Некультивируемые микроорганизмы (ответы на вопросы)

[sss]

В одном из постов я упомянул о некультивируемых микроорганизмах.
Jpx спросил, где можно о них прочитать, а Gilgamesh предложил написать в отдельной теме. (Если модераторы/и или другие участники посчитают, что тема засоряет форум - можно перенести общение в "личку". Учтите также, что на тему могут слететься микробиологи и молекулярщики, а у вас и так - то КОНЬ какой-то бродит, то монахи).

Поскольку форум не микробиологический - краткий экскурс в историю проблемы.
Если вначале буду излагать общеизвестные вещи - заранее простите.

Речь идет не о всех микроорганизмах, а только о прокариотах - бактериях и
археях. Со времен Луи Пастера основной способ изучения бактерий - это выделение их в чистую культуру на искусственную питательную среду. Исследуемый материал распределяется по поверхности среды, присутствующие в нем отдельные микробные клетки начинают размножаться и  образуют визуально различимые колонии. Вот с этими колониями и начинают работать.

Почему нельзя исследовать бактерии непосредственно в окружающей среде
методами прямой микроскопии? Морфология прокариотных клеток достаточно
однообразна, и по внешнему виду бактерию (за редкими исключениями)
идентифицировать нельзя.  Прямая микроскопия применяется, но в основном для подсчета суммарного числа бактерий (без видовой идентификации), и их пространственного распределения в среде.
А для изучения и видовой идентификации обязательно нужна чистая культура,
выращенная на искусственной питательной среде.

Основная проблема при выделении бактерий - это подбор соответствующей
питательной среды и условий культивирования, поскольку если среда и/или
условия не подходят для данной бактерии - она просто не образует колонию и не
будет учтена. Таким образом, наши представления о биоразнообразии бактерий
фактически зависят от того, насколько удачно подобраны среды для их выделения и условия культивирования.

А надо заметить, что требования различных видов к питательной среде и условиям очень сильно различаются - по мере развития микробиологии это становилось все очевиднее. Например, какая-нибудь почвенная Bacillus прекрасно растет на питательных средах самого разного состава - от мясного отвара до синтетической среды с глюкозой и минеральными элементами, а некоторые паразитические или симбиотические
виды требуют точно сбалансированных количеств разнообразных аминокислот,
пуринов, витаминов, углеводов и т.д. А какие-нибудь водные олиготрофы вообще гибнут на богатых средах из-за субстратного ингибирования.

Тем не менее, к концу 70-х в микробиологии господствовало мнение, что о
видовом разнообразии бактерий, по крайней мере в "основных" местах обитания
(вода, почва, организм человека и животных, растения), известно если не все, то
почти все. За 100 лет все мыслимые питательные среды подобраны, опубликованы в учебниках и методичках, все виды прилежно описаны и включены в определители. Открытие каждого нового вида было достаточно большим событием.

Правда, было показано,что методы прямого счета (с использованием микроскопа)
дают общую численность бактерий в почве и в воде как минимум на 2-3 порядка (!) больше, чем обнаруживается при высеве на стандартные питательные среды. "Нестыковку" объясняли 1) недостаточным диспергированием
исследуемого материала, когда  группа бактериальных клеток
дает на питательной среде одну общую колонию, и, таким образом,
учитывается как одна клетка; 2) наличием в популяции большого числа мертвых клеток, которые под микроскопом (без спец. методов окраски) неотличимы от живых, но колоний на питательной среде, естественно, не образуют.

Однако в 1983 г произошло революционное событие - открытие полимеразной
цепной реакции (ПЦР, в англоязычной литературе - PCR). Методы диагностики, использующие ПЦР, позволили обнаруживать и идентифицировать фрагменты бактериальной ДНК непосредственно в окружающей среде, даже если они присутствуют там в минорных количествах.
И очень быстро обнаружилось, что огромное количество (в некоторых случаях -
до 90-99%) ДНК-последовательностей, выявляемых в окружающей среде,
не может быть отнесено ни к одному из  известных видов бактерий или архей. Т.е. из "плавающих" в окружающей среде  последовательностей только 1-10% принадлежат известным видам, а остальные - неизвестно кому. Эти "неизвестно кто" и были названы "некультивируемыми видами" (не путать с некультивируемыми формами).

Литература, особенно англоязычная,  сейчас пестрит сообщениями о некультивируемых видах (Google, например, на запрос "non-cultivated" microorganisms сходу выдал 996 документов). Их находят везде -
от воды, почвы, организма человека и животных до "экзотических" мест обитания
(глубоководные вулканические источники и т.д.).  Причем в целом ряде случаев не удается обнаружить полных аналогов в имеющихся генетических базах данных, в связи с чем появляются формулировки типа "Обнаруженные бактерии наиболее близки к цианобактериям, однако, без существенного сходства" (выделенная фраза - из статьи Семиколенных .А. "МИКРОБИОЛОГИЯ ПЕЩЕР..." - чтобы не обвинили в плагиате!).

Пока эти микроорганизмы не выделены в чистые культуры на искусственные питательные среды, главное, что о них можно сказать - это что они ЕСТЬ, и по крайней мере часть из них не может быть отнесена ни к одной из известных групп бактерий или архей.

Удастся ли их выделить в чистые культуры и изучить?  Видимо, со временем подходящие среды и условия культивирования будут подобраны. Главное, что стало ясно, что среды и методы культивирования, использовавшиеся до сих пор, дают, мягко говоря очень неполное представление о реальных микробных сообществах, и надо продолжать подбирать новые среды/методики.

Каков процент "некультивируемых" среди общего числа прокариот? Никто не знает, оценки варьируют в основном от 90 до 99,9%. Лично я полагаю, что 90%
ближе к истине, и суммарное число видов бактерий и архей на Земле вряд ли сильно превышает 100 тыс. (на сегодняшний момент выделено в чистые культуры и описано немногим более 10 тыс. видов, из них 2 тыс. - с середины XIX в. по конец 70-х ХХ в., а более 8 тыс. - с конца 70-х).

Gilgamesh задал вопрос, обнаружены ли среди "некультивируемых" новые таксоны высокого ранга. Вопрос сложный. Систематика прокариот разработана слабо. До недавнего времени "наивысшим таксоном" был род, иногда их объединяли в семейства. Все попытки выделить таксоны более высокого ранга
отражали в основном не реальную эволюционную близость, а текущий уровень развития микробиологических методов и личные предпочтения авторов. Достаточно сказать, что Археи в качестве самостоятельной эволюционной
ветви выделили только в конце 70-х - начале 80-х, а до этого относили к бактериям.
С развитием молекулярно-генетических методов  "филогенетическая" систематика начала бурно развиваться, и в  настоящее время на основе индексов генетического сходства у Архей выделяют три четко различимые эволюционные линии, у Бактерий - 8-10. Но эти линии пока не получили ранга таксонов, аналогичных таксонам у эукариот. В каждой линии есть "некультивируемые" и
неидентифицированные виды, известные только по фрагментам ДНК.
Однако мне неизвестно ни одной линии, которая была бы составлена ТОЛЬКО
из некультивируемых. Хотя, генетические базы непрерывно пополняются, и
не исключено открытие среди "некультивируемых" таксонов такого же высокого ранга, как Археи, Бактерии
и Эукариоты.

Извините за многословие, сокращался как мог.

[Gilgamesh]

sss, Ваша тема форум украшает, засоряют её некоторые другие, а микробиологи и молекулярщики - симбионты палеонтологов, в отличие от конных монахов с Земли На Трех Китах (в созвездии скукоженной Вселенной). Да и  вообще - это форум для всех биологов!
Вообще, это замечательно, что появилась тема, где компетентный в какой-то науке человек делится частью опыта с публикой, побольше бы таких тем (отдельные темы здесь привлекают систематиков, другие - зоологов, теперь ещё одна био наука имеет своё представительство).

"(не путать с некультивируемыми формами)"
А что такое некультивируемы формы?

В общем, определителем Берджи пора печку топить, грубо говоря? Т.е. до новых претендующих на полноту каталогов, обобщений и синтезов в микробиологии теперь снова как до Луны, как это было во времена Пастера?

[pavel]

А чего в «небиологических разговорах»? Тема то чисто  биологическая.

[pavel]

А вообще очень интересно. А изучалась ли организация ДНК и др. структур клеток этих бактерий, в плане их сравнения с таковыми у эубактерий и архебактерий – есть ли какие-нибудь различия между ними в этом.

Очень похоже на ситуацию в астрофизике – там тоже обнаружили что известное нам вещество в виде атомов, молекул и т.д., из которых строяться галактики, звезды планеты, составляется всего несколько процентов от всей массы материи Вселенной, а основная масса Вселенной, тоже порядка 97%, заключена в «темной материи» природа которой не известна.

[sss]

Спасибо за поддержку темы! Не ожидал, что микробиология вызовет такой интерес у палеонтологов (хотя о чем это я -  меня ведь заинтересовали "палеонтологические" темы).  

Gilgamesh
А что такое некультивируемы формы?
До недавнего времени у бактерий были известны всего две специализированные клеточные структуры для пережидания неблагоприятных условий – эндоспоры и цисты. Эти структуры образуются относительно небольшим числом видов и хорошо изучены.

Однако недавно было обнаружено, что многие другие виды бактерий также способны переходить в покоящееся состояние под действием неблагоприятных условий (голодание, пониженная или повышенная температура и т.д.). Эти формы характеризуются морфологическими изменениями, низким уровнем метаболизма, утратой способности к размножению Они не выявляются при высевах на питательные среды (поэтому были названы НЕКУЛЬТИВИРУЕМЫМИ ФОРМАМИ), однако могут быть переведены в "культивируемое" состояние при изменении условий, при попадании в организм основного или промежуточного хозяина (для болезнетворных), или с помощью специальных индукторов. Выяснилось, что именно "некультивируемые формы" ответственны за неожиданные вспышки некоторых инфекций (например - холеры, чумы), когда между эпидемиями возбудитель никуда не девается, хотя и не выявляется стандартными микробиологическими  анализами.

"Некультивируемые формы" патогенных бактерий обнаружены не только в окружающей среде, но и в тканях, органах человека и животных. Существование таких покоящихся форм может объяснить периодически возникающие рецидивы болезни у, казалось бы, вылеченных больных (пример – кокковидная неразмножающаяся форма возбудителя туберкулеза в организме человека-носителя, устойчивая к антибиотикам, не выявляемая микробиологическими высевами, но способная неожиданно активизироваться и вызвать заболевание).
В отличие от "некультивируемых видов", которые обнаруживаются только молекулярно-генетическими методами, "некультивируемые формы" можно выявить с помощью, например, иммуноферментного анализа, по метаболической активности, или индуцировав их переход в "культивируемое" состояние.

В общем, определителем Берджи пора печку топить, грубо говоря? Т.е. до новых претендующих на полноту каталогов, обобщений и синтезов в микробиологии теперь снова как до Луны, как это было во времена Пастера?
Как ни грустно, но, похоже, это действительно так. Впрочем, последним изданием и так пользоваться затруднительно. Наплодили кучу новых родов с единственным видом и смутным описанием, а на некоторые действительно важные группы вообще не дают ключа. Открываем, например, широко распространенный р. Bacillus: "Дифференциация видов представляет трудности из-за их большого числа и неполноты описаний ряда недавно опубликованных видов"; р. Clostridium (тоже широко распространен): "Дифференциацию видов лучше проводить в специализированной лаборатории ... В последнее время описано много новых видов, и число видов  в роде достигло 100". Все – дальше определяй, как хочешь. Будем ждать появления "генетической" систематики (надеюсь, доживу).
Вообще, сейчас в микробиологии после определенного периода застоя валом пошли открытия по самым разным направлениям (не только молекулярно-генетическим), которые довольно сильно переворачивают наши взгляды на мир микробов. Возьмем, например, "нанобактерии", о которых так много говорят в последние годы. Если это не артефакт и не научное заблуждение, тогда - перед нами фактически новая форма микробной жизни ("недостающее звено" между неживым и живым?).

Pavel
А изучалась ли организация ДНК и др. структур клеток этих бактерий, в плане их сравнения с таковыми у эубактерий и архебактерий – есть ли какие-нибудь различия между ними в этом.

Клеточные структуры точно не изучались, поскольку сами клетки не культивировались, а известны исключительно по фрагментам ДНК. Видимо, все-таки придется выделять "некультивируемых" в чистые культуры. Однако для этого нужны дешевые, быстрые и доступные любой лаборатории методы генетического анализа. Тогда, например, обнаружив в образце ДНК "некультивируемых", можно начать подбирать среды и условия, каждый раз проверяя генетическими методами:  выросшая колония – это искомый "некультивируемый микроорганизм", или нет? Если нет – опять варьировать среды и условия, пока, наконец "некультивируемый" не станет культивироваться. Лично я убежден, что раз они в природе растут, значит – и в пробирке рано или поздно вырастут, надо только научиться выращивать. Другой возможный способ "взглянуть им в лицо" – это попробовать посадить на выделенную "некультивируемую" ДНК какую-нибудь флуоресцентную или радиоактивную метку, запустить в природу и посмотреть, с кем она сгибридизируется по принципу комплиментарности. Наверняка молекулярщики об этом уже подумывают, но публикаций таких я не встречал.

Что же касается организации ДНК – в основном для диагностики используют не всю ДНК, а только участок, кодирующий 16S рибосомальную РНК, и здесь каких либо принципиальных отличий между бактериями, археями и "некультивируемыми", насколько я знаю, нет. 16S РНК выбрана по ряду вполне биологически обоснованных  причин. Но такой подход еще и "от бедности": анализировать целую ДНК очень накладно и трудоемко, полное секвенирование генома выполнено для очень немногих прокариот (вспомните, сколько сил и лабораторий по всему миру было задействовано на геном человека, а ведь у бактерии всего в 10 раз меньше генов, чем у нас).

[Machairodus]

Простите за дилетантский вопрос, как именно
удается определить, что эти самые ДНК-последовательности принадлежат бактериям
а не вирусам, например?

[sss]

Machairodus

Простите за дилетантский вопрос, как именно
удается определить, что эти самые ДНК-последовательности принадлежат бактериям а не вирусам, например?

Извиняться не за что, вопрос вполне законный.
Дело в том, что анализ на основе ПЦР при правильном подборе ПРАЙМЕРОВ строго специфичен к конкретным участкам ДНК. Поэтому для диагностики, например, возбудителя холеры выбирают ген, имеющийся ТОЛЬКО у холерного вибриона, и больше - ни у кого на свете. Тогда метод будет "реагировать" только на ДНК холерного вибриона, и ни на чью другую.
Для обнаружения "бактерий вообще" для анализа выбирают ген (или гены) которые есть у всех бактерий, но отсутствуют у остальных организмов (вирусов, эукариотов). На практике для выявления прокариот был выбран ген, кодирующий 16S рибосомальную РНК.
Основные причины:
1) этот ген имеется у всех известных бактерий и архей, но отсутствует у эукариот  и вирусов;
2) этот ген имеет консервативные участки, одинаковые у всех прокариот, и
видоспецифичные участки. Консервативные участки служат для присоединения
праймеров, а видоспецифичные - для определения видов;
3) в силу ряда причин степень близости между "видоспецифичными" участками
разных видов очень хорошо отражает их эволюционную близость;
4) в данном случае для анализа можно использовать и саму рибосомальную
РНК, которая в любой бактерии присутствует в гораздо бОльшем количестве,
чем соответствующий ей ген. Только ее надо сначала "превратить" в ДНК
с помощью обратной транскриптазы.

Нуклеотидные последовательности 16S-РНК всех известных видов бактерий и Архей (порядка 10 тыс. видов) имеются в международных базах данных и открыты для широкого доступа. Выявив очередную 16S-РНК последовательность в окружающей среде, ее сравнивают с имеющимися в базах данных, и если не находят соответствия - объявляют принадлежащей очередному "некультивируемому" виду,присваивают номер и размещают в базе данных.

Вирусам и эукариотам в данном случае просьба "не беспокоиться", т.к. у них нет 16S-РНК "по определению", и ПЦР их просто "не заметит". Правда, если на Земле есть какие-нибудь гипотетические неизвестные микроорганизмы (типа пресловутых "нанобактерий"), не имеющие 16S РНК, их тоже не заметят.

Научно-популярную статью о методе ПЦР (правда, с медицинским уклоном)
можно прочитать, например, здесь:
http://sciencerussian.sibenzyme.com/article11_article_9_1.phtml
Только там картинка не очень удачная - оба праймера показаны одним и тем же
цветом.
Почему выбрали именно 16S-РНК - можно прочитать, например, здесь:
http://www.rusbiotech.ru/2003/old/genosistem.html

[Machairodus]

Вот википедия сообщает что 16S rRNA есть у млекопитающих
http://en.wikipedia.org/wiki/16S

[sss]

Вот википедия сообщает что 16S rRNA есть у млекопитающих

Уф... напугали... Сразу кинулся смотреть - неужели сенсация?
Да нет, все нормально - в статье речь идет о МИТОХОНДРИАЛЬНОЙ 16S rRNA. Она есть не только у млекопитающих, но и вообще почти у всех эукариот (исключение - какие то экзотические амебы, не имеющие митохондрий). Просто митохондрии - это потомки симбиотических бактерий, "внедрившихся " в доисторическую эукариотическую клетку (собственно, внедрение митохондрий в уркариота и привело к появлению "натстоящей" эукариотической клетки). Соответственно, и геном у митохондрий чисто бактериальный, в т.ч. - 16S rRNA. Митохондриальный геном хорошо изучен, благо генов там, кажется, всего 200 с небольшим. В международных базах данных митохондриальные 16S RNA соседствуют с бактериальными, правда, в отдельном разделе.

[Gilgamesh]

А можно на нанобактериях подробей остановиться?

[sss]

Gilgamesh
"А можно на нанобактериях подробей остановиться?"
Сегодня уже поздно, только с работы пришел, и спать охота. Пока "для разгона"
прочитайте вот это. Статья грешит излишней сенсационностью, к тому же многое свалено в кучу (особенно - "бактерии с Марса"), ряд спорных моментов автор подает как уже доказанные. Но в целом хроника событий изложена верно, так что как введение в тему вполне пойдет:
http://www.bio.su/press_2004oct_026r.htm
Обязательно прочитайте комментарий к статье.
А завтра постараюсь написать в научном плане (по первоисточникам).
В целом же - отношение к нанобактериям в молекляроно-микробиологическом  сообществе от восторженно-оптимистичного до скептического. Оптимисты-энтузиасты видят в них прямых потомков первичных клеток ("недостающее звено" между самореплицирующейся РНК и первой клеткой); скептики видят в них артефакт либо неживые органо-минеральные комплексы, ошибочно принимаемые за живые клетки (вроде "живого вещества" Лепешинской).
Однако даже самые отъявленные скептики открыто надеются, что нанобактерии действительно окажутся живыми организмами.

[Марков Александр]

Уважаемый sss, большое спасибо за интереснейшие сведения! Я тоже с нетерпением жду рассказа о нанобактериях. А еще, если у Вас будет возможность, не могли бы вы заглянуть на эту ветку: http://www.paleo.ru/forum/viewtopic.php?t=1090&start=105
там возникли вопросы по происхождению бактериальных жгутиков.

[sss]

Обещанный материал о нанобактериях. Постараюсь излагать кратко, но без потери "научности". Ссылки на публикации буду давать только в крайнем случае, чтобы не загромождать текст. Если понадобятся еще ссылки - могу дать в отдельном посте (большинство наиболее важных статей есть в прямом доступе целиким либо в Abstracts).  Материал разобью на два поста: первый – история и современное состояние проблемы, второй – гипотеза о нанобактериях, как первых организмах на Земле.

ПОСТ N1
Нанобактерии - это круглые либо овальные органо-минеральные структуры размером от 30 (по некоторым публикациям - от 20) до 200 нм,  способные к самостоятельному размножению . Размножение может быть подавлено некоторыми антибактериальными антибиотиками, веществами, ингибирующими синтез ДНК/РНК, сверхвысокими дозами радиации. По крайней мере, у некоторых из них  есть клеточная стенка, напоминающая клеточную стенку грамотрицательных бактерий (цитоплазматическая мембрана+тонкий слой пептидогликанов +наружная мембрана). Вокруг "клетки" (либо - вокруг конгломерата "клеток"),  как правило, откладывается слой минеральных солей (в основном - фосфат либо карбонат Ca). Иногда соли откладываются и внутри "клетки".

Специфическая окраска на наличие ДНК показывает присутствие внутри "клеток" ДНК. (Имеется в виду окраска современными методами - с  использованием "меченых" ДНК-специфичных антител). Структурные особенности и нуклеотидные последовательности ДНК не изучены.  Электрофорез (и, кажется, иммунологический анализ тоже) показывает наличие белков.  Качественное разнообразие белков невелико (по разным публикациям - от 4-5 до 30 и более различных белков).  

"Пикантность" ситуации заключается в том, что даже КРУПНЫЕ (100 нм) нанобактерии  гораздо МЕЛЬЧЕ, чем "положено" прокариотической клетке.  (С учетом необходимости иметь минимальный набор белков и кодирующих их генов, и хотя-бы одну рибосому, прокариотическая клетка должна иметь размер около 200 нм - см.  Size Limits of Very Small Microorganisms Proceedings of a Workshop, National Academy of Sciences, 1998 на http://www7.nationalacademies.org/ssb/nanomenu.html)
А МЕЛЬЧАЙШИЕ ИЗ НАНОБАКТЕРИЙ имеют размер, соответствующий размеру самых мелких ВИРУСОВ (и примерно в 10 раз мельче крупных вирусов).  

Исторический очерк.
Термин "нанобактерии" впервые ввел Richard Y. Morita в 1988, однако "отцом" нанобактерий считается Robert L. Folk (Department of Geological Sciences, University of Texas).  Начиная с 1992 он опубликовал серию работ, завершившихся итоговой статьей в Natural Science, 1997 (http://naturalscience.com/ns/articles/01-03/ns_folk.html). В этой статье он утверждал, что  во многих осадочных минералах в "ненормально большом" количестве присутствуют исключительно мелкие бактерии размером 50-200 нм,  которые играют ключевую роль в большинстве геохимических процессов на поверхности Земли, по суммарной биомассе превышают все остальные живые организмы, и представляют собой новую доселе неизвестную форму жизни.

Далее последовали другие геологические публикации, в которых, в частности, было показано наличие в нанобактерииях ДНК, C, O, N, а также цитоплазмы, окруженной то-ли мембраной, то-ли подобием клеточной стенки (Uwins, et al., 1998, http://minsocam.org/MSA/ammin/toc/Articles_Free/1998/Uwins_p1541-1550_98.pdf). Сюда же примыкает знаменитая публикация NASA  об обнаружении "нанобактериоподобных окаменелостей" в марсианском метеорите (1996).  

С 1998 "инициативу" в исследовании нанобактерий прочно захватили биологи с медицинским уклоном. Группа финских исследователей (Kajander и др., University of Kuopio, Finland) опубликовала ряд статей, в которых утверждала, что им удалось выделить и культивировать in vitro нанобактерии из почечных камней.  Сообщалось о подавлении роста нанобактерий некоторыми антибиотиками,  веществами, ингибирующими синтез нуклеиновых кислот, сверхвысокими дозами радиации. Сообщалось об успешном выделении и анализе ДНК, на основе чего было  указано приблизительное систематическое положение  нанобактерий среди других прокариот.

Эти же авторы впервые возложили на нанобактерии ответственность за процессы патологической кальцинификации в  человеческом организме (образование камней, кальцинификация сосудов и сердечной мышцы, артрит и т.д.).

Эти же авторы сформулировали гипотезу, объясняющую, как могут существовать микроорганизмы с "запрещенным" размером клетки и фактически объявили нанобактерии "первичными" живыми организмами на Земле (подробности и ссылки – в ПОСТЕ N2).  

В 2000 в Microbiology ("главный" микробиологический журнал) была опубликована "разгромная" статья John O. Cisar et al. An alternative interpretation of nanobacteria-induced biomineralization (http://www.pnas.org/cgi/content/full/97/21/11511). Авторы, повторив эксперименты финов, пришли к выводу, что "нанобактерии" - это неживые минеральные образования, действие антибиотиков связано исключительно с ингибированием процессов "абиогенной" кристаллизации фосфата Ca, а обнаруженная Kajander ДНК - продукт бактериального загрязнения образцов широко распространенной в природе Phyllobacterium mysinacearum. "Размножающиеся нанобактерии", наблюдаемые в  электронный микроскоп - это просто необычная форма кристаллизации.  

Тема "нанобактерий" фактически объявлялась закрытой, как "живое вещество" Лепешинской или самозарождение жизни в кастрюле со вчерашним супом.  Однако некоторые исследователи, в том числе специалисты по биоминерализации, поставили выводы о "неживой" природе нанобактерий под сомнение.  

Тем временем фины основали компанию "Nanobac Life Sciences" по продаже  диагностических наборов для выявления нанобактерий, что дало повод обвинить их в шарлатанстве и корыстных интересах.

Между тем в медицинской печати стали одна за другой появляться статьи об обнаружении нанобактерий в человеческом организме и их роли в различных патологиях, связанных с отложением кальция.  

Наконец, в 2004 появилась фундаментальная статья "Evidence of Nanobacterial-like Structures in Human Calcified Arteries and Cardiac Valves"   в American Journal of Physiology.  (http://ajpheart.physiology.org/cgi/content/abstract/00075.2004v1). После многократной проверки  коллектив авторов из США (13 человек) фактически ПОДТВЕРДИЛ ВЫВОДЫ О ЖИВОЙ ПРИРОДЕ нанобактерий и их ответственности за отложения солей кальция в организме человека. Нанобактерии объявлялись живыми, имеющими ДНК и клеточную стенку, способными размножаться на искусственной питательной среде. Рост и размножение сопровождается поглощением из среды меченого уридина,  что говорит о синтезе РНК.

В настоящее время предпринимаются попытки извлечь и проанализировать ДНК и РНК из нанобактерий, однако свежих публикаций я не встречал.  Все последующие публикации (по 2006 включительно) посвящены дальнейшему   изучению роли нанобактерий в патогенезе, поиску антимикробных агентов против них, обнаружению нанобактерий в окружающей среде, их морфологической и иммунологической характеристике, их роли в формировании осадочных пород.

В целом в "медицинском плане" подтверждаются выводы финов и американцев, в "геологическом" - выводы Robert L. Folk (см. в начале).  Картинку, иллюстрирующую относительные размеры бактерий, нанобактерий и вирусов, можно посмотреть здесь (рекомендую - нарисовано очень наглядно): http://www.newscientist.com/data/images/ns/cms/dn5009/dn5009-1_548.jpgФотогалерею электронно-микроскопических снимков нанобактерий можно посмотреть здесь: http://www.msstate.edu/dept/geosciences/4site/photo_gallery.htm

Конец ПОСТА N1
Ждите ПОСТ N2 с теорией, объясняющей "жизненную стратегию" нанобактерий и их схожесть с гипотетическими первыми клетками.

[sss]

Нанобактерии - ПОСТ N2
Таким образом, в отношении нанобактерий с достаточной степенью достоверности известно, что:
1. Они имеют клеточное строение: цитоплазма, в которой выделяются электронноплотные участки (молекула ДНК?), и клеточная стенка, похожая на клеточную стенку грамотрицательных бактерий.
2. Они имеют исключительно малый ("запрещенный для прокариот") размер клеток, сопоставимый с размером мельчайших вирусов.
3. В отличие от вирусов, они способны размножаться вне живых клеток, в том числе на искусственных питательных средах. Одна из первых линий, выделенных в культуру, культивируется уже 6 лет (при ежемесячных пересевах на свежую среду).
4. Они содержат ДНК неустановленной (пока) структуры и ограниченное количество специфических белков (по разным оценкам – от нескольких до нескольких десятков). (Для сравнения – геном типичных бактерий кодирует несколько тысяч полипептидов).
5. Рост и размножение нанобактерий сопровождается синтезом нуклеиновых кислот и белков.
6. Скорость роста нанобактерий исключительно низкая – примерно в 10000 раз меньше, чем скорость роста "классических" бактерий.
7.  Одни и те же нанобактерии, предположительно, с "одинаковым успехом" способны расти как в окружающей среде, так и внутри эукариотических организмов.
8. Метаболизм нанобактерий, по-видимому, сильно отличается от метаболизма других организмов, и по неясным пока причинам тесно связан с процессами биоминерализации.

Для объяснения особенностей нанобактерий Kajander и его коллеги предложили следующую теорию:
1. Нанобактерии не синтезируют собственные аминокислоты (и нуклеотиды?), а используют уже готовые (из окружающей среды), в том числе, возможно, уже фосфорилированные
2. Нанобактерии не синтезируют жирные кислоты, а используют уже готовые из окружающей среды. В случае нехватки экзогенных жирных кислот мембранные липиды частично заменяются фосфатом Ca.
3. У них отсутствуют "энергоемкие" системы активного транспорта, характерные для про- и эукариотических клеток. Транспорт веществ в клетку и из клетки осуществляются за счет диффузии и броуновского движения; этому способствуют ультрамикроскопические размеры клетки ("хорошее" соотношение поверхность/объем).
4. Концентрация растворенных веществ, и, соответственно, осмотическое давление внутри нанобактерий не отличается от окружающей среды. (У "нормальных" про- и эукариотических клеток концентрация веществ в цитоплазме повышена, что увеличивает скорость химических реакций, но требует больших затрат на поддержание внутреннего гомеостаза. У бактерий, например, "траты на поддержание" примерно равны "тратам на рост и размножение". Поэтому длительное голодание приводит к гибели клетки). Отсутствие затрат на поддержание гомеостаза позволяет нанобактериям "голодать" неограниченно долго. (Можно сравнить с потребностями в пище "теплокровных" и "холоднокровных" животных).

Таким образом, отсутствие сложных транспортных и регуляторных систем, использование для синтеза макромолекул уже готовых "кирпичиков" (возможно, даже уже фосфорилированных), позволяет нанобактериям обходиться минимумом белков, и, соответственно, минимумом генов.
Отсутствие затрат на поддержание гомеостаза позволяет нанобактериям реализовать очень простую жизненную стратегию:
когда пища есть – они растут и размножаются; когда пищи нет – они ждут, пока пища появится.
Концентрация "пищи" в окружающей среде существенного значения не имеет (мало пищи – будем расти медленно, много пищи – будем расти быстрее).
Кроме этого, "простота конструкции" обеспечивает нанобактериям высокую устойчивость к неблагоприятным факторам среды (температура, радиация).
Правда, за "простоту конструкции" приходится платить малой скоростью роста. Но нанобактерии никуда и не торопятся.

С учетом перечисленного, нанобактерии, по мнению Kajander et al., а также ряда других исследователей, хорошо подходят на роль "первичных живых организмов".

В заключение добавлю, что 1) живая природа нанобактерий до сих пор признается не всеми, хотя с каждым годом скептиков все меньше;
2) нет полной гарантии, что различные исследователи, занимающиеся нанобактериями, работают с одними и теми же объектами: нельзя исключить, что под общее название "нанобактерии" попадают совершенно разные группы живых организмов; 3) среди вала научных публикаций по нанобактериям только относительно небольшое число действительно научные; 4) в теме "нанобактерии" уже появились "радикальные" взгляды – некоторые авторы уже списывают на нанобактерии все хронические болезни, старение, выпадение дождей, гибель марсианской цивилизации, образование кальций-фосфатного скелета у животных. Эти "радикальные" идеи имеют право на существование, но никакого экспериментального обоснования не имеют.

Домашний сайт "финской" NanobacLab  с их последними  публикациями:
http://www.nanobaclabs.com/index.htm
Вроде все. Пойду размышлять про жгутики.

[pavel]

sss
Круто, раньше о нанобактериях я информации не встречал.

А что значит - "живая природа нанобактерий до сих пор признается не всеми". Имеется ввиду их клеточная природа или есть аргументы что это  вообще неживое вещество (исходя из того что вирусы - это живые организмы). Неужели так трудно действительно определить что это такое - нанобактерии, ведь вы пишете   к тому же что "Одна из первых линий, выделенных в культуру, культивируется уже 6 лет (при ежемесячных пересевах на свежую среду)".