Новости

Жизнь можно охарактеризовать, в частности, по способности организмов двигаться.     Недавно стало известно, что подавляющее большинство всех живых организмов на Земле совершают движения в нанометрическом масштабе. Эти наблюдения стали возможны благодаря использованию атомно-силовых микроскопов (АСМ), поскольку они являются очень чувствительными детекторами смещений и могут обнаруживать смещения вплоть до 0,1 Å. Этот прибор впервые показал, что клеточные нанодвижения длятся до тех пор, пока организм жив, и прекращаются после его смерти.    Открытие клеточных нанодвижений позволяет разработать экспресс-тесты на чувствительность к антибиотикам, противогрибковым и антимитотическим препаратам без меток. Методика заключается в прикреплении клеток к АСМ-консоли, воздействии на них различными антимикробными, противогрибковыми или антимитотическими препаратами и наблюдении за колебаниями консоли с течением времени. Клеточная наномоторика не только показывает состояние жизни или смерти микроорганизмов, но и дает представление об их метаболизме и, в некоторых случаях, вирулентности.    Клеточные нанодвижения можно обнаружить и другими методами, например с помощью нанобарабанов, плазмонных изображений, фазового шума резонансного кристалла, микроскопии полного внутреннего отражения (TIRM), спектроскопии внутреннего фазового сдвига или базового оптического микроскопа. Оптическое обнаружение нанодвижений (ONMD) - это метод, использующий классический оптический микроскоп, оснащенный видеокамерой, для измерения наноразмерных колебаний или вибраций клеток.    Клеточные нанодвижения - это новая область исследований, которая, как ожидается, позволит получить новые интересные фундаментальные биологические знания о клетках. В данном обзоре представлены последние достижения в области АСМ-консолей и оптического обнаружения клеточных нанодвижений. В исследованиях клеточных нанодвижений изучались бактерии, митохондрии, дрожжи и клетки млекопитающих. Кроме того, был представлен новый алгоритм обработки данных ONMD.    Плескова и др. использовали АСМ для изучения наномоторики различных клинических штаммов подвижных и неподвижных бактерий. Они выявили различия в наномоторике между разными бактериями. Флагеллярные бактерии (Escherichia coli, Proteus mirabilis) демонстрировали большие нанодвижения, чем нефлагеллярные (Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae). При размещении нейтрофильных гранулоцитов на AСM-консолях наблюдалось значительное увеличение нанодвижений при фагоцитозе.    Girasole et al. также использовали АСМ для изучения человеческих эритроцитов пациентов с фавизмом - генетическим дефектом эритроцитов, который влияет на их способность реагировать на окислительный стресс, а также определяет различия в метаболических и структурных характеристиках клеток. Они показали, что эритроциты пациентов с фавизмом демонстрируют более длительную наномоторную активность к принудительной активации синтеза АТФ по сравнению со здоровыми клетками. Они также подчеркнули, что клетки больных фавизмом демонстрируют большую устойчивость к повреждениям, связанным со старением.    Стародубцева и др. использовали ONMD для оценки влияния рентгеновского излучения на условно-патогенные грибки Candida albicans и их чувствительность к противогрибковым препаратам. Они продемонстрировали, что воздействие рентгеновского излучения и излучения в сочетании с противогрибковым препаратом флуконазолом нарушает низкочастотные нанодвижения. Было установлено, что скорость нанодвижений зависит от фазы клеточного цикла, поглощенной дозы излучения, концентрации флуконазола и продолжительности периода после облучения.    Parmar et al. продемонстрировали, что субклеточные органеллы, такие как митохондрии, также могут быть обнаружены с помощью базового оптического микроскопа. Исследование включало в себя мониторинг OMND митохондрий, подвергшихся воздействию митохондриальных токсинов, промежуточных продуктов цикла лимонной кислоты, а также продуктов диетической и бактериальной ферментации (короткоцепочечных жирных кислот) в различных дозах и в течение различных периодов времени. Исследование показало, что мониторинг ONMD в митохондриях имеет ряд преимуществ по сравнению с классическими методами, поскольку он является быстрым, обладает чувствительностью на уровне одной органеллы, а также не содержит меток.    Villalba et al. представили новый алгоритм для обработки данных ONMD. Метод был применен к подвижным (E. coli), неподвижным (S. aureus), быстро- (E. coli) и медленно растущим (Mycobacterium smegmatis) бактериям, а также к различным дрожжам (C. albicans, Saccharomyces cerevisiae). Метод позволяет анализировать целую популяцию микроорганизмов без отслеживания отдельных клеток. Это позволило ускорить процедуру обработки данных и снизить сложность алгоритма их обработки.    Первоначальные приложения исследований клеточных нанодвижений были направлены на изучение переходов "жизнь-смерть", то есть на разработку быстрых тестов на чувствительность к антибиотикам и противогрибковым препаратам. В двух работах подчеркивается, что исследования клеточных нанодвижений могут быть расширены для оценки влияния радиации, а обработка данных о переходах "жизнь - смерть" может быть значительно упрощена с помощью нового алгоритма обнаружения нанодвижений. Три работы расширили анализ нанодвижений для обнаружения метаболических изменений, происходящих в эритроцитах, нейтрофилах и митохондриях. Исследование митохондрий показывает, что ONMD можно использовать и для мониторинга отдельных, изолированных органелл. Эти исследования открывают путь к использованию обнаружения нанодвижений в качестве безметочного, быстрого и простого инструмента диагностики.

Удивительная бактерия Ruminococcus bromii, обитающая в кишечнике человека, входит в десятку наиболее распространенных видов бактерий, встречающихся в толстой кишке.    Эта бактерия, впервые обнаруженная в 1972 году, играет уникальную роль в расщеплении крахмала. Крахмалы одни из самых распространенных углеводов в нашем рационе, которые содержатся в таких продуктах, как зерно, фасоль, чечевица и,например, зеленые бананы. Без усердной работы R.bromii другие клетки и виды бактерий в нашем кишечнике могли бы не иметь энергии, необходимой для их функционирования.    Существует множество различных видов Ruminococcus. Каждый из них отлично справляется с расщеплением различных сложных углеводов, в основном благодаря своим специализированным ферментным системам, которые позволяют им извлекать энергию из пищевых волокон. Например, Ruminococcus flavefaciens, который обычно встречается у крупного рогатого скота, коз и овец, особенно хорошо разлагает целлюлозу (основной компонент клеточных стенок растений). В человеческом кишечнике Ruminococcus bromii - это вид бактерий, которые действуют как специализированные разлагатели крахмала.    Когда R.bromii расщепляет крахмал в толстой кишке, образуются короткоцепочечные жирные кислоты. Существует три основных типа короткоцепочечных жирных кислот: ацетат, пропионат и бутират. Все они играют разную роль в нашем здоровье. Бутират, например, является основным источником энергии для клеток, выстилающих толстую кишку.    Исследование, проведенное учеными Абердинского университета, показало, что R.bromii лучше всего реагирует на диету с высоким содержанием стойкого крахмала. Такое реагирование наступает быстро, в течение нескольких дней после смены рациона. Количество R.bromii заметно увеличивается и это явление также быстро исчезает при переходе на другую диету, например, низкоуглеводную. Концентрация R.bomii в кишечнике у разных людей разная. Так, у небольшого числа участников одного эксперимента уровень R.bomii был изначально очень низким. Но даже когда их перевели на диету с высоким содержанием крахмала, популяция R.bromii в их кишечнике не изменилась. Эти добровольцы не смогли полностью расщепить съеденный ими крахмал, большая часть которого осталась в их стуле.    Это убедительно доказывает, что Ruminococcus bromii играет центральную роль в расщеплении крахмала до побочных продуктов, таких как глюкоза и ацетат, которые могут быть использованы другими бактериями для роста. Например, ацетат может использоваться для образования бутирата. Скорее всего люди с низким уровнем R.bromii не могут эффективно расщеплять крахмал и вырабатывают меньше полезных короткоцепочечных жирных кислот.    Удивительная способность Ruminococcus bromii расщеплять крахмал определяется ферментными системами клетки. R.bromii обладает примерно 27 ферментами, расщепляющими углеводы. Бактерии организуют эти ферменты в специализированные структуры, называемые амилосомами, на поверхности клетки. Эти структуры расщепляют сложный крахмал на более простые сахара (например, глюкозу), которые бактерия может использовать для роста. Для процветания R.bromii также необходимы витамины, поставляемые другими видами кишечных бактерий.    В процессе ферментации бактериями крахмала образуются также кислоты, такие как ацетат и формиат и спирты (этанол). Кислоты, образующиеся в процессе брожения, могут быть использованы для питания других видов бактерий. Например, формиат может быть использован бактериями вида Blautia для образования ацетата. Он, в свою очередь, используется для питания бактерий вида Faecalibacterium, которые образуют бутират. Бутират не только обеспечивает энергией клетки, выстилающие толстую кишку, но и снижает количество патогенных микроорганизмов в кишечнике, помогая поддержать иммунную систему и уменьшить воспаление.    Хотя мы мало задумываемся о том, что происходит с крахмалистыми углеводами, которые мы едим, вы можете быть уверены, что Ruminococcus bromii усердно работает в вашем кишечнике, используя эти продукты для питания других важных кишечных бактерий с помощью образуемых им молекул, которые затем используются для образования ряда других побочных продуктов (например, бутирата), что способствует поддержанию здоровья толстой кишки и даже предотвращает такие заболевания, как рак.