Материал подготовлен проектом ИноСМИ Группы сайтов РИА Новости >>
Пейдж Браун (Paige Brown)
Большинство микробиологов выращивают свои бактерии в чашках Петри для того, чтобы понять, как они растут и как они реагируют на неблагоприятные условия. Однако исследователи факультета биологических наук Университета штата Луизиана предпринимают нечто почти неслыханное: они изучают микробы при температурах ниже точки замерзания для того, чтобы понять, каким образом организмы выживают в течение тысяч лет в глубоких слоях антарктической вечной мерзлоты или даже во льдах на Марсе.
«Я мог бы провести вас в конец коридора, где у нас расположена общая комната, наполненная морозильниками», — сказал Брент Кристнер (Brent Christner), доцент факультета биологических наук Университета штата Луизиана и выдающийся исследователь антарктических микробов. Во время разговора он склонился над своим столом, показывая мне полученные с помощью микроскопа изображения клеток, находящихся во льду. «И в этих морозильниках хранятся клетки и образцы тканей. Мы помещаем их туда, поскольку, на самом деле, это один из способов их сохранения».
В лаборатории Кристнера содержатся тысячи различных видов микробов, и хранятся они при температуре минус 80 градусов Цельсия. Эти микробы, объясняет он, вполне можно оживить, если вынуть их из морозильника и поместить в богатую питательными элементами среду. «Но что произойдет, если морозильники будут работать в течение миллиона лет?— спрашивает Кристнер. – Мы полагаем, что некоторая часть бактерий погибает каждый год, потому что они состоят из молекул, которые даже в замороженном состоянии подвержены разложению».
Кристнер и его коллеги из Университета штата Луизиана – аспиранты Маркус Дизер (Markus Dieser) и Мэри Эпплуайт (Mary Lou Applewhite), а также профессор биологии Джон Баттиста (John Batista), недавно подготовили статью на тему о механизмах восстановления ДНК у замороженных микробов, которая была принята журналом «Прикладная биология и экомикробиологии» (Applied and Environmental Microbiology). Для понимания того, как микробы выживают при низких температурах, Кристнер и его коллеги сфокусировали свое внимание на ДНК, на наследственной молекуле, в которой закодированы генетические инструкции, используемые в процессе развития и функционирования живых организмов – от человека до микробов. Микробы ДНК обычно представляют собой миллионы пар оснований (base pairs) или единиц — они имеют относительно большую длину, часто организованы в одну кольцевую структуру, в которой закодированы тысячи генов.
«Нам известно о том, что существует спонтанная реакция, которая происходит в том случае, когда молекула повреждается», — отметил Кристнер. Самым серьезным повреждением является двухспиральный разрыв, когда единственная кольцеобразная «хромосома» разрывается на две отдельные части, которые необходимо соединить для того, чтобы она вновь начала функционировать.
«Такого рода повреждение, насколько нам известно, происходит в том случае, когда клетки находятся в замороженном состоянии на протяжении тысяч лет, — отметил Кристнер. – Представьте себе, что микроб находится в течение такого продолжительного времени во льду, и его ДНК при этом разрывается на части. В определенный период наступает момент, когда ДНК микроба получает такие повреждения, что она уже, в принципе, не может больше служить хранилищем информации. И в таком случае бактерии как таковой уже больше нет, и остается, по сути, ее труп».
Казалось бы, это весьма неблагоприятная ситуация с точки зрения продолжительности жизни микробов во льду. Однако любопытно то, что ученые способны оживить микробы, погребенные в толще льда в течение сотен тысяч лет. В действительности Кристнеру удалось оживить несколько микробов различных видов, находившихся на дне ледниковой шапки Гулия (Guliya) Тибетского нагорья в западной части Китая – этому леднику 750 000 лет, и он возник задолго до появления человека.
«Еще недавно покрытые ледниками значительные территории Земли считались лишенными жизни пустынями, — отметила Ваня Митева (Vanya Miteva), профессор Университета штата Пенсильвания и автор главы о микроорганизмах, ассоциированных с ледниками, в «Энциклопедии снега, льда и ледников» (Encyclopedia of Snow, Ice and Glaciers). – В течение последних двадцати лет эта точка зрения изменилась, и теперь мы говорим о криосфере как о важной обитаемой экосистеме на Земле».
Но как можно оживить бактерию, находившуюся в течение 750 000 лет в толще льда? Выживание микроорганизмов в древних ледниках и в условиях вечной мерзлоты традиционно приписывается их способности существовать в сонном и в метаболическом смысле инертном состоянии. Но даже это объяснение не принимает в расчет фоновые значения ионизирующей радиации, которая, несомненно, наносит ущерб ДНК микробов независимо от того, находятся ли они в замороженном состоянии на дне ледника, или нет.
Оригинал публикации: Colder Than Ice: Researchers Discover How Microbes Survive in Subfreezing Conditions
