Microbiologie Despre viața în murdărie - medicină; Nutriție - FAZ

Adânc în Pacificul de Sud, la mii de metri adâncime, fundul oceanului este considerat una dintre cele mai ostile regiuni de pe planeta noastră. Mai mulți morți decât morți - așa numesc biologii zona dintre America de Sud și Australia. Dar granița dintre viață trebuie redefinită aici. O echipă internațională de oameni de știință a raportat abia la mijlocul lunii martie că a găsit microbi care respirau oxigen în sedimentul argilos. Organismele unicelulare nu numai că se dezvoltă direct pe fundul mării, ci și până la 75 de metri mai jos.

Fie că este în adâncul mării, pe vârfurile muntoase înalte de 3.000 de metri, în intestinul uman sau în gheața eternă: microorganismele cavortează peste tot în lume. Masele de microorganisme. Într-un singur gram de sol forestier există până la 100 de miliarde de celule din peste 10.000 de specii diferite. Unele sunt miracole care economisesc energie, precum microbii de pe fundul oceanului, aparent. Unele, cum ar fi anumite specii de Streptomyces, produc antibiotice importante - aproximativ jumătate din toate medicamentele se bazează pe produse metabolice ale bacteriilor. Unii descompun toxinele, alții ucid dăunătorii plantelor. Se poate presupune că au alte abilități mari. Dar știm doar o fracțiune dintre ele, poate cinci la sută - unii microbiologi cred că mai puțin de un procent. S-ar putea învăța multe de la ei, dar majoritatea microbilor sfidează metodele de cercetare ale oamenilor de știință, nu pot fi detectați și nu se pot reproduce în laborator.

Asta se schimbă acum. Unele metode noi, unele îmbunătățite deschid ușa universului microorganismelor într-o oarecare măsură. "Întrebarea cine este acolo? Acum poate fi abordată foarte diferit decât în trecut datorită tehnologiilor independente de cultură", spune Paul Illmer, microbiolog la Universitatea din Innsbruck. Între timp, fragmente de material genetic pot fi extrase dintr-o probă de sol, iar comparația lor cu secvențele de ADN cunoscute din bazele de date indică numărul de specii prezente. În acest fel, cercetătorii reușesc să descopere specii noi aproape în fiecare săptămână.

Ca și cum ai căuta într-un fân

În urmă cu douăzeci de ani, o bucată din secvența ADN a unui singur organism a făcut obiectul unei teze de doctorat; astăzi, adesea nu este suficient să secvențați complet sute de specii noi pentru a ateriza într-un jurnal științific respectat. Tehnicile din ce în ce mai sensibile permit, de asemenea, o analiză mai rapidă a relației și clasificarea într-un arbore genealogic. Iar descoperirea organismelor doar în partea de jos a Pacificului de Sud este o senzație mică: descoperirea lor este aproximativ echivalentă cu cea a unei sute de purici într-o piscină de 50 de metri. O concentrație care anterior nu era detectabilă. Respirați oxigenul cu o lentoare de neimaginat, cu un debit mai mic de un electron pe celulă pe secundă - adică mai multe puteri de zece sub ratele de respirație, care sunt considerate extrem de limitate la energie în laborator.

„Noi, biologii, suntem copleșiți de diversitatea și amploarea cu care ne confruntăm”, explică Antje Boetius, ecolog în adâncime la Institutul Max Planck pentru Biologie Marină Marină din Bremen. Pentru cercetători, rețeaua de microorganisme este ca un puzzle cu miliarde de piese. Organismele unicelulare au devenit, în unele cazuri, atât de specializate încât pot exista doar în compania altor microbi, deoarece trăiesc din deșeurile lor.

Având în vedere această complexitate, analizele ADN doar zgârie suprafața. Cu toate acestea, microbiologii au dezgropat deja numeroase fapte care răspund la întrebări fundamentale. Cu toate acestea, au ieșit la iveală și lucruri îngrijorătoare. În Alpii Ötztal, de exemplu, au observat că schimbările climatice din ultimii șapte ani nu au influențat doar flora. La o altitudine cuprinsă între 2700 și 3500 de metri, atât numărul de microorganisme din sol, cât și compoziția comunității s-au schimbat. Microbii care produc metan - un puternic gaz cu efect de seră - beneficiază de acest lucru. Acest efect ar putea accelera și mai mult schimbările climatice.

Noi antibiotice

Este la fel de dificil de caracterizat proprietățile funcționale ale speciilor nou descoperite. Creșterea extrem de lentă a multor organisme unicelulare face analiza lor cu metodele obișnuite atât de plictisitoare încât depășesc sfera tezelor de doctorat sau limitele de timp ale proiectelor de cercetare. Până în prezent, 90-99% din organisme nu au putut fi cultivate deloc în laborator. Pur și simplu nu cresc în vase Petri, indiferent cu ce combinație de substanțe nutritive încearcă să le alăpteze cercetătorii. "Din cauza agitației pentru fonduri și publicații, pacientul, microbiologia lentă a cultivării și observării microorganismelor din mediu a aproape dispărut", spune Antje Boetius.

Dar există și progrese în acest domeniu care sunt dependente, de exemplu, de medicină. La începutul anului, Kim Lewis și Slava Epstein de la Universitatea Northeastern din Boston și echipa lor au provocat senzația când au prezentat un antibiotic dintr-o clasă complet nouă de ingrediente active: teixobactina. Dacă această substanță se dovedește a fi eficientă și sigură la om în studiile viitoare, ar fi primul antibiotic nou din 1987. Cu toate acestea, o senzație menționează doar în trecut că teixobactina provine dintr-o bacterie din sol necultivată anterior. Acum ar putea fi obținut cu ajutorul unei metode uimitor de simple dezvoltate în Boston; cercetătorii l-au numit pe micul producător Eleftheria terrae.

Cu mai bine de zece ani în urmă, Epstein a început experimente speciale de cultivare în laborator, deoarece în mod evident nu era posibil să se producă un mediu nutritiv care să satisfacă nevoile microbilor neregulați. Așa că oamenii de știință au decis să încerce în schimb mediul natural. Ei și-au diluat probele de sol până când, dintr-un punct de vedere pur statistic, a rămas în ele o singură celulă și le-au umplut într-o mică cameră delimitată de membrane. Microbii nu au putut scăpa prin porii membranei, dar tot felul de substanțe nutritive ar putea pătrunde în interior. Cercetătorii au pus camera înapoi în solul din care a fost obținută proba. „Când am descoperit că putem înmulți patruzeci la sută din toate celulele din eșantionul original în acest fel, nu am vrut să credem asta mult timp. Pentru că a fost atât de simplu ”, spune Slava Epstein. Alții erau, de asemenea, sceptici; Propunerile de cercetare ale lui Epstein au fost adesea respinse pe motiv că „nu poate funcționa atât de ușor”, chiar și după ce a publicat deja mai multe lucrări pe această temă.

Îmblânzirea scorpiei

Epstein a dezvoltat acum camerele de difuzie simple în „iChip”, aproximativ de mărimea unei cutii de țigări, cu 384 de vase de probă. Angajații săi au observat că aproximativ un sfert din microbii care cresc în iChip se dezvoltă brusc și într-un mediu nutritiv artificial. Dacă supuneți restul de 75% unui ciclu de creștere suplimentar în iChip, un sfert din acesta poate fi cultivat. „Am verificat dacă acest lucru se datora unor mutații, nu este așa”, spune Epstein. Ipoteza sa de lucru până acum - nedovedită - este că mulți microbi considerați necultivabili sunt pur și simplu într-o stare de somn pentru perioade lungi de timp. Complet independentă de influențele mediului, o celulă se trezește uneori pentru a testa condițiile ca un cercetaș și, dacă este necesar, pentru a se înmulți - apoi destul de repede și chiar într-un mediu nutritiv. „Indiferent de modul în care funcționează în cele din urmă, descoperirea ne face cu adevărat optimiști că avem o cantitate extraordinară de organisme, dintre care unele pot produce alți compuși farmaceutic interesați”, spune Epstein.

Alte grupuri de cercetare folosesc acum astfel de medii aproape naturale; În refugiile mici de agaroză parțial permeabile, cultivarea pare să aibă succes. Capilarele la nivel nanomural arată, de asemenea, succes, și chiar și cultura microbilor interdependenți pare uneori să aibă succes.

După microbii solului, Slava Epstein vrea acum să îmblânzească și alte bacterii indisciplinate. El este interesat de așa-numitul microbiom, lumea bacteriană din corpul uman. Epstein a testat deja o miniatură iChip pe smalțul dinților voluntarilor și a descoperit deja trei tipuri de bacterii necunoscute anterior. Acum el dezvoltă un dispozitiv care ar trebui să funcționeze singur cât mai mult posibil și să examineze microbii - fie în spațiu, în adâncul mării sau în intestine. Epstein este optimist că va funcționa.