Коллектив Авторов - Цифровой журнал «Компьютерра» № 24

- А какие именно следы прошлого можно найти?

- Все, что написано в ДНК. Естественно, в ней могли происходить и мутационные процессы. Ещё необычно то, что бактерии могут достаточно долго находиться в состоянии анабиоза. Условия вечной мерзлоты, которая по разным данным занимает от 60 до 70% нашей территории — идеальны для сохранности клеток. Мы предполагаем, что в ледниках бактерии не делятся, и находятся в анабиозе. В результате они могут остановить свои часы на долгое время. Если предположить, что они не метаболизируют, то возраст у них становится значительно меньше. Когда мы говорим «древняя бактерия», мы берем понятие в кавычки, потому что они всё равно живут, хотя и в «спящем» состоянии.

Мы возвращаем их обратно и хотим понять, как долго они могут находиться в этом состоянии без видимых изменений, и как их свойства можно использовать с пользой для человека? Ведь самые внушительные рекорды долголетия поставлены как раз микробами. Наши теоретические выкладки показывают, что бактерии могут жить в идеальных состояниях (учитывая и мутационные, и температурные сдвижки) максимум миллион лет, в течение которого их ДНК должны быть разрушены. Но в разных местах появляются удивительные сообщения о том, что учёные обнаруживают бактерии в янтаре, возраст которого 25-60 миллионов лет! Но долгожители-рекордсмены находятся в солевых кристаллах, им может быть даже около 250 миллионов лет.

Вроде бы, они не должны жить, но почему-то живут. Почему так происходит, мы не знаем, и пытаемся понять. Наши исследования проходят не только внутри лабораторий института, возглавляемого академиком Валентином Власовым, но и совместно с представителями других научных учреждений, вместе с которыми мы пытаемся ответить на вопрос, почему бактерии способны так долго проживать без видимого деления? Почему мы говорим «без деления»? Потому что когда мы смотрим на вкрапления во льду Мамонтовой горы и других мест — видим, что эти клетки не делятся, они единичные. Почему сохранились именно эти бактерии (эти виды бактерий), мы тоже не знаем. Температуры в вечной мерзлоте не слишком низкие: -2, — 8 ˚С. Это позволяет клеткам находиться в не замороженном состоянии, а поделиться они не могут хотя бы потому, что им не хватает для этого пространства.

-А почему они в ледниках сохранились, а в нашей среде в свое время погибли?

- А это неизвестно. Когда начали выделять и изолировать микроорганизмы из янтаря, из солей, оказалось, что они не сильно отличаются от современных. Это уже связано с эволюцией самих бактерий, потому что бактерии, имея состояние анабиоза, не обязательно вымирают. Изменились условия, и какая-то их часть осталась, и они находятся в этих нишах, не размножаясь. А если условия изменятся ещё раз, например, их зальёт водой, они станут снова размножаться. Интересна и необычна эволюция бактерий. Геном у них очень компактный. Предположим, у бактерии есть тысяча генов, казалось бы, ей ещё бы набрать, чтобы стать более приспособленной. Но есть два процесса. С одной стороны, они берут чужие гены, путем обмена ДНК, но одновременно происходит и процесс изымания генов.

- Владимир Евгеньевич, Вы говорите, что древние и современные бактерии очень похожи, зачем же тогда искать первые?

- Те уже выжили, и мы не знаем, благодаря каким свойствам. То ли у них репарация сильно развита, то ли избыточный геном... Последовательность хромосомной ДНК Bacillus F секвенирована несколько дней назад, насколько сильно она отличается (или не отличается) от современных сородичей, предстоит расшифровать. Удобный метод изучения — 16 S РНК, но он давно уже не выдерживает критики. Он заключается в идентификации таксонов по последовательности 16 S РНК. Это такой участок генома, консервативный, он есть практически у всех, оказалось, что по этим буквам можно определить, к какому роду и виду относится изучаемый объект.

- Почему он тогда не выдерживает критики?

- В некоторых бактериях 16 S РНК — это не один ген, а несколько. Если мы секвенируем один участок 16 S, второй может отличаться от других и даже может быть взят вообще от бактерии другого вида. У бактерии (за небольшим исключением) нет полового процесса в традиционном смысле, у них есть так называемый горизонтальный перенос генов, это значит, что бактерии необычайно много меняются наборами генов, этот целенаправленный процесс позволяет им выжить в изменяющихся условиях. Они делятся генами не только между бактериями самых отдаленных родов, а также могут брать ДНК и у архей, это другое царство, и у эукариотов. Процент чужеродного в каждой бактерии достигает до 20 и иногда больше. Они очень часто обмениваются генами, и эти участки позволяют им долго существовать. Могу привести любопытный пример. Некоторые растения растут при температуре 55˚С, а при низких температурах вымирают. В клубнях таких растений живут термофильные бактерии. Может быть, именно они обуславливают возможность жизни при высоких температурах.

- Какие свойства ожидается найти у этих бактерий?

- Главное — мы хотим узнать, почему они так долго живут, и использовать это знание для медицины. Возможно, удастся увеличить продолжительность жизни, но не просто продлить жизнь, а повысить её качество. Это же ужасно, когда люди долго живут и сильно мучаются от всевозможных болезней. А эксперименты показали, что не только жизнь мышей, которым ввели Bacillus F, видимо, продлилась, но и увеличились активность животных. Поведенческие реакции, сексуальная активность у старых подопытных восстанавливается.

- И защитные функции.

- Да, а почему, мы не знаем. Сейчас наши коллеги Анатолий Викторович Брушков и Геннадий Иванович Грива в Каролинском институте в Швеции, там полностью секвенирован геном, и надо будет посмотреть, чем же он отличается от уже известных нам. Установить и объяснить сходство и различие бактерий между собой — само по себе является нетривиальной научной задачей. Например, был обнаружен удивительный и необъясненный факт — в замороженном мозгу мамонта нашлось семь типов бактерий, которые очень между собой похожи, такое ощущение, что из одной бактерии взяли гены и переставили в другую. Идентифицируешь их по 16 S РНК, анализ показывает, что это псевдомонада, а смотришь по другим биохимическим признаком, она сильно отличается от псевдомонады, но именно свойствами, которые присущи другой бактерии, которая выделилась из того же мозга.

- Перемешались?

- Да, и это очень необычно. Но в микробиологии есть и, казалось бы, незыблемые факты, которые опровергаются впоследствии наукой. Например, считалось, что споры бывают только у грамположительных бактерий. Причём, за спорообразование отвечает не меньше 20 генов, а наши последние исследования показывают, что споры могут образовываться и у грамотрицательных бактерий. Это значит, что гены каким-то образом переместились в другой организм. Наши президент и премьер-министр говорят о том, что надо коммерциализировать науку, и с нашей бактерией это как раз возможно, потому что она обладает востребованными для этого свойствами. Но, конечно, надо разобраться, в чем дело. Потому что если внедрять её в медицину без предварительных исследований, это может плохо кончиться. Мы каким-то образом пытаемся это сделать. Думаю, это удастся, ведь есть примеры, когда бактерия использовалась для пользы человека, пробиотики, например, активно применяются, это кисломолочные продукты для поддержания и увеличения иммунитета и для борьбы с патогенными микробами.