятся повышенных температур?
Чтобы понять, а как термофилы вообще стали такими адаптированными, нужно понять, почему клетка в принципе боится высоких температур. Две основные части клетки, которые очень неустойчивы к высоким температурам - это клеточная мембрана и белки.
Белок - это длинная цепь из аминокислот, которая сворачивается в строго определённую трёхмерную фигуру, и именно от этой фигуры зависят функции белка. Форму держат довольно деликатные «скрепки». Это водородные связи, ионные связи, гидрофобные взаимодействия и дисульфидные мостики.
Высокая температура - это, по сути, лишняя энергия, и из-за которой молекулы начинают двигаться более активно. Слабые связи - в первую очередь водородные, гидрофобные и силы Ван-дер-Ваальса, такой тряски не выдерживают и рвутся. Аккуратно сложенная конструкция расплетается, а вместе с формой белок теряет свое "рабочее" состояние.
Белок может еще вернуться в сложенную форму, этот процесс называется ренатурацией, но воздействие на молекулу не должно быть слишком серьезным.
А функций у белков в клетке превеликое множество. Белки-ферменты расщепляют и собирают питательные вещества, структурные белки строят "каркас" клетки, транспортные белки таскают ионы и молекулы через мембрану. Список можно продолжать очень долго. Но нам важно то, что при повышенной температуре белки разрушаются и все эти функции уже выполнять не могут. В итоге в клетке происходит коллапс и судьба ее печальна.
С мембраной картина не менее драматичная. Любая клеточная мембрана - это не твердая стена, а скорее очень густая жидкость. В ней молекулы-липиды стоят плотными рядами, прижавшись «хвостами» друг к другу. При нагреве эти хвосты начинают активно изгибаться и толкаться, а между молекулами появляются бреши. Мембрана буквально плавится и барьерные функции нарушаются. Как итог, клетка теряет контроль над тем, что в нее входит, а что выходит, и быстро погибает.
Кстати, клетки умеют немного подстраиваться. У разных липидов хвосты разной длины и формы. Одни прямые и плотно укладываются, другие с изломом и держатся рыхлее. Меняя состав мембраны, клетка регулирует её «плавкость». Среди молекул, помогающих сохранить стабильное состояние мембран, например, стеролы. Они вклиниваются между обычными липидами и работают в обе стороны. Когда жарко, не дают мембране слишком разболтаться, когда холодно - не дают застыть.
А что придумали экстремофилы?
Разный состав липидов работает до определенных температур, но при экстремально высоких уже нужны более интересные адаптации. У архей есть своя "фишка" - особые клеточные мембраны. Любая клеточная оболочка состоит из жироподобных молекул-липидов, но у архей эти липиды упорядочены иначе. Во-первых, их части соединены более прочным типом химической связи - эфирной (у обычных бактерий и у нас с вами связь сложноэфирная и она легче рвётся). Во-вторых, у самых термофильных архей мембрана устроена совсем хитро. Если у обычных клеток оболочка - это два слоя липидов, скреплённых лишь слабым притяжением, то у них все липиды просто находятся в одном слое. Расслоить такую мембрану сложно - отсюда и устойчивость к очень высоким температурам.
Картина красивая, но недавняя работа показала, что это не единственный способ адаптации. Выяснилось, что такая «сплошная» мембрана для жаростойкости вовсе не обязательна. У археи Methanopyrus kandleri - того самого рекордсмена, растущего при 122 °C, мембрана все таки может быть двухслойной. Но как же она тогда не разваливается при температуре выше точки кипения воды?
Ответ оказался довольно интересным. Ученые нашли внутри такой мембраны дополнительный слой из сквалана.
Ester linkage - это как раз сложноэфирная связь, такая например у нас в клеточных мембранах, а Ether - эфирная, найденная у архей. Синим как раз отмечен вариант однослойной мембраны, а красным - тот, что со скваланом между слоями.
Сквалан располагается точно посередине мембраны, делает её прочнее и расширяет диапазон условий, в которых она сохраняет устойчивость. Проще говоря, эта молекула работает как наполнитель, закрывающий пустоты в середине и помогающий клетке выдерживать высокие температуры.
От науки к практике
Самый частый вопрос, который слышат ученые от общества - ну а какая практическая польза от ваших исследований? Все эти мембраны и белки - это, конечно, очень интересно, а мне что от этого? И вот от поиска и изучения термофильных организмов практическая польза огромная. Все дело в тех самых особенных белках.
Дело в том, что промышленные процессы нередко идут в условиях, абсолютно недружелюбных к обычным ферментам. Это в том числе и высокая температура, при которой обычные белки быстро разрушаются. Вот тут-то ферменты термофилов и оказались нарасхват. Сегодня они применяются в фармацевтике, производстве моющих средств, пищевой, текстильной, бумажной промышленности. Список на самом деле огромный, так что приведу лишь пару примеров.
Протеазы — это ферменты, которые расщепляют другие белки, и спектр их применения поистине огромен. Неудивительно, что микробные протеазы — одни из самых востребованных ферментов на свете. Сегодня на них приходится около 60 % всего рынка ферментов. Изрядная доля этого процента - стиральные порошки. На них приходится примерно 25 % мировых продаж ферментов. Такой фермент в порошке позволяет разъедать стойкие белковые пятна там, и при этом средство остаётся экологически безопасным.
Почему именно термофильные протеазы? Ну, во-первых стирка часто происходит при высоких температурах. При этом горячие источники ведь не ограничиваются одной только высокой температурой. Зачастую они еще очень кислотные или наоборот едко-щелочные. Поэтому белки местных микроорганизмов вынуждены быть стойкими сразу по нескольким фронтам. А именно такая устойчивость и нужна в моющих средствах, где хватает агрессивных компонентов.
Вот в этом порошке протеаза соседствует с липазой - ферментом расщепляющим жиры. Двойной эффект, получается.
В общем, если захотите интерактив, то можно поискать в магазинных порошках компонент, название которого заканчивается на -аза, это как раз и будут ферменты.
Ксиланазы и бумажная промышленность
Следующая группа ферментов - ксиланазы. Они нужны человечеству, поскольку могут разбирать на части гемицеллюлозную биомассу, главный компонент которой носит имя ксилан. Растения используют эти вещества как арматуру для своих клеточных стенок, а ксиланазы умеют ее разбирать.
Зачем это нужно? Расщепляя ксилан, ксиланазы высвобождают сахара - сырьё для целого набора промышленных продуктов: этанольного биотоплива, ксилита, промышленных растворителей и многого другого. А еще ксиланазы отбеливают целлюлозу в бумажной промышленности, улучшают усвояемость кормов для животных, идут в производство биотоплива, помогают пекарям сделать тесто более податливым, а пивоварам и производителям соков - осветлить мутный напиток до прозрачности. Ну фермент маминой подруги, не иначе.
А зачем именно термостабильные ксиланазы? Возьмем, к примеру, бумажную промышленность. Бумажная масса (пульпа) обрабатывается в щелочной и очень горячей среде. Поэтому ферменты, способные выдержать температуру около 90 °C и очень стойкие к воздействию щёлочи оказываются для этой отрасли явными фаворитами.
Амилазы и пиво
Следующая популярная в промышленности группа ферментов - амилазы. Их работа - расщеплять крахмал, который является полисахаридом, на простые сбраживаемые сахара вроде глюкозы и мальтозы. Дрожжи не умеют сбраживать длинные и сложные молекулы крахмала, так что задача амилазы - "порезать" крахмал на глюкозу и вот за нее уже дрожжи возьмутся с энтузиазмом и смогут превратить в этанол.
Кстати, амилаза есть и у нас во рту, а если быть точным - в слюне. Именно поэтому древние рецепты ферментированных напитков иногда включали этап разжевывания зерна и сплевывания получившейся смеси назад. Так, например, получали напиток чича инки и ацтеки.
Ммм, подставляй стакан
К счастью, сегодня мы можем добавлять амилазы, наработанные биотехнологическим путем и плевать в стакан больше не нужно.
Но зачем нужны термостабильные амилазы? Во-первых, при высокой температуре крахмал расщепляется быстрее. А во-вторых, и это особенно важно, высокая температура это барьер для загрязнения сусла вредными микроорганизмами. Меньше риск таких попаданцев, стабильнее и выгоднее производство, вкуснее пиво (но это не точно).
А как, собственно, добыть белок?
Хорошо, мы поняли, зачем нужны термостабильные белки. Но как получить их в количествах, которых требует промышленность? Выращивать сами термофильные бактерии - задачка со звездочкой. У многих из них ну очень специфические требования к среде, угодить которым в заводских масштабах непросто. К счастью, сегодня в этом и нет необходимости.
Сегодня большинство термостабильных белков получают биотехнологическим путём. Инструкция, как должен «выглядеть» белок, записана в ДНК организма — в его генах. В простейшем случае один ген кодирует один белок, а значит, достаточно перенести этот ген в более удобный организм и наработать нужный белок уже в нём. Любимый «цех» биотехнологов - это кишечная палочка Escherichia coli. Она неприхотлива, размножается с космической скоростью и потому позволяет получать белок в больших количествах. И кстати нет, те кишечные палочки, которые используют в биотехнологических производствах не патогенны, то есть не представляют для нас опасности.
Но самое интересное, что сегодня нам даже не нужно выделять сам термофильный микроорганизм, чтобы добыть нужный ген. Можно вытащить нужный ген прямо из кусочков ДНК, найденных в окружающей среде, например почве, и перенести его в клетки удобного организма — например, всё той же кишечной палочки.
Свежий пример: в одной из недавних работ учёные получили гипертермостабильную целлюлозогидролазу - фермент, который превращает целлюлозу из растительных клеточных стенок в простые сахара. Нужный ген нашли в ДНК, выделенной из горячих источников, поместили его в клетку E. coli и наработали белок, работающий даже при 95 °C. И хоть бактерия, из которой получен ген, остается неизвестной, термостабильный белок из нее уже применяется на практике.
Долгое время биологи были уверены, что горизонтальный перенос генов — обмен наследственной информацией между неродственными видами, это прерогатива бактерий и микробов. Считалось, что у сложных организмов, таких как насекомые или млекопитающие, такие «заимствования» случаются крайне редко и практически не оставляют следа. Однако международная команда исследователей, опубликовавшая свою работу в журнале PNAS, решила проверить эту догму на примере тараканов и их постоянных бактериальных спутников — микробов Blattabacterium cuenoti. И результат оказался шокирующим: геномы насекомых оказались настоящим архивом чужеродных генетических фрагментов.
Ученые просканировали 18 разных видов тараканов и нашли в их ДНК более 40 тысяч бактериальных вставок. У некоторых австралийских роющих тараканов количество таких фрагментов превышало три тысячи на геном — это в десять раз больше, чем фиксировалось у любых других многоклеточных животных. Эти кусочки ДНК не лежат компактно, а разбросаны по всем хромосомам, словно кто-то рассыпал генетический «песок». Причем многие вставки оказались химерными, сшитыми из разных участков бактериального генома, что указывает на сложные процессы починки ДНК внутри клеток хозяина.
Самое удивительное, что эти бактериальные фрагменты не просто случайно попали в геном, они закрепились там и начали передаваться по наследству от поколения к поколению. Некоторые вставки сохраняются в определенных линиях тараканов как минимум 29 миллионов лет! Это говорит о том, что они либо оказались полезными для насекомых, либо были настолько нейтральными, что эволюция не сочла нужным от них избавляться. Интересно, что от 91 до 95 процентов вставок остаются «молчащими» и не считываются в РНК, однако оставшиеся несколько процентов активно транскрибируются и даже встраиваются в рабочие гены, что намекает на их потенциальную функциональную роль.
Это исследование доказывает, что горизонтальный перенос генов у сложных организмов происходит гораздо масштабнее, чем предполагалось ранее. Тараканы предстают перед нами не как чистые носители собственной наследственности, а как живые мозаики, в которых переплетаются миллионы лет эволюции хозяина и его бактериальных партнеров. Открытие ставит перед учеными новые вопросы: влияют ли эти вставки на устойчивость тараканов к ядам, их поведение или способность выживать в экстремальных условиях. Ближайшие исследования эндосимбиотических организмов, вероятно, откроют еще немало подобных «генетических кладов», и мы лишь начинаем понимать, насколько сложна и переплетена эволюционная история жизни на Земле.
