Российские учёные из Московского физико-технического института и Российского химико-технологического университета совместно с немецкими коллегами представили новый метод изучения микроорганизмов, способных выживать в экстремальных условиях. Учёные подобрали флуоресцентный краситель, который позволяет наблюдать за их жизнью в реальном времени.
Исследователи поясняют, что изучение экстремофилов играет огромную роль для эволюционных биологов и астробиологов. Такие исследования проливают свет на историю нашей планеты, предоставляют новую информацию биотехнологам, а также могут пригодиться в поиске неземной жизни.
Учёные работали с галофилами — организмами, обитающими в условиях высокой солёности. В перспективе они могут помогать, к примеру, в ликвидации разливов нефти. Но перед тем, как разрабатывать приктические применения, организмы нужно тщательно изучить и провести массу экспериментов.
«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 галофилов 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 любителями соли «вживую», без убивающей их дополнительной подготовки.
В новой статье, которая представлена в журнале Scientific Reports, российско-немецкий коллектив описал решение этой проблемы. Как выяснилось в ходе экспериментов, никакой специальной новой краски синтезировать не нужно. Авторы просто применили вещества, созданные ранее для окрашивания митохондрий в эукариотических клетках.
Поясним, что 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.
Но многие специалисты полагают, что митохондрии когда-то в прошлом были независимо живущими бактериями и лишь потом стали симбионтами эукариотических клеток. У митохондрий до сих пор осталась своя, отдельная ДНК (а недавно в них даже измерили температуру).
Краситель, производимый под маркой MitoTracker, оказался удачным для окрашивания целого ряда микроорганизмов. Проведённые опыты не только продемонстрировали возможность получать чёткие снимки и вести подсчёт числа клеток, но и позволили проследить за трансформацией клеток одного из видов. При неблагоприятном химическом воздействии клетки из вытянутых становились сферическими (как на изображении ниже).
Исследователи отмечают, что 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.
«Открытие поможет решать прикладные и фундаментальные задачи, начиная с биотехнологии и ликвидации экологических катастроф и заканчивая разработкой методов поиска жизни во вселенной», — заключает соавтор исследования Иван Маслов.
Напомним, что ранее водоросли выжили после 16 месяцев в открытом космосе, а грибы провели полтора года в «условиях Марса».