Микробиолог сочетает науку и искусство, чтобы оживить биопленки. Его работы, представленные в музеях и книгах, восхищают ученых и любопытные умы.
Скотт Чимилески изучает микробные биопленки в Морской биологической лаборатории США, исследуя их сложное взаимодействие и структурную организацию. Его первое знакомство с биопленками началось во время учебы в аспирантуре Университета Коннектикута, где он использовал конфокальную микроскопию для получения изображений биопленок галофильных архей, которые относительно мало изучены. «Именно тогда я по-настоящему осознал красоту биопленок и их визуальные аспекты», - поделился он. Интерес к фотографии дополнял его научные занятия, и эти два увлечения полностью слились во время его постдокторской работы в лаборатории Роберто Колтера в Гарвардской медицинской школе. Колтер, энтузиаст художественных аспектов науки, поощрял Чимилески развивать это увлечение. «Эти два направления полностью и необратимо переплелись», - добавляет Чимилески.
С тех пор Чимилески запечатлел сложные структуры сотен бактериальных биопленок в микроскопическом и макроскопическом масштабах. Используя специальную камеру, он создал подробные таймлапс-видео роста колоний, а электронная микроскопия позволила ему изучить клеточные взаимодействия на микронном уровне. Результатом этой работы стала богатая коллекция подробных снимков. В его обширном портфолио представлены бактерии с уникальными особенностями и с помощью фотографии он делится красотой и сложностью микробов как с учеными, так и с общественностью.
Страсть Чимилески к распространению научных знаний привела к созданию интерактивной выставки «Микробная жизнь: Вселенная на краю зрения», которую он курировал совместно с Колтером. Выставка, проходившая с 2018 по 2022 год в Гарвардском музее естественной истории, приглашала посетителей музея - как ученых, так и любопытных зрителей - погрузиться в мир микробов, встречающихся в повседневной жизни и естественной среде. Посетители знакомились со станцией демонстрационной микроскопии с вращающимся набором образцов. «Я много общался с публикой», - говорит Чимилески. «Живая демонстрационная станция давала нам возможность постоянно представлять новые темы и предметы. Это был постоянный источник новой информации».
В другом экспонате Чимилески закрепил на стене четыре больших чашки Петри, в каждой из которых были представлены различные живые колонии бактерий. «Внутри этих чашек Петри происходил настоящий рост и эволюция микроорганизмов», - говорит Чимилески. «Вы могли видеть, как на краю колоний появляются мутанты и быстрее распространяются». Например, можно было наблюдать, как у белой колонии Streptomyces постепенно появляется насыщенный ореол синего цвета - антибиотика под названием актиноргодин. «Вы видите естественный пигмент, вырабатываемый бактериями, и производство антибиотика», - пояснил он. «Это важно, потому что половина антибиотиков, используемых в клинических целях, происходит от этих почвенных бактерий».
Streptomyces, обитающая в почве бактерия, может производить ореол голубого антибиотика актиноргодина. Фото: Scott Chimileski, Marine Biological Laboratory.
Параллельно с выставкой Чимилески и Колтер в соавторстве написали книгу "Жизнь на краю зрения: фотографическое исследование микробного мира". В этой книге собрана коллекция лабораторных снимков Чимилески, а также рассматривается роль микробов в истории Земли и жизни людей. «Одна из главных тем книги посвящена макроскопической стороне микробов», - пояснил он. «Хотя микробы микроскопических размеров, они проявляют себя макроскопически в самых разных формах, от биопленок до цветения кокколитофоров». Чимилески путешествовал по микробиологическим объектам по всей планете, называя эти места «мекками микробиологии». Он совершал походы в глубь Национального парка Капитолийский риф, чтобы найти строматолиты - окаменелости цианобактерий, и к Белым скалам Дувра в Великобритании, где меловые утесы состоят из скелетов водорослей, цветущих на кокколитофорах.
После завершения этих исследований Чимилески переключил свое внимание на изучение биопленок в микробиоме полости рта, таких как зубной налет. «Биопленки - это не просто аморфные скопления бактерий, различные виды в них локализованы относительно друг друга в виде повторяющихся узоров или структур», - пояснил он. Одна из таких структур, называемая «еж», включает в себя около 10 различных видов бактерий. Эти сообщества «ежей» открывают окно в сложную организацию микробной жизни.
В центре этих ежиных структур находится одна бактерия под названием Corynebacterium matruchotii, которая формирует центральный каркас. Чтобы изучить эти структуры, Чимилески культивировал бактерии вместе и использовал временную визуализацию для наблюдения за их взаимодействием. В одном из экспериментов в режиме реального времени он случайно наткнулся на уникальный способ деления C. matruchotii. «Она росла в виде длинной нити только на одном полюсе, то есть удлиняя кончик, что само по себе интересно. Достигнув определенной длины, клетка делится одновременно на 10 или более клеток, что называется множественным делением», - пояснил Чимилески. Он сравнил это с бинарным делением - хрестоматийной моделью деления бактерий, подчеркнув, что это уникальное поведение можно было бы не заметить при использовании традиционных методов флуоресцентной гибридизации in situ, которые требуют умерщвления клеток.
Чимилески планирует продолжать делать такие снимки, углубляясь в невидимое поведение микробных сообществ. В будущем он надеется продолжить свои проекты в области научной коммуникации, организуя выставки и, возможно, выпустив еще одну книгу в которой будут собраны новые открытия.
Колония Bacillus subtilis медленно разрастается по чашке Петри. Фото: Scott Chimileski, Marine Biological Laboratory.
