О существовании микроорганизмов человечеству известно много лет, но только относительно недавно наука задалась вопросом о том, как использовать их в промышленности или сельском хозяйстве. И здесь российские ученые предложили несколько оригинальных идей — в том числе они готовы отправить бактерии на борьбу с разливами нефти.
Справка
Биоинформатика — совокупность методов и подходов, включающих в себя математические методы компьютерного анализа в сравнительной геномике, разработку алгоритмов и программ для предсказания пространственной структуры биополимеров и исследование стратегий, соответствующих вычислительных методологий, а также общее управление информационной сложности биологических систем.
Ген (др. греч. "?????" — "род") — структурная и функциональная единица наследственности живых организмов. Ген представляет собой участок ДНК, задающий последовательность определенного полипептида либо функциональной РНК. Гены (точнее, аллели генов) определяют наследственные признаки организмов.
Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов. ДНК содержит информацию о структуре различных видов РНК и белков.
Рибонуклеиновая кислота (РНК) — одна из трех основных макромолекул, которые содержатся в клетках всех живых организмов. Так же, как ДНК состоит из длинной цепи, в которой каждое звено называется нуклеотидом. Последовательность нуклеотидов позволяет РНК кодировать генетическую информацию.
Благодаря микроорганизмам, которые появились на Земле миллиарды лет назад, существует вся биосфера. Все, что нас окружает,— результат деятельности бактерий, которые первыми начали продуцировать кислород. Гениальность микроорганизмов заключается в их простоте. Задача микроорганизма, как и всего живого,— плодиться и распространяться. Если микроб хорошо устроился — фактически он бессмертен.
Для их изучения создана лаборатория физиологии и биохимии микробов МГУ, где выращивают микроорганизмы, которые можно использовать во благо человечества. Простота позволяет микробам быстро меняться. В них заложен механизм, который дает возможность подстраиваться под то, что их окружает. Ученые этой лаборатории могут синтезировать какое-то вещество, которого в природе не существовало, и за каких-то пару лет бактерия научится им питаться. Из этой всеядности научные сотрудники и пытаются извлечь максимальную пользу.
Огромное количество технологий требует применения бактерий. Самое насущное — производство лекарств. Например, определенный ген человека отвечает за синтез инсулина. Этот ген внедряется в микроорганизм, и тот начинает синтезировать инсулин, хотя никогда раньше этого не делал. В принципе бактерии могут производить все, что захочет человек, даже электричество или топливо — опыты по созданию мусорного бака с биоотходами, от которого можно будет заряжать, скажем, телефон, тоже ставят в лаборатории физиологии и биохимии микробов МГУ. Анаэробные микроорганизмы, которые живут в бескислородных условиях, позволяют создавать микробные топливные элементы. Это дает возможность перерабатывать отходы сразу в биотопливо. Такая технология уже применяется в сельском хозяйстве, где много биоотходов. Бактерии производят биогаз метан, который можно использовать для того, чтобы обогревать жилье или крутить генератор. Одна из перспективных отраслей — "разведение" бактерий, способных бороться с экологическими угрозами, в том числе с разливами нефти.
Основатель лаборатории физиологии и биохимии микробов МГУ Андрей Шестаков рассказал, что микробы могут жить практически где угодно, но, чтобы с ними работать, нужно создать им достаточно комфортные условия. "Мы помещаем их в питательную среду и содержим при определенной температуре. Питательная среда сначала стерилизуется в автоклаве, который нагревает ее до температуры 120 градусов. Благодаря фильтрации воздуха над ламинарным боксом (рабочий стол микробиолога) создается полностью стерильная атмосфера, так что можно вносить микробы в питательную среду. Для создания колонии микробов мы постоянно проводим периодическое культивирование: перемещаем их в новые питательные среды, так как в прежних для них не остается еды, а продуктов метаболизма становится слишком много",— пояснил ученый.
Помимо прочего лаборатория физиологии и биохимии микробов МГУ работает над поиском бактерий, которые могли бы ликвидировать разливы нефти в Арктике. Коллекция лаборатории уже содержит множество вариантов бактерий, питающихся нефтью, однако поиск наиболее эффективных экземпляров продолжается. На поиск необходимого микроба может уйти много времени — это очень трудоемкий процесс. Если ученым нужно найти бактерию, которая живет в холоде и питается нефтью, они едут на Север, допустим, в Мурманск, где бывают разливы нефти, мазута и солярки, и в местном порту берут пробы. Там можно найти микробы, которые привыкли питаться нефтью. Их привозят в лабораторию и исследуют.
Есть и не такой прямолинейный подход. Ученые, зная, какой последовательностью нуклеотидов закодирована в ДНК бактерии необходимая функция, берут образец любой почвы, где содержится невероятное разнообразие микробов. Потом ищут нужный экземпляр, анализируя попавшиеся последовательности ДНК. Если нашли — начинают выделять необходимые микробы.
Эти методы можно применять для создания эффективных технологий и разработок практически в любой сфере. Микробиология будущего уже где-то рядом.
Андрей Шестаков: у них нет глаз, но они могут абсолютно точно определить, сколько еще собратьев вокруг них находится
BUSINESS GUIDE: Как живут микробы, которые находятся внутри человека?