Разбираем мир микробиологии по кусочкам
Безумные ученые годами морят бактерии голодом.
Виды бактерий, которые требуют больше времени для размножения, дают возможность изучить процесс бактериального развития клеток с течением времени, и позволяют даже самым медленно растущим бактериям вырасти в достаточном количестве для их изучения. В своем исследовании, Ratib и его коллег провели эксперимент длиной в 1200 дней, чтобы вырастить кишечную палочку и изучить адаптации этой бактерии к стрессовым ситуациям.
В течение 1200 дней, бактерии не получали питательные вещества. В ходе эксперимента были взяты образцы для подсчета клеток, изучения новых клонов, и секвенирования полного генома.
Бактерии размножаются путем деления, разделяясь на две идентичные части. Таким образом, каждая дочерняя клетка является клоном материнской клетки. В процессе деления, в геноме бактерий могут образоваться ошибки, которые вызывают мутации и могут передаться следующему поколению.
Бактерии проходят через несколько фаз роста:
- Лаг фаза-фаза задержки и адаптации к новой среде обитания
- Фаза экспоненциального роста-рост происходит в экспоненциальной манере
- Стационарная фаза-фаза, при которой в среде обитания начинает не хватать питательных вещества для роста (фаза “голодания”)
- После стационарной фазы, клетки начинают вымирать…
- Но некоторые выжившие поколения переходят в длинную фазу ожидания “лучших дней” (фаза “выжившие”)
В процессе эксперимента, Ratib и его коллеги не добавляли свежие питательные вещества в растущую бактериальную среду, тем самым создавая условия “голодания”. Следовательно, бактериям приходилось перерабатывать оставшиеся доступные питательные вещества. Выжившие организмы были вынуждены находить питательные вещества в окружающей среде…и этими питательными веществами стали мертвые бактерии, которые не перенесли период голодания. Бактерии были вынуждены адаптироваться к использованию питательных ресурсов из мертвых клеток для получения энергии. Так произошел переход от употребления глюкозы, как основного материала питания, к аминокислотам (строительным блокам белков) и нуклеиновым кислотам (строительным блокам молекул ДНК).
С использованием техники секвенирования полного генома (рассматривая всю последовательность ДНК бактерий), авторы смогли увидеть мутации и расхождения в родственных линиях. Они обнаружили, что две основные субпопуляции бактерий могут сосуществовать и адаптироваться к внезапным изменениям на протяжении всего эксперимента. Мутации были обнаружены в тех генах, которые необходимы для долгосрочного выживания и стрессовых ситуаций, а также в генах ответственных за переход к использованию нового источника энергии.
Понимание того, как бактерии адаптируются к неблагоприятным условиям (таким как голод или другие стрессовые ситуации), позволяет ученым лучше понять механизмы выживания этих бактерий в реальных условиях под воздействием стресса.
Исследование длиной 1200 дней не было самым долгим экспериментом по выращиванию кишечной палочки. Первое место занимает эксперимент, начатый в 1988 году. 73,000 поколений микроорганизмов было выращено к началу 2020 года, но, из-за пандемии COVID-19, эксперимент пришлось приостановить. Однако, этот эксперимент был прерван не в первый раз, и растущие бактерии можно было заморозить и разморозить для продолжения эксперимента. В сентябре 2020 года исследование было запущено вновь, и будет финансироваться до 2025 года! Да здравствует рост кишечной палочки.
Перевод был сделан Марией Мартыновой
micro-bites.org 