Нанобактерии — минеральные структуры круглой или овальной формы, размер которых составляет от 30 до 200 нм. Природа их существования вызвала один из самых значительных споров в современной микробиологии. Последние результаты окончательно исключили существование нанобактерий как живых организмов и указали на парадоксальную роль подавляющего минерализацию белка в формировании этих саморазвивающихся минеральных комплексов, которые было предложено назвать nanons.
В научно-популярном журнале Scientific American эпизод с нанобактериями был назван «холодным синтезом в микробиологии», привлекая в качестве аналогии известный пример серии ошибочных научных работ. Но хотя теперь окончательно установлено, что нанобактерии — это неживые кристаллизованные наночастицы минералов и органических молекул, эти наносущности, возможно, играют важную роль в здоровье человека«The Rise and Fall of Nanobacteria», Young and Martel, Scientific American, January 2010.
История Термин «нанобактерии» впервые ввёл Ричард Морита в 1988, однако первооткрывателем нанобактерий считается Роберт Фолк. Начиная с 1992 года, он опубликовал серию работ по нанобактериям.
Нанобактерии впервые были обнаружены геологами на минеральных поверхностяхFolk RL. SEM imaging of bacteria and nannobacteria in carbonate sediments and rocks. J Sediment Petrol. 1993;63:990, а затем такие структуры были найдены в организме человека и крови коровыAkerman KK, Kuronen I, Kajander EO. Scanning electron microscopy of nanobacteria-novel biofilm producing organisms in blood. Scanning. 1993;15:90-91..
Вид был предложен в 1998 году для объяснения определённых видов патологического отвердения (апатит в почечных камнях) финским исследователем Олави Каяндером и турецкой исследовательницей Чифтчиоглу, работавшими в университете Куопио в Финляндии. По их данным, частицы самокопировались в микробиологической культуре, и исследователи сообщили о ДНК в этих структурах. Они также указывали на то, что нанобактерии оказались стойкими ко всем усилиям в их устранении: мало того, что эти частицы делали больными культивируемые клетки, они сопротивлялись обычным методам стерилизации при высокой температуре, моющим средствам и лечении антибиотиками.
В 2004 году команда доктора Джона Лиски из клиники Мейо в Рочестере сообщила, что изолировала нанобактерии от больных артритом и почечными камнями. Их результаты были опубликованы в 2004 и 2006 годах.
Олави Каяндер и Нева Чифтчиоглу в 2000 году основали в Финляндии компанию NanobacOY для разработки медицинских диагностических комплектов идентификации нанобактерий и разработки способов лечения болезней отвердения. Компания была поглощена в 2003 Nanobac Pharmaceuticals, Inc.
В дальнейшем было показано, что рост нанобактерий связан не с тем, что они живые, а с тем, что рост наночастиц происходит при наличии в окружающей среде (организме) любых легкодоступных белков, которые способны связываться с кальцием и апатитом. Было показано, что антитела, проданные в качестве диагностических средств определения нанобактерий компанией Nanobac, фактически обнаруживают белки fetuin-A и альбумин.
Начальные теории Были предположения о следующих характеристиках нанобактерий: Они имеют исключительно малый («недопустимый для прокариот») размер клеток, сопоставимый с размером мельчайших вирусов; Не содержат средств репликации ДНК, а нуклеиновые кислоты выделить не удалосьсм. Бактерии из ме́ла ; Скорость роста нанобактерий исключительно низкая — примерно в 10 000 раз меньше, чем скорость роста бактерий; Метаболизм нанобактерий, по-видимому, сильно отличается от метаболизма других организмов и тесно связан с процессами биоминерализации.
Для объяснения наблюдаемых особенностей нанобактерий финские исследователи Каяндер, Бьёрклунд и Чифтчиоглу предложили следующую теорию: Нанобактерии не синтезируют собственные аминокислоты (и, возможно, нуклеотиды), а используют уже готовые, полученные из окружающей среды, таким образом являясьгетеротрофами, хотя это утверждение будет не вполне верным, в силу их своеобразной природы. Нанобактерии не синтезируют жирные кислоты, а используют уже готовые. В случае нехватки экзогенных жирных кислот мембранные липиды частично заменяются фосфатом кальция; У нанобактерий отсутствуют энергоёмкие системы активного транспорта, характерные для про- и эукариотических клеток. Транспорт веществ в клетку и из клетки осуществляются за счёт диффузии и броуновского движения, чему способствуют ультрамикроскопические размеры клетки; Концентрация растворённых веществ и, следовательно, осмотическое давление внутри нанобактерий не отличается от окружающей среды. В связи с этим нанобактериям не требуются энергозатратные системы поддержания внутриклеточного гомеостаза.
Сведения о нанобактериях Главный элемент нанобактерий — апатит, но эти частицы также составлены из других неопознанных составов. Нанобактерии вызывают иммунный ответ у мышей. Существуют сведения, что в нанобактериях присутствует белок фетуин (мощный ингибитор скелетного отвердения и формирования апатита), на который и происходит иммунный ответ организма с выработкой антител (анти-фетуин). Было также показано, что нанобактерии саморазмножаются при наличии витаминов, а без них рост прекращается.
Другими исследователями показано, что нанобактерии вступают в связь с рядом других белков — альбумином, аполипопротеинами. Было также показано, что формирование нанобактерий связано с процессом кальцификации.
Рост подобных «биоморфных» неорганических преципитатов изучен в публикации в журнале Science, в которой показано образование похожих на живые организмы преципитатов витерита путём кристаллизации из растворов хлорида бария и силикатов. Как отмечают авторы данного исследования, поразительная схожесть данных преципитатов с предполагаемыми нанобактериями говорит о том, что исследователи не должны полагаться лишь на морфологию как на доказательство наличия жизни у исследуемых объектов.
Нанобактерии — не живые организмы Было показано, что нанобактерии не являются живыми организмами, и наблюдаемые явления связаны с кристаллизацией гидроксифосфатов кальция (апатита), при этом молекулы апатита являются центром кристаллизации, с чем связаны наблюдаемый «рост» и «размножение» кристаллов гидроксиапатита (также как и «пересев» на свежую среду). Ранние заявления о секвенированных последовательностях 16S рРНК «нанобактерий» связаны с контаминацией проб (нуклеотидная последовательность 16S рРНК «нанобактерий» неразличима с таковой у Phyllobacterium mysinacearum — бактерии, часто являющейся причиной контаминации проб в полимеразной цепной реакции), показано также и отсутствие нуклеиновых кислот и белка в «колониях нанобактерий», состоящих из кристаллов апатита. Сделано заключение, что описание таких видов, как Nanobacterium sanguineum и Nanobacterium sp., сделано по ошибке.
Причиной образования аморфных сферических частиц гидроксиапатита и карбоната кальция является наличие в сыворотке крови некоторых веществ, замедляющих кристаллизацию гидроксиапатита и карбоната кальция, что приводит к осаждению соединений кальция в виде сферических аморфных частиц, напоминающих бактерии. Наличие же «антигенов» у нанобактерий связано с преципитацией альбумина на поверхности аморфных частиц соединений кальция.
Нанобактерии и влияние на здоровье организма Ряд учёных признаёт, что «нанобактерии» могут играть роль в здоровье организма. Так, например, признаётся, что подобные им частицы, произведённые посредством естественного процесса, участвуют в кальциевом обмене в организме человека. Но ещё слишком рано говорить, как выясненное явление «нанобактеризации» может использоваться в терапевтических подходах.
Нанобактерии и возникновение жизни Изменяя состав среды, можно изменять конституцию комплексов из наночастиц и возможно спроектировать нанобактериоподобные частицы по любому предписанному составу. Используя этот процесс, учёные создали комплексы, которые названы бионами (bions). Бионы могут подражать биологическим формам и кажутся живыми. Понимание того, как образовывались мелкие частицы из минералов в комплексе с органическими молекулами, может пролить свет на появление жизни на Земле миллиарды лет назад.
См. также
Mycoplasma genitalium, Candidatus Pelagibacter ubique Мегавирус Наноархеоты Прионы Протобионты Нанобы
Примечания
Ссылки «The Rise and Fall of Nanobacteria», Young and Martel, Scientific American, January 2010
Фильмография «Инопланетяне из подземного мира» () — научно-популярный фильм, снятый Sonya Pembertoni, Tattooed Medua Production и Da Vinci в 2002 г.
Категория:Микробиология Категория:Неакадемические направления исследований в биологии Категория:Нерешённые проблемы биологии