«Бактерии-зомби» продолжают создавать ДНК даже после смерти

Фото из открытых источников

Никогда не стоит недооценивать бактерии. Исследователи обнаружили, что они способны поддерживать работу одной из важнейших функций жизни даже после смерти. Результаты исследования были опубликованы в журнале Angewandte Chemie.

Тот факт, что бактерии продолжают синтезировать ДНК, когда им бы следовало бы умирать, может заинтересовать писателей ужасов, но для ученых это возможность создавать новые материалы и перерабатывать существующие менее загрязняющими окружающую среду способами.

Мы можем считать бактерии свободноживущими организмами, но многие из них процветают в биопленках — сообществах бактерий, которые производят липкое вещество, удерживающее их на месте. Для многих ученых эта липкость — это то, с чем нужно бороться, чтобы предотвратить прикрепление бактерий туда, куда нам не нужно.

Однако Габриэль Антонио Минеро из Орхусского университета посвятил свою карьеру изучению биопленок и рассматривает обе стороны вопроса, включая тот факт, что ДНК является ключевым компонентом внеклеточного «клея».

Бактерии используют свой генетический материал во внешней среде в качестве своего рода защитного барьера и щита, и могут даже использовать его для переноса электронов во внешний мир, что является для них аналогом дыхания.

Вирусы, известные как бактериофаги, инфицируют бактерии, и некоторые из них затем находятся в спящем состоянии в генетическом материале хозяина до тех пор, пока не настанет подходящий момент для возрождения. В спящем состоянии они известны как профаги. Минеро и соавторы активировали профаги, инфицирующие Shewanella oneidensis и Bacillus subtilis, лишив хозяина пищи.

Это происходит потому, что когда бактерии близки к гибели, вирусам нужно начать действовать, иначе они тоже погибнут (насколько это вообще возможно для вируса). Поэтому, когда они чувствуют, что их хозяин умирает, они пробуждаются, заставляют бактерии производить больше своих копий и, подобно существу из фильма «Чужой», вырываются из клетки в поисках других бактерий для заражения.

В процессе этого бывшая клетка высвобождает не только вирусы, но и ферменты, которые она использует для копирования ДНК, а также аминокислоты и другие молекулы, необходимые этим ферментам для сшивания новых фрагментов ДНК.

Даже после гибели клетки ферменты продолжают работать и синтезировать ДНК из молекул, высвобождающихся в биопленку.

«В каком-то смысле жизнь продолжается и после того, как бактерия погибла», — говорится в заявлении Минеро. Можно даже сказать, что она «находит выход».

Полученные данные настолько поразительны, что авторам пришлось перепроверить увиденное.

Возможно, ДНК в смеси биопленки была создана внутри клетки, пока она еще была живой, а затем высвобождена вместе с вирусами. Они проверили способность ферментов производить внеклеточную ДНК, добавив фрагмент искусственной ДНК, которая активирует флуоресцентные красители и никогда не находилась внутри клеток.

Получив в качестве основы новую ДНК, ферменты продолжали ее копировать до тех пор, пока существовали подходящие для соединения строительные блоки, действуя подобно роботам, выполняющим свою программу еще долго после того, как последний человек исчезнет.

Ферменты B. subtilis в этих условиях создавали длинные нити ДНК, но ферменты S. oneidensis делали нечто еще более жуткое.

Вместо этого они создали формы, напоминающие цветы, в память о своих умерших бактериальных хозяевах.

Ничего подобного не происходило с бактериями, не зараженными вирусами, что указывает на их вклад в этот процесс наряду с ферментами, и побудило Минеро назвать их наноархитекторами, поскольку без них биопленка не продолжала бы формироваться.

Любопытно, что авторы предполагают, что вирусы могут быть не только паразитами на бактериях, но и обеспечивать взаимную эволюционную выгоду.

Да, вирусы убивают отдельные бактериальные клетки, но эти клетки и так голодали, а улучшенная биопленка может быть полезна для других отдельных бактерий. Быть носителем этих вирусов можно сравнить с пчелой, приносящей себя в жертву ради спасения улья.

Включение ДНК, активирующей флуоресценцию, стало признаком того, что мы можем вмешиваться и влиять на форму внеклеточной ДНК, которая формируется.

«Для меня важнее всего то, что мы можем перехватить инициативу в этом процессе», — сказал Минеро.

Команда смогла заставить свои «фабрики зомби» производить ДНК, способную сворачиваться в определенные формы. Эти фрагменты ДНК, известные как G-квадруплексы, действуют как катализаторы химических реакций.

Минеро сравнил это с вооружением зомби, что, возможно, делает его Королем Ночи, но также открывает возможность ускорения коммерчески важных реакций для снижения затрат.

Бактерии S. oneidensis и B. subtilis уже используются в очистке сточных вод, и авторы предполагают, что эта внеклеточная ДНК может позволить очистным сооружениям повысить эффективность своей работы, потенциально получая в качестве побочного продукта углеродно-нейтральное топливо.

Это может быть только началом, и в дальнейшем планируется более широкое применение этого метода в борьбе с загрязнением окружающей среды.

Учитывая огромное разнообразие существующих бактерий, многие из которых имеют собственные фаги, этот метод потенциально очень универсален, но все эти области применения пока остаются гипотетическими.

Между тем, новое понимание биопленок может помочь нам бороться с ними, когда они представляют для нас угрозу.