Исследователи из МФТИ вместе с коллегами из Германии и Российского химико-технологического университета описали новый метод изучения способных выживать в экстремальных условиях микроорганизмов. Учёные подобрали флуоресцентный краситель, который позволяет наблюдать за их жизнью в реальном времени.
Проблема выживания микроорганизмов в неблагоприятных условиях важна как с теоретической, так и с прикладной точки зрения. Такие исследования способны помочь в поиске внеземной жизни, пролить свет на историю нашей планеты и одновременно предоставить информацию, необходимую биотехнологам. Как отмечают авторы исследования — специалисты лаборатории перспективных исследований мембранных белков МФТИ, — галофилы (от древнегреческих слов ἅλς — соль и φιλέω — люблю) могут помочь даже в ликвидации разливов нефти; на пути к этому стоит только ряд технических проблем, включая сложность экспериментальной работы с микроорганизмами.
«Эти микроорганизмы часто находят в древних соляных отложениях возрастом в миллионы лет. Наш метод позволяет находить их в минеральных образованиях и исследовать. Подобный поиск может пролить свет на проблему происхождения жизни на Земле: согласно одной из теорий, жизнь на нашу планету была занесена извне в виде бактерий», — пояснил заместитель заведующего лабораторией перспективных исследований мембранных белков МФТИ Валентин Борщевский, ведущий автор исследования.
Чтобы изучать их в естественных условиях, биологам нужны избирательные красители: они позволяют увидеть куда больше, чем при наблюдении в неокрашенной среде. Но хорошо зарекомендовавшие себя флуоресцентные маркеры и антитела, при помощи которых красители связываются с заданным веществом, в солёной среде зачастую просто не работают. А толстая оболочка галофилов создаёт дополнительные сложности: несмотря на все усилия, специалистам до сегодняшнего дня не удавалось подобрать вещество, позволяющее наблюдать за этими организмами «вживую», без убивающей бактерии дополнительной подготовки.
В новой статье, которая представлена на страницах журнала Scientific Reports, российско-немецкий коллектив описал решение этой проблемы. Как выяснилось в ходе экспериментов, никакой специальной новой краски синтезировать не потребовалось. Хорошие результаты дало применение веществ, созданных ранее для окрашивания митохондрий в эукариотических клетках.
Пояснение: бактерии лишены ядра и всех прочих клеточных структур с отдельной мембраной — такие клетки называют прокариотами. А эукариоты — клетки животных, растений и грибов — имеют и ядро, и ряд других структур, включая митохондрии. В митохондриях клетка синтезирует молекулы аденозинтрифосфата или АТФ, универсального источника энергии для биологических процессов. Важно подчеркнуть, что, согласно современным представлениям, митохондрии когда-то в прошлом были независимо живущими бактериями и лишь потом стали симбионтами эукариотических клеток. У митохондрий до сих пор даже своя, отдельная ДНК.
Краситель, производимый под маркой MitoTracker, оказался удачным для окрашивания целого ряда микроорганизмов: Halobacterium salinarium, Haloferax sp., Halorubrum sp., Salicola sp. и Halomonas sp (буквы «sp» означают «один из видов данного рода»). Проведённые опыты не только продемонстрировали возможность получать чёткие снимки и вести подсчёт числа клеток, но и позволили проследить за трансформацией клеток Halobacterium salinarium. Под действием неблагоприятного химического воздействия клетки из вытянутых стали сферическими: этот процесс удалось даже заснять на видео в реальном времени.
Видеозапись, показывающая изменение формы бактерий при неблагоприятном воздействии: из палочек они превращались в сферы. Доступно по ссылке.
Новый метод позволит, во-первых, эффективно выделять микроорганизмы в естественных условиях (вплоть до марсианского грунта, изучаемого марсоходом), а во-вторых, изучать их «поведение» с минимальным искажением картины эксперимента.
«Галофильные микроорганизмы - трудный объект для исследований, потому что многие стандартные биологические методы в необходимой им очень соленой среде не действуют. Открытие поможет решать прикладные и фундаментальные задачи, начиная с биотехнологии и ликвидации экологических катастроф и заканчивая разработкой методов поиска жизни во вселенной», - рассказал Иван Маслов, студент 5-го курса МФТИ, соавтор исследования.
Работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации.