Некультивируемые микроорганизмы (ответы на вопросы)

[sss]

pavel

А что значит - "живая природа нанобактерий до сих пор признается не всеми".

Собственно, те, кто занимается нанобактериями, не сомневаются в их живой природе.
Основные аргументы скептиков: то, что считают "нанобактериями" - это неживые органо-минеральные образования, внешне похожие на живые организмы. Рост в культуре - это "медленная" (неизученная) форма кристаллизации  фосфатов в присутствии органики. ДНК и белки - продукт бактериального загрязнения препаратов и/или результат захвата макромолекул в процессе кристаллизации. В общем, повторяют доводы John O. Cisar et al (см. ПОСТ N1 по нанобактериям).
Впрочем, скептиков становится все меньше, а их аргументация выглядит все более "притянутой за уши".

[pavel]

Неужели так трудно не допустить примесей инородных ДНК. Тем более если есть чистая культура этих организмов.

[sss]

pavel
Неужели так трудно не допустить примесей инородных ДНК. Тем более если есть чистая культура этих организмов.

У финов в первой публикации (см. Пост N1 - исторический очерк) действительно оказалось бактериальное заражение. Культура жидкая, среда богатая - случайно заразить ее "раз плюнуть". А фины на радостях опубликовали результаты анализа 16S, что (в том числе) и дискредитировало остальные результаты. Впрочем, сейчас наличие собственной "нанобактериальной" ДНК показано вполне убедительно. В общем, в живой природе нанобактерий сомнений уже, по-моему, не осталось. Просто окончательно их "признают", когда они войдут в учебники по микробиологии.

[pavel]

Чтож подождем – вещь действительно интересная.


А финны поспешили все-таки. Могут когда захотят.  :lol:  :lol:  :lol:

[Dims]

Насчёт нанобактерий, главное сомнение вот в чём: если они существуют, следовательно, ТЕХНИЧЕСКИ возможно самостоятельное существование и размножение на уровне сложности вирусов. То есть, вирусы являются паразитами не за счёт своей сложности, а просто так.

Это противоречит общему принципу, что паразитизм обычно влечёт упрощение и, собственно, ради него и развивается.

Если же нанобактерии существуют, то они должны относиться к той же группе, что и вирусы. То есть, вирусы -- это нанобактерии-паразиты, а нанобактерии -- это автономные вирусы.

[Dims]

Насчёт некультивируемых обычных бактерий

А зарегистрировано ли некоторое количество случаев, когда:

1) организм сперва был некультивируемым и наблюдаемым только по остаткам ДНК
2) затем для него подобрали питательную среду
3) провели прямое наблюдение нового организма при помощи микроскопии

?

Если такие случаи были, то как можно охарактеризовать то, что не получалось раньше при приготовлении питательных сред? То есть, ЧЕГО ТАКОГО нужно было этим организмамам от среды, чего раньше не могли или не умели создавать?

[Gilgamesh]

Если же нанобактерии существуют, то они должны относиться к той же группе, что и вирусы. То есть, вирусы -- это нанобактерии-паразиты, а нанобактерии -- это автономные вирусы.

Из каких же положений вытекает это умозаключение?

[pavel]

«То есть, вирусы являются паразитами не за счёт своей сложности, а просто так.
Это противоречит общему принципу, что паразитизм обычно влечёт упрощение и, собственно, ради него и развивается.»

Ну так оно и есть. Паразитизм вирусов – ВТОРИЧНОЕ явление. Это такие же живые организмы как и клетки, независимо от того паразитируют они или нет.





«Если же нанобактерии существуют, то они должны относиться к той же группе, что и вирусы. То есть, вирусы -- это нанобактерии-паразиты, а нанобактерии -- это автономные вирусы.»

Из того что сказал sss о нанобактериях, в случае их существованя, они очевидно относятся к прокариотам: собственная ДНК, белкосинтезирующий аппарат, цитоплазма у них ведь есть.

[Марков Александр]

Присоединяюсь к вопросу Dims о причинах некультивируемости.
В статье Г.А.Заварзина "Современные бактерии и бактериальные сообщества" в сборнике "Бактериальная палеонтология" (М., 2001), например, говорится о железобактерии Leptothrix ferruginea: "Этот основной агент образования болотных руд до сих пор не поддается культивированию, несмотря на массовое развитие в природе".
В одном ручье в северной Карелии я наблюдал буйные заросли какой-то железобактерии, возможно, этой самой. Рыжая муть в местах с менее быстрым течением заполняет практически все русло. Если эту муть высушить, она притягивается магнитом - настоящая железная руда. Ручей вытекает из болота, а в нижней половине ручья из высокого правого берега пробиваются родники. В верхней части ручья, где нет родников, нет и железобактерий. Первое их "поселение", если идти вниз по течению, находится как раз там там, где  теплая, бурая болотная вода впервые смешивается с ледяной, прозрачной родниковой. Может быть, эти твари могут жить только в местах активного перемешивания этих двух различающихся сред? Это не так-то просто воссоздать в лабораторных условиях.

[Dims]

Может быть, эти твари могут жить только в местах активного перемешивания этих двух различающихся сред? Это не так-то просто воссоздать в лабораторных условиях.

Удивительно ещё то, что неуловимое условие среды не должно быть просто особенностью. Ведь любое живое существо должно цепляться за жизнь, оно должно жить не только в "любимых" условиях, но и в не совсем любимых. То есть, недостающее условие должно быть не просто капризом, а каким-то крайне необходимым для жизни фактором.

Если правда, то некультивируемых организмов 90%, то это фактор, по важности сравнимый с самой водой!

P.S. Здесь я неявно делаю предположение, что недостающее условие одно. В любом случае, ЧТО-ТО у недостающих условий, если их много, должно быть общим, иначе непонятно, как можно было их все долгое время упускать.

[Dims]

Из того что сказал sss о нанобактериях, в случае их существованя, они очевидно относятся к прокариотам: собственная ДНК, белкосинтезирующий аппарат, цитоплазма у них ведь есть.

Откуда это может быть известно, если их не наблюдали и не анатомировали? Насколько я понял, предположения об их существовании делаются на основе интегральных характеристик среды или колонии. Откуда можно сделать только один (гипотетический) вывод: что там нечто живёт и размножается.

Если же нанобактерии существуют, то они должны относиться к той же группе, что и вирусы. То есть, вирусы -- это нанобактерии-паразиты, а нанобактерии -- это автономные вирусы.

Из каких же положений вытекает это умозаключение?

Вирусы же реконструированы. Белковая оболочка, ДНК-шная сердцевина. Белки могут быть достаточно сложными и чего-то даже делать. Размеры, массы известны. Туда просто некуда "залить" цитоплазму, разместить клеточные структуры, чтобы построить бактерию соответствующего размера.

Поэтому на ум невольно приходит образ вируса, у которого просто есть белки, нужные для репликации и воспроизводства, для обмена веществ.

[pavel]

Из того что написано у sss, нанобактерии выглядят прокариотами. Вот выдержка:

"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). "



Впрочем ваши соображения про размеры действительно интересны: "Вирусы же реконструированы. Белковая оболочка, ДНК-шная сердцевина. Белки могут быть достаточно сложными и чего-то даже делать. Размеры, массы известны. Туда просто некуда "залить" цитоплазму, разместить клеточные структуры, чтобы построить бактерию соответствующего размера. "

Интересно было бы узнать мнение на этот счет у sss. Есть ли такие расчеты?

[sss]

Отвечаю на несколько постов сразу.
1) О соотношении "нанобактерии-вирусы". Для меня главное отличие - у нанобактерий есть свой аппарат синтеза белка, а вирусы используют белоксинтезирующий аппарат клетки-хозяина. Соответственно, нанобактерии способны размножаться (и размножаются) вне живой клетки, а вирусы - нет.
(А вообще, тема вирусов достаточно сложная и заслуживает отдельного обсуждения. По-моему, вирусы - это полифилетичная группа, куда собраны   объекты различного происхождения, но со схожей "жизненой стратегией".
Сравните, например, бактериофагов, вирусов растений и вирусов животных. А куда вироиды отнести?).
"Нанобактерии не наблюдали и не анатомировали". Перечитайте внимательно мои посты по нанобактериям (может, просто пропустили). И наблюдали, и "анатомировали" - я даже дал ссылки на фотогалереи. Там есть как сканирующие, так и просвечивающие электронные микрофотографии (если в той фотогалерее нет - я ее не всю просматривал, дам другие ссылки). Собственно, их сначала увидели в электронный микроскоп, а уже потом  стали выяснять, живые они, либо - причудливые органо-минеральные образования.

2) О некультивируемости. Я не стал углубляться в этот вопрос в начале темы, т.к. посчитал слишком "специально-микробиологическим". Традиционно под культивированием понимают рост в виде изолированных колоний на "твердых" средах (питательный раствор + агар либо силикагель, иногда - желатин, в качестве "отвердителя").
Очень плохо растут в таких условиях, например, хемоавтотрофы (в т.ч. упоминавшиеся) А. Марковым железобактерии. Про ту конкретную не скажу, а вот для тех, с которыми работают мои друзья в Ин-те биофизики, на образование 1 г биомассы требуется окислить, кажется, 500 г двухвалентного железа. Обеспечить такой приток в чашке Петри на плотной
среде просто нереально, и рост прекращается уже на стадии микроколонии из нескольких десятков клеток.
Очень плохо растут всякого рода облигатные паразиты (особенно -  внутриклеточные). Им, кроме основных питательных веществ, требуются витамины, пурины, незаменимые аминокислоты и прочие "факторы роста". Эти "факторы роста" часто даже неустановлены. Например, образует изучаемая бактерия колонии в присутствии вытяжки из дрожжевых клеток (или там - из плазмы крови) -  и слава Богу. Чего ей там конкретно надо - часто даже не выясняют, главное - растет.
Некоторые растут только при экстремальных значениях рН, температуры, пониженном содержании кислорода. Некоторые патогенные для человека бореллии, например, после непродолжительного контакта с атмосферным воздухом переходят в устойчивое "спящее состояние" (см. пост о некультивируемых формах).
Я сам недавно просто ради интереса проверял наличие облигатных психрофилов ("холодолюбивые" бактерии) в одном из постоянных ручьев  в заповеднике. Оказалось - около 40% (!) по суммарной численности. А наши гидробиологи проводят свои бакт. анализы при +25..+30С, в то время как "мои" психрофилы гибнут уже при +22-24С. Т.е. гидро(микро)биологи при своих высевах в нашей климатической зоне заведомо не учитывают половину бактерий, о чем я им и сообщил с некоторой долей злорадства. На что они мне ответили - у нас есть общепризнанные и общепринятые методики, и шел бы ты со своими психрофилами... Мол, и без тебя тошно.
До относительно недавнего времени как-то "по умолчанию" считалось, что чем богаче среда, тем больше на ней выделится бактерий. Мол, напихаем в среду побольше и поразнообразнее разных компонентов, а уж различные бактерии сами выберут, что им конкретно нужно. Потом обнаружилось, что есть очень обширная группа олиготрофов, для которых "богатые" среды просто токсичны (из-за субстратного ингибирования).

Дело в том, что исторически микробиология выросла из двух направлений: медицинского (выявление и изучение патогенных бактерий и грибов), и "пищевого" (выявление и изучение всяких там молочнокислых, спиртовых и т.д.). А потом подходы, принятые в этих направлениях, довольно механически перенесли на изучение всей остальной микробиоты. После обнаружения хемоавтотрофов, олиготрофов, "экстремалов", подходы к культивированию пришлось достаточно радикально менять. А сейчас, как оказалось, опять придется менять подходы, поскольку имеющиеся на сегодняшний момент методики позволяют "вскрыть" только небольшую часть микробиоты.

Лично я считаю, что любой "некультивируемый" вид рано или поздно удастся прокультивировать. И я не считаю, что "некультивируемые" - это какая-то обособленная специфическая группа. Просто надо еще больше разнообразить методы культивирования, среды, условия.

[sss]

P.S. О размерах нанобактерий

"...Туда просто некуда "залить" цитоплазму, разместить клеточные структуры, чтобы построить бактерию соответствующего размера. "
Интересно было бы узнать мнение на этот счет у sss. Есть ли такие расчеты?

Расчеты есть. Цитирую свой ПОСТ N1 (читайте посты внимательно       ).
"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" (конец цитаты).
(Другие оценки дают около 150 нм - но все равно гораздо больше, чем нанобактерия).
Там же обсуждается, за счет чего можно сэкономить на размере (в дополнение тому, о чем пишут фины). 1) Отдать все или часть каталитических функций непосредственно РНК. 2) Отказаться от рибосом. Экспериментально доказано, что РНК "умеет" катализировать реакции, самореплицироваться без участия белков, а также синтезировать короткие полипептиды, используя саму себя в качестве матрицы.
Кстати, на тех "просвечивающих" электронномикроскопических фотографиях, которые я видел,  рибосомы у нанобактерий не видны.

Добавлю также, что у каких-то вирусов белок-кодирующими являются ОБЕ комплиментарные цепи ДНК (экономия на геноме в два раза!), кроме того, известны ПЕРЕКРЫВАЮЩИЕСЯ гены (опять же экономия).

О соотношении вирусы-нанобактерии и причинах некультивируемости - см. пост чуть выше.

[pavel]

Спасибо. Интересные соображения. Находится место и "миру РНК".