Бактерии в помощь фармацевтам

Каналы разной формы в гидрогеле, в которых растут светящиеся бактерии. Фото Physorg

Микроорганизмы необходимы в самых разных технологиях, причем не только в пищевой промышленности. Немаловажна также и защита самых разных организмов от болезнетворных, или патогенных, микробов, скорость деления которых намного превышает таковую у иммунных клеток. Вместе с тем ничтожно малые размеры микробов, поперечник которых зачастую не превышает одного микрона – тысячной доли миллиметра, – и сегодня во многом затрудняют изучение важнейших процессов, протекающих, например, при делении клеток.

Известно, что под клеточной оболочкой находится цитоскелет, образованный белковыми нитями-фибриллами, которые удерживают характерную форму, например у той же кишечной палочки E.coli. Сотрудники Массачусетского технологического института (МИТ) создали протеиновый переключатель, позволяющий «переводить стрелки» с одного обменного пути на другой. Об этом сообщает журнал Nature Biotechnology. Они исходили из того, что главным источником энергии для клеток является глюкоза, «сжигание» которой дает молекулу АТФ – основная энерговалюта клеток. Однако на другом пути синтезируется кислота (glucaric) – основа для производства нейлона и моющих средств-детергентов.

Созданный в МИТ переключатель позволил подавить излишний синтез АТФ и «наладить» производство кислоты, концентрация которой достигала чуть ли не грамма в литре жидкой культуры. Без «перевода стрелок» кислота практически не обнаруживалась. Поэтому ученые хотят теперь обратиться к синтезу лекарств и, в частности, вещества под названием «сикимат» (shikimate). Он назван по кислоте, выделенной из цветков священного анисового дерева, почитаемого в Японии. Химически сикимат является производным бензола и исходным соединением в синтезе различных лекарств, в частности всем известного тамифлю. Молекулярный переключатель позволил блокировать дальнейшее использование сикимата и накопление его в клетках. Свою статью ученые назвали «Динамическая регуляция обмена в генно-модифицированных бактериях путем использования «встроенного» сенсора».

Использование вещества, в состав которого входят железо и сера, легко принимающие и отдающие электроны, позволило исследователям Калифорнийского университета в Санта-Барбаре получить с помощью микроорганизмов электроток. Основа соединения – феррооцен. Он давно используется в качестве термостабилизатора полиэтилена и некоторых синтетических каучуков. Генерация тока происходит за счет клеточного дыхания, в процессе которого сжигается глюкоза с высвобождением электронов. Растущие в культуре бактерии образуют колонии на поверхности металлических электродов, с помощью которых и осуществляется «сбор» электрогенного урожая. Преимуществом биоэлектричества является то, что для его генерации подходят разные микроорганизмы, в том числе и те, которые находят источник питания в сточных водах.

Перспективы использования микробов на службе человечеству ограничиваются нашим неполным пониманием того, как микробы делятся. Луч исследовательского прожектора на эту проблему направили ученые Гарварда и Университета штата Индиана. Они использовали «подсветку» с помощью так называемых радужных красителей. Молекулы красителей осаждаются на разных белках, в результате чего становятся различимыми.

Благодаря этому ученые увидели, что главную роль в разделении бактериальных клеток играют белки, связывающие пенициллин, и протеины подоболочечного цитоскелета. Действие антибиотиков связано с блокированием фермента, необходимого для строительства клеточной стенки. Выявление роли белковых фибрилл цитоскелета открывает перспективы создания новых лекарств для борьбы с микроорганизмами, устойчивыми к действию нынешних антибиотиков.

В том же МИТ вывели микроба, который начинает светиться в присутствии тех или иных веществ, что позволило создать перчатки для работы в агрессивных средах. Эластичный материал на основе гидрогеля широко используется в детских памперсах. Гидрогель позволяет «подавать» микробам питательные вещества, например глюкозу и воду. Для увеличения «присутственных мест» микроорганизмов в материале были сделаны спиральные извитые канальцы, ярко светящиеся при появлении веществ, на которые реагируют запрограммированные микробы. Статья «Растяжимые биосовместимые материалы, образующие гибрид генно-модифицированных микробов с эластомером гидрогеля» опубликована в журнале «Труды АН США» (PNAS).