Зачем знаменитый генетик изобрел неуязвимые для вирусов бактерии?

Когда-то бактерии заставляли бояться одного лишь их присутствия. Коклюш, туберкулез, пневмония — это лишь малая часть проблем, которые микробы доставляли людям. Но сегодня человек сам помогает тем, кто раньше его убивал, даруя им сверхсилу. Расскажем, как это работает, а главное, для чего это сделано.

С развитием науки ученые выяснили, что бактерии не только вызывают болезни, но и защищают от них. А еще они успешно разлагают органику (и не только) и являются настоящими рекордсменами по выживанию. Соперничать с ними может разве что стойкая тихоходка.

Тихоходки в открытом космосе vs бактерии в термальных источниках

Каким только испытаниям не подвергали тихоходок — микроскопических беспозвоночных. Даже держали 10 дней в открытом космосе, после чего выжила почти вся группа крошечных экстремалов.

Бактерии же сами горазды выбирать трудные условия обитания — например, термальные источники с температурой до +94 °C.

Трехмерное изображение тихоходки Иллюстрация: © Oleh Liubimtsev / Shutterstock / FOTODOM

Где человек использует бактерии:

  • производство лекарств. Например, для получения инсулина применяют кишечную палочку Escherichia coli с модифицированным геномом. Выращивание культур на питательной среде позволяет получать весь необходимый объем препарата — для России это около 850 кг высокоочищенного инсулина в год;
  • изготовление кисломолочных продуктов. У крупных компаний по производству йогуртов и сыров всегда есть в штате микробиологи, которые следят за закваской и брожением — ключевыми процессами, благодаря которым на полки магазинов попадают творожки и кефир;
  • фильтрация сточных вод. Бактерии наносят на сорбент, используемый для очистки;
  • ликвидация разлива нефтепродуктов. Актуально для очистки как водоемов, так и почв;
  • восстановление драгоценных металлов. На некоторых производствах используют железоокисляющие бактерии для очистки драгметаллов от примесей.

Но и самим бактериям нужна помощь, ведь их может заражать и уничтожать особая группа вирусов — бактериофаги (или просто фаги). Человек в их гибели не заинтересован, так как это связано с большими издержками при производстве лекарств, продуктов питания и других товаров.

Эффективную вакцину от туберкулеза разработали в «Сириусе»

Читать

В числе способов получить устойчивые к инфекции бактерии — редактирование генома. Этим занимается команда ученых под руководством одного из самых известных генетиков мира — Джорджа Черча. Она сумела создать бактерии с синтетическим геномом. О новом штамме кишечной палочки авторы исследования рассказали в журнале Nature

Джордж Черч и мамонты

Джордж Черч известен не только серьезными научными достижениями, но и громкими заявлениями. Одна из его целей — возрождение вымерших видов животных.

Для этого он в сотрудничестве с предпринимателем Беном Ламмом основал стартап Colossal, который задуман для возрождения мамонта с помощью передовых генетических технологий. Черч считает, что эти животные помогут развитию тундровых экосистем. 

Джордж Черч Фото: © KAYANA SZYMCZAK / STAT

 

Для того чтобы его получить, ученые уменьшили число кодонов — вместо обычных 64 модифицированная версия микроорганизмов обладала только 61 кодоном. Исследователи удалили те, что участвовали в синтезе аминокислоты серина и прекращении выработки белка. Без этих трех кодонов бактерия могла полноценно существовать, а вот вирусы, замечая ее дефекты, избегали с ней взаимодействовать. 

Кроме того, ученые «научили» бактерии синтезировать «обманные» транспортные РНК, которые приводили к выработке нефункциональных белков. Вирусы не могли преодолеть такой молекулярный барьер и подобраться к ДНК бактерий. Ни одному из фагов, которыми ученые пытались заразить бактерии, это не удалось.

Кисломолочка и редактирование генома

Одними из первых, кто всерьез занялся изучением системы защиты бактерий от вирусов, стали Родольф Баррангу и Филипп Хорват — сотрудники компании Danisco, которая занималась производством кисломолочных продуктов. Они искали способ защитить культуры от заражения фагами и сумели найти «иммунный» механизм бактерий. Сегодня мы знаем его под названием CRISPR-Cas9.

Генетическое программирование детей под запретом, но его нарушают

Читать

Такие бактерии получают от исследователей серьезное эволюционное преимущество и фактически становятся неуязвимыми для вирусов. На случай утечки штамма из лаборатории ученые спрятали внутри их генома защиту: в участок, регулирующий рост бактерии, добавили кодон, который кодирует бифенилаланин. Эта аминокислота не синтезируется в природе, поэтому бактерия становится зависимой от среды с бифенилаланином и ограничена к распространению.

Осталось внедрить передовую разработку в широкую практику. Это позволит биотехнологам получить дополнительную гарантию безопасности для бактериальных культур, которые производят жизненно важные лекарства и антибиотики.

Оцените статью
Поделись знанием

Рекомендуем

1
Микробы сделают чай вкуснее #чай #бактерии 10 марта 2024 06:09