211service.com
Drąsus naujas bakterijų pasaulis
Nepaisant 300 metų žiūrėjimo per mikroskopus, bakterijų auginimo kultūroje ir dirvožemio, oro ir vandens tikrinimo naujų mikrobų rūšims, mokslininkai akivaizdžiai nepastebėjo daug gyvybės žemėje. Dėl naujų galingų tyrimų priemonių bakteriologai atranda, kad gyvasis pasaulis staiga yra daug didesnis ir sudėtingesnis, nei jie įsivaizdavo net prieš dešimtmetį. Šis radinys savo dydžiu turbūt panašus į olandų mikroskopininko Antonie van Leeuwenhoeko pirmąjį mikrobų žvilgsnį – jis pavadino juos gyvuliais, besisukančiais po jo neapdorotais stikliniais lęšiais.
Kadangi bakterijų iš esmės nebuvo galima aptikti, nebent jas būtų galima auginti kultūroje, dauguma rūšių, kurios egzistuoja sunkiai pasikartojančiose aplinkose, tam tikra prasme buvo neribotos. Įsivaizduokite, jei visas mūsų supratimas apie biologiją būtų pagrįstas apsilankymais zoologijos soduose, sako Normanas R. Pace'as, Kalifornijos universiteto Berklyje biologas. Tai yra analogiška mūsų situacijai, susijusiai su mikrobų pasaulio supratimu.
Ši istorija buvo mūsų 1997 m. balandžio mėn. numerio dalis
- Žr. likusią numerio dalį
- Prenumeruoti
Kalifornijos technologijos instituto Biologijos katedros pirmininkas Melvinas Simonas apskaičiavo, kad apie 99 procentų ten esančių bakterijų dar negalima auginti laboratoriniuose induose. Taip yra todėl, kad mokslininkai dažnai negali tiksliai nustatyti mikrobams reikalingų sąlygų, įskaitant deguonį, temperatūrą ir šviesą, ir dėl to, kad sunku imituoti visus šiuos reikalavimus iš karto, kad jie būtų laimingi. Oficialiai aprašyta apie 6000 mikroorganizmų rūšių. O iki šiol, anot jo, likusieji liko mums nematomi.
Norint pirmą kartą pažvelgti į šį naują pasaulį, svarbiausia buvo išmokti izoliuoti, sustiprinti ir tirti organizmo genetinę medžiagą tiesiogiai iš aplinkos, nekultūrinant paties organizmo. Naudodami molekulinius instrumentus, kurie selektyviai atrenka labai specifinius bakterijos genus iš DNR sultinio, dabar mokslininkai gali greitai atpažinti naujus organizmus, ištirti jų savybes ir nustatyti jų giminystę su jau žinomais organizmais.
Tarp naujų molekulinių įrankių yra žinomas genų stiprinimo metodas, vadinamas PGR, polimerazės grandinine reakcija. PGR leidžia išskirti ir be galo kopijuoti konkrečius genus, todėl jų pakanka išsamiam tyrimui, pavyzdžiui, geno DNR sekos tyrimui. O mikrobų tapatybę galima įžvelgti sekoje – tiesą sakant, skirtingų organizmų sekų skirtumai.
Kartu su PGR, naujos priemonės apima greito sekos nustatymo technologiją, greitą kompiuterinį genų sekos duomenų apdorojimą ir vis tikslesnę elektroforezės technologiją, kuri elektriniu būdu atskiria genus gelyje arba skystyje pagal dydį.
Vienas iš pagrindinių tokio darbo analitinių tikslų yra visur esanti RNR (ribonukleorūgštis) ribosomose – mažuose suapvalintuose kūnuose, kuriuos gyvos ląstelės naudoja kaip baltymus gaminančius įrenginius. Visos ląstelės turi ribosomas, ir kadangi jose esanti RNR įvairiose rūšyse šiek tiek skiriasi, ji yra patikimas žymeklis – molekulinės šuns žymės, kurią galima naudoti identifikuojant, klasifikuojant ir analizuojant kiekvieną naują mikrobą.
Stebėtina išvada, kad visur, kur mokslininkai taiko šiuos naujus metodus, jie susiduria su keistomis naujomis bakterijomis, kurių gausa ir įvairovė iš tikrųjų nesitikėjo. Pavyzdžiui, kaip Woods Hole okeanografijos instituto Masačusetso valstijoje asocijuotas mokslininkas Paulas Dunlapas paaiškina Woods Hole leidinyje Oceanus, jūros mikrobų gyvybė yra tokia neįtikėtinai gausi, kad kai kuriais atvejais organizmų yra nepaprastai daug, iki maždaug 100. milijardų mililitre jūros vandens. Tiesą sakant, mažesnio nei 2 mikronų skersmens organizmai, gyvenantys jūroje, yra tokie gausūs, kad sudaro 95 procentus visų pasaulio vandenynų gyvybės formų masės.
Nuosėdiniai dirvožemiai, net senovinis dumblas, nusėdęs giliavandeniuose dugnuose, taip pat yra labai gyvi mikroorganizmais. Pavyzdžiui, neseniai gręžiant Japonijos jūros dugną, buvo gauti mėginiai iš nuosėdų sluoksnių, palaidotų 500 metrų gylyje, kurių kiekviename grame dirvožemio yra milijonai organizmų.
Naujos sferos
Išvados rodo, kad net mažame vandens gurkšnelyje ar nedideliame dirvožemio mėginyje yra pakankamai bakterijų, kurių dauguma anksčiau nebuvo žinomos, kad tyrėjų būriai būtų užimti daugelį metų. Simonas pažymi, kad yra naujų genų, naujų fermentų ir naujų funkcijų, apie kurias mes nieko nežinome, o duomenys kaupiasi per greitai, kad juos būtų galima išsamiai išanalizuoti. Jie (mikrobai) netgi turi keletą skirtingų ląstelių membranų, o tai rodo, kad reikia ištirti visiškai naujas biologijos sritis.
Kadangi kiekvienas organizmas turi savo genus, būdingą biochemiją, struktūrą ir elgesį, pramonės potencialas yra didžiulis. Kiekvienoje rūšyje yra nuo 1 000 iki 5 000 genų, o daugumos jų biocheminės savybės vis dar nežinomos. Taigi tikėtina, kad bus atrasti nauji fermentai, maistas, vaistai, cheminės medžiagos, medžiagos ir procesai. Pavyzdžiui, bakterijos, galinčios gyventi priešiškoje karštųjų versmių aplinkoje, išskiria specialius fermentus, kurie puikiai veikia esant aukštai temperatūrai, o tai gali būti naudinga cheminiam apdorojimui. Be to, pasak Pace'o, kai kurie mikroorganizmai gamina medžiagas, kurios prilimpa prie paviršių beveik verdančiame vandenyje, o tai gali būti vertinga atliekant tam tikras gamybos operacijas.
Simonas pažymi, kad evoliucine prasme nenuostabu, kad egzistuoja tiek daug skirtingų bakterijų rūšių, net ir tose vietose, kur jos kažkada atrodė mažai tikėtinos. Juk 3 milijardus metų pasaulyje gyveno bakterijos ir tikriausiai labai mažai kitų. Taigi šie vienaląsčiai organizmai turėjo daug daugiau laiko vystytis nei dauguma kitų būtybių žemėje.