Нанобактерии

Структуры, напоминающие нанобактерии[источник не указан 5208 дней], найденные в образцах марсианского метеорита ALH 84001

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[1].

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[2].

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 поверхностях[3], а затем такие структуры были найдены в организме человека и крови коровы[4].

Вид Nanobacterium sanguineum 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[5]. 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[6][7].

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.[источник не указан 3546 дней]

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[2].

Начальные теории

Были предположения о следующих характеристиках нанобактерий:

  1. Они имеют исключительно малый («запрещённый для прокариот») размер клеток, сопоставимый с размером мельчайших вирусов;
  2. Не содержат средств репликации ДНК, а нуклеиновые кислоты выделить не удалось[8];
  3. Скорость роста нанобактерий исключительно низкая — примерно в 10 000 раз меньше, чем скорость роста бактерий;
  4. 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:

  1. Нанобактерии не синтезируют собственные аминокислоты (и, возможно, нуклеотиды), а используют уже готовые, полученные из окружающей среды;
  2. Нанобактерии не синтезируют жирные кислоты, а используют уже готовые. В случае нехватки экзогенных жирных кислот мембранные липиды частично заменяются фосфатом кальция;
  3. 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;
  4. 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 — это 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[1].

Другими исследователями показано, что нанобактерии вступают в связь с рядом других белков — альбумином, аполипопротеинами[9]. Было также показано, что формирование нанобактерий связано с процессом кальцификации[10].

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[11].

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[12].

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[13].

Нанобактерии и влияние на здоровье организма

Ряд учёных признаёт, что «нанобактерии» могут играть роль в здоровье организма. Так, например, признаётся, что нанобактериоподобные 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[2].

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[2].

См. также

Примечания

  1. ↑ 1 2 Raoult D, Nanobacteria are mineralo fetuin complexes, France, 2008
  2. ↑ 1 2 3 4 «The Rise and Fall of Nanobacteria», Young and Martel, Scientific American, January 2010
  3. ↑ Folk RL. SEM imaging of bacteria and nannobacteria in carbonate sediments and rocks. J Sediment Petrol. 1993;63:990
  4. ↑ Akerman KK, Kuronen I, Kajander EO. Scanning electron microscopy of nanobacteria-novel biofilm producing organisms in blood. Scanning. 1993;15:90-91.
  5. ↑ Kajander E., Ciftçioglu N. Nanobacteria: an alternative mechanism for pathogenic intra- and extracellular calcification and stone formation (англ.) // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America : journal. — 1998. — Vol. 95, no. 14. — P. 8274—8279. — doi:10.1073/pnas.95.14.8274. — PMID 9653177. — PMC 20966. Архивировано 13 мая 2008 года.
  6. ↑ Miller V., Rodgers G., Charlesworth J., Kirkland B., Severson S., Rasmussen T., Yagubyan M., Rodgers J., Cockerill F., Folk R., Rzewuska-Lech E., Kumar V., Farell-Baril G., Lieske J. Evidence of nanobacterial-like structures in calcified human arteries and cardiac valves (англ.) // American Physiological Society[англ.] : journal. — 2004. — Vol. 287, no. 3. — P. H1115—24. — doi:10.1152/ajpheart.00075.2004. — PMID 15142839. Архивировано 28 ноября 2010 года.
  7. ↑ Kumar V., Farell G., Yu S., et al. Cell biology of pathologic renal calcification: contribution of crystal transcytosis, cell-mediated calcification, and nanoparticles (англ.) // J. Investig. Med.[англ.] : journal. — 2006. — November (vol. 54, no. 7). — P. 412—424. — doi:10.2310/6650.2006.06021. — PMID 17169263.
  8. ↑ см. Бактерии из ме́ла Архивная копия от 21 сентября 2013 на Wayback Machine
  9. ↑ John D. Young, Putative Nanobacteria Represent Physiological Remnants and Culture By-Products of Normal Calcium Homeostasis, 2009
  10. ↑ Kajander EO, Ciftçioglu N., Nanobacteria: an alternative mechanism for pathogenic intra- and extracellular calcification and stone formation, 1998. Дата обращения: 3 октября 2017. Архивировано 11 сентября 2015 года.
  11. ↑ García-Ruiz J. M., Melero-García E., Hyde S. T. Morphogenesis of self-assembled nanocrystalline materials of barium carbonate and silica (англ.) // Science : journal. — 2009. — January (vol. 323, no. 5912). — P. 362—365. — doi:10.1126/science.1165349. — PMID 19150841. Архивировано 1 марта 2012 года.
  12. ↑ John O. Cisar, De-Qi Xu, John Thompson, William Swaim, Lan Hu, and Dennis J. Kopecko. An alternative interpretation of nanobacteria-induced biomineralization (англ.) // Proceedings of the National Academy of Sciences. — National Academy of Sciences, 2000. — Vol. 97, no. 21. — P. 11511—11515. Архивировано 18 сентября 2011 года.
  13. ↑ Jan Martel and John Ding-E Young. Purported nanobacteria in human blood as calcium carbonate nanoparticles (англ.) // Proceedings of the National Academy of Sciences. — National Academy of Sciences, 2008. — Vol. 105, no. 14. — P. 5549—5554. Архивировано 18 сентября 2011 года.

Ссылки

Фильмография

  • «Инопланетяне из подземного мира» (англ. Alien Underworld) — научно-популярный фильм, снятый Sonya Pembertoni, Tattooed Medua Production и Da Vinci в 2002 г.