Drosmīga jaunā baktēriju pasaule

Neraugoties uz 300 gadu ilgo skatīšanos caur mikroskopiem, baktēriju audzēšanu kultūrā un augsnes, gaisa un ūdens skrīningu jaunu mikrobu sugu noteikšanai, zinātnieki ir nepārprotami ignorējuši lielu daļu dzīvības uz zemes. Pateicoties spēcīgiem jauniem pētniecības instrumentiem, bakteriologi atklāj, ka dzīvā pasaule pēkšņi ir daudz lielāka un sarežģītāka, nekā viņi bija iedomājušies pat pirms desmit gadiem. Atklājums, iespējams, ir līdzīgs nīderlandiešu mikroskopista Antonija van Lēvenhuka pirmajam acu skatienam uz mikrobiem — viņš tos nosauca par dzīvnieku šūnām, kas kūleņo zem viņa neapstrādātajām stikla lēcām.

Tā kā baktērijas būtībā nebija nosakāmas, ja vien tās nevarēja audzēt kultūrā, lielākā daļa sugu, kas pastāv grūti reproducējamās vidēs, savā ziņā ir bijušas ierobežotas. Iedomājieties, ja visa mūsu izpratne par bioloģiju būtu balstīta uz zoodārzu apmeklējumiem, saka Normans R. Peiss, Kalifornijas Universitātes Bērklijā biologs. Tas ir līdzīgi mūsu situācijai attiecībā uz izpratni par mikrobu pasauli.

Šis stāsts bija daļa no mūsu 1997. gada aprīļa numura

• Skatiet pārējo izdevuma daļu
• Abonēt

Kalifornijas Tehnoloģiju institūta Bioloģijas nodaļas vadītājs Melvins Saimons lēš, ka aptuveni 99 procentus no tur esošajām baktērijām vēl nevar izaudzēt laboratorijas kultivēšanas traukos. Tas ir tāpēc, ka zinātnieki bieži nevar noteikt precīzu apstākļu, tostarp skābekļa, temperatūras un gaismas, kombināciju, kas mikrobiem nepieciešama, un tāpēc, ka ir grūti simulēt šīs prasības vienlaikus, lai padarītu tos laimīgus. Formāli ir aprakstītas aptuveni 6000 mikroorganismu sugu. Un līdz šim, viņš saka, pārējie mums palikuši neredzami.

Galvenais, lai gūtu pirmo ieskatu šajā jaunajā pasaulē, bija iemācīties izolēt, pastiprināt un pētīt organisma ģenētisko materiālu tieši no vides, neaudzējot pašu organismu. Izmantojot molekulāros instrumentus, kas selektīvi izdala baktērijas ļoti specifiskos gēnus no DNS buljona, zinātnieki tagad var ātri identificēt jaunus organismus, izpētīt to īpašības un noteikt to radniecību ar jau zināmiem organismiem.

Ievērojama starp jaunajiem molekulārajiem instrumentiem ir gēnu pastiprināšanas tehnika, ko sauc par PCR, polimerāzes ķēdes reakciju. PCR ļauj izolēt un bezgalīgi kopēt konkrētus gēnus, tāpēc pietiekami daudz kļūst pieejams detalizētai izpētei, piemēram, gēna DNS secībai. Un mikrobu identitāti var redzēt secībā – patiesībā secību atšķirībās no viena organisma uz otru.

Kopā ar PCR jaunie rīki ietver ātrās sekvencēšanas tehnoloģiju, ātru gēnu secības datu datorapstrādi un arvien precīzāku elektroforēzes tehnoloģiju, kas elektriski atdala gēnus gēlā vai šķidrumā atbilstoši izmēram.

Viens no galvenajiem šāda darba analītiskajiem mērķiem ir visuresošā RNS (ribonukleīnskābe) ribosomās, mazos noapaļotajos ķermeņos, ko dzīvās šūnas izmanto kā proteīnu veidošanas ierīces. Visām šūnām ir ribosomas, un, tā kā tajās esošā RNS dažādās sugās nedaudz atšķiras, tā kalpo kā uzticams marķieris - molekulārā suņa zīme, ko var izmantot katra jauna mikroba identificēšanai, klasificēšanai un analīzei.

Pārsteidzošais atklājums ir tāds, ka visur, kur pētnieki izmanto šīs jaunās metodes, viņi saskaras ar dīvainām jaunām baktērijām, kuru pārpilnībā un daudzveidībā neviens īsti nebija paredzējis. Piemēram, kā Woods Hole okeanogrāfijas institūta Masačūsetsā asociētais zinātnieks Pols Danlaps skaidro Woods Hole publikācijā Oceanus, jūras mikrobu dzīvība ir tik neticami bagāta, ka dažos gadījumos organismi sastopami ārkārtīgi lielā skaitā, līdz pat aptuveni 100. miljardu uz mililitru jūras ūdens. Faktiski jūrā dzīvojošie organismi, kuru diametrs ir mazāks par 2 mikroniem, ir tik daudz, ka tie veido 95 procentus no visu pasaules okeānu dzīvības formu masas.

Nogulumiežu augsnēs, pat senajās dubļos, kas nogulsnētas dziļjūras dibenā, arī ir ļoti dzīvs ar mikroorganismiem. Piemēram, nesen veiktas urbšanas Japānas jūras grīdā izveda paraugus no nogulumu slāņiem, kas aprakti 500 metru dziļumā un katrā augsnes gramā saturēja miljoniem organismu.

Jaunas sfēras

Rezultāti liecina, ka pat niecīgs ūdens malks vai neliels augsnes paraugs satur pietiekami daudz baktēriju — vairums no tām iepriekš nebija zināmas —, lai pētnieku grupas būtu aizņemtas gadiem ilgi. Saimons atzīmē, ka ir jauni gēni, jauni fermenti un jaunas funkcijas, par kurām mēs neko nezinām, un dati uzkrājas pārāk ātri, lai tos varētu detalizēti analizēt. Viņiem (mikrobiem) ir pat daži dažādu veidu šūnu membrānas, kas liecina, ka ir jāizpēta pilnīgi jaunas bioloģijas jomas.

Tā kā katram organismam ir savi gēni, raksturīga bioķīmija, struktūra un uzvedība, rūpnieciskais potenciāls ir milzīgs. Katrai sugai ir no 1000 līdz 5000 gēnu, un lielākoties to bioķīmiskās īpašības joprojām nav zināmas. Tāpēc ir iespējams, ka tiks atklāti jauni fermenti, pārtika, zāles, ķīmiskas vielas, materiāli un procesi. Baktērijas, kas var dzīvot, piemēram, karsto avotu naidīgajā vidē, ir radījušas īpašus fermentus, kas lieliski darbojas augstā temperatūrā, ko varētu izmantot ķīmiskajā apstrādē. Arī Pece saka, ka daži mikroorganismi veido vielas, kas pielīp virsmām ūdenī, kas gandrīz verdošs, un tas varētu būt vērtīgi noteiktās ražošanas darbībās.

Saimons norāda, ka evolūcijas izteiksmē nav jābrīnās, ka pastāv tik daudz dažādu baktēriju veidu, pat vietās, kur tās kādreiz šķita maz ticamas. Galu galā 3 miljardus gadu pasauli apdzīvoja baktērijas un, iespējams, ļoti maz citu. Tātad šiem vienšūnu organismiem ir bijis daudz vairāk laika attīstīties nekā vairumam citu radījumu uz Zemes.

paslēpties