Услышав сочетание «кишечная палочка», любой нормальный человек невольно содрогнется от омерзения, особенно если испытывал эффекты вызванного ею пищевого отравления

Услышав сочетание «Кишечная палочка», любой нормальный человек невольно вздрогнет от отвращения, особенно если он испытал на себе последствия пищевого отравления, вызванного им. Но давайте будем честными – эта бактерия не так плоха, как кажется. Лишь немногие сорта создали ему неприятную репутацию. Другие его подвиды способны на невероятные подвиги, от борьбы с последствиями изменения климата до искоренения неприятных болезней.

Электронная микроскопия кишечной палочки

Escherichia coli (кишечная палочка) устойчивы и быстро адаптируются к условиям окружающей среды. Эти бактерии могут есть что угодно и иногда выживают без кислорода. Каждые 20 минут им удается удваивать свою численность, и именно благодаря этому они отправляют человека, съевшего всего несколько листочков плохо вымытого салата, страдать в туалете. Давайте сразу закроем эту щекотливую тему следующей информацией: всего один штамм бактерий, названный "E coli O157:H7". Остальные 85 000 вариантов не встречались ни в чем подобном.

Низкотемпературная электронная микрофотография кластера бактерий кишечной палочки, увеличенная в 10 000 раз.

Уникальные свойства кишечной палочки делают ее очень привлекательной для биоинженерных экспериментов. Одной из таких способностей является сбор фрагментов ДНК в окружающей среде и их использование для различных целей. Это объясняется тем, что гены бактерий не расположены в ядре клетки, как, например, у человека. Все «оборудование» для считывания информации ДНК свободно перемещается внутри этих одноклеточных организмов. Это позволяет исследователям наделять кишечную палочку полезными свойствами. Например, некоторые эксперты предлагают использовать его для снижения зависимости человечества от ископаемого топлива.

Значительная его часть производится из нефти, которая образовалась миллионы лет назад в результате гибели множества организмов и последующей «геологической переработки». Ископаемое топливо содержит внушительное количество энергии на единицу массы, поэтому уже несколько столетий его используют в самых разных машинах и механизмах. Сегодня все знают о негативном влиянии горения на здоровье человека и экологию планеты, поэтому инженеры отчаянно ищут альтернативные источники энергии и технологии, которые позволят от них отказаться. Оказалось, что кишечная палочка может помочь в этом благородном деле. Эти бактерии способны превращать сахар и жир в богатые энергией вещества, которыми славится масло.

Так, например, дизель представляет собой смесь длинных углеводородов, образующих цепочки, ответвления, кольца и другие конфигурации. В одном исследовании исследователи смогли создать тип кишечной палочки, который превращает сахар в углеводороды в той же форме, что и в названной форме топлива. Другая команда модифицировала кишечную палочку, чтобы она превращала все те же сахара в олефины, которые также содержатся в дизельном топливе. Исследователи из обеих групп использовали одинаковую стратегию. Они нашли в природе организмы, способные производить необходимые химические превращения, после чего выделили гены, отвечающие за проведение реакций, и, наконец, внедрили эти инструкции в кишечную палочку. В обоих случаях бактерии начали генерировать компоненты дизельного топлива из сахаров и жирных кислот. В настоящее время производство этого продукта в любых масштабах еще не налажено, но технология выглядит достаточно перспективной. Все понимают, что нам нужно уйти от ископаемого топлива, и для этого могут пригодиться такие неординарные решения.

Кишечная палочка также может устранить другой тип загрязнения: антибиотики. Кому-то эта задача покажется очень странной, ведь мы обычно используем эти препараты для борьбы с бактериями, а не наоборот. Дело, однако, в том, что этот мир живет по своим законам, и ситуация иногда выходит из-под контроля человека. Некоторые микробы выработали устойчивость к лекарствам, которые мы изготовили, а в некоторых случаях они даже расщепляют химические соединения, содержащиеся в тех же антибиотиках.

Обратите внимание: Неодимовый магнит: особенности применения в быту и иных сферах.

В целом, это довольно серьезная проблема, но иногда это приобретенное свойство можно найти с пользой.

Сегодня в медицине и сельском хозяйстве используется большое количество антибиотиков. Они попадают в окружающую среду и загрязняют почву и воду. При взаимодействии с находящимися там бактериями они уничтожают определенную часть микробов, а у других вырабатывается иммунитет. Если последний окажется патогенным, это может привести к возникновению инфекций, против которых бессильны многие из существующих препаратов. Именно поэтому ученые задумываются об очистке окружающей среды от антибиотиков, в том числе и с помощью кишечной палочки. В 2018 году китайские исследователи опубликовали статью, в которой описывается метод расщепления тетрациклинов на менее вредные соединения. В данном случае ученые внедрили в кишечную палочку ген другой бактерии, неспособной выжить в среде, богатой кислородом.

Тем временем американские ученые показали, что благодаря паре новых генов кишечная палочка получает способность выживать на диете из пенициллина и его побочных продуктов. Вроде бы все хорошо и замечательно, но есть в этом случае серьезный недостаток – бактерии совсем не прожорливы. А на тех же очистных сооружениях, где нейтрализуют антибиотики, приходится питаться в промышленных масштабах. На данный момент ученые работают над повышением аппетита кишечной палочки. Добившись такого результата, можно будет подумать об использовании его для очистки почвы.

Антибиотики в окружающей среде способствуют лекарственной устойчивости

Следует отметить, что в описанных выше исследованиях изучались лабораторные штаммы кишечной палочки. Они настолько видоизменены, что вряд ли смогли бы существовать в естественной среде обитания, например в том же кишечнике. Но для исследователей, которые хотят изучать сообщества микробов, встречающихся в природе, гораздо полезнее «дикие» штаммы. Тем ценнее последнее открытие, о котором мы сегодня и поговорим. В августе 2022 года группа исследователей опубликовала статью, в которой описывается способ использования природного штамма кишечной палочки для лечения диабета 2 типа.

Эксперименты, как это чаще всего бывает в таких случаях, проводились на мышах. Исследователи собрали образцы экскрементов грызунов и выделили из них кишечную палочку. Затем они манипулировали бактериями, чтобы создать две их версии. В один был введен ген гидролазы желчных солей, а в другой «ИЛ-10». Первый влияет на выработку желчных кислот, которые помогают животным переваривать сахар. Второй содержится у млекопитающих и позволяет бороться с воспалительными процессами. Идея здесь заключалась в том, что у диабетиков 2 типа организм плохо регулирует уровень сахара и хорошо сопротивляется воспалению, и бактерии с правильным типом генов помогут преодолеть эти симптомы.

Модифицированная кишечная палочка была введена в организм мышей, поселилась в кишечнике грызунов и прекрасно там заселилась. Что в итоге? Животные практически не проявляли признаков диабета на протяжении всей жизни. Эта стратегия лечения еще не была проверена на людях, поскольку ученым еще предстоит доказать, что эксперименты на «конечном пользователе» будут безопасными. Но первый шаг в правильном направлении сделан. Так, в частности, нет никаких сомнений в том, что «дикие» бактерии в кишечнике могут быть успешно генетически модифицированы.

Как видите, наука сегодня пытается использовать кишечную палочку для решения самых серьезных проблем, стоящих перед человечеством. Будь то создание альтернативы ископаемому топливу, лечение опасных заболеваний или устранение последствий загрязнения окружающей среды. Так что в следующий раз, когда вы услышите, что какое-то количество людей с не самыми приятными симптомами попало в больницу из-за кишечной палочки, помните, что это проделки всего одного зловредного штамма, над устранением которого усердно трудятся многие его родственники сделать наш мир лучше.

Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.

Источник статьи: Услышав сочетание «кишечная палочка», любой нормальный человек невольно содрогнется от омерзения, особенно если испытывал эффекты вызванного ею пищевого отравления.

Написать комментарий