Новости

Крошечная трудолюбивая бактерия весом в одну триллионную долю грамма вскоре может оказать большое влияние на переработку редкоземельных элементов (РЗЭ) экологически чистым способом.    В новом исследовании ученые из Корнельского университета показывают, что генетическая инженерия этой бактерии может повысить эффективность очистки элементов, используемых в смартфонах, компьютерах, электромобилях и ветряных турбинах, и даже ускорить глобальные экономические цепочки поставок. Бактерия Vibrio natriegens предлагает экологически чистый метод - биосорбцию - для извлечения ценных и необходимых элементов вместо использования старых, загрязняющих окружающую среду, дорогостоящих методов с применением растворителей. Исследование "Многократные раунды случайного мутагенеза и отбора в Vibrio Natriegens в естественных условиях приводят к значительному увеличению связывающей способности РЗЭ" было опубликовано в журнале ACS Synthetic Biology.    "Традиционные термохимические методы разделения лантаноидов являются ужасными с экологической точки зрения", - пояснил соавтор работы Баз Барстоу, доцент кафедры биологической и экологической инженерии. "Эти элементы трудно очистить. Вот почему мы отправляем редкоземельные элементы за границу - как правило, в Китай - для их переработки". Авторы решили провести исследование по генной инженерии Vibrio natriegens, чтобы повысить его способность к биосорбции - или извлечению - редкоземельных элементов.    Исследователи изменили геном Vibrio natriegens с помощью плазмиды под названием MP6, которая вносит ошибки в геном, а затем проверили мутантов на повышенную биосорбцию редкоземельных элементов. "Учитывая легкость поиска значимых мутантов для биосорбции, эти результаты подчеркивают, как много генов, вероятно, способствуют биосорбции", - отметил Барстоу, - "а также силу случайного мутагенеза в выявлении интересующих генов и оптимизации биологической системы для выполнения задачи".    Редкоземельные элементы играют важнейшую роль в современном обществе. Они используются в компьютерах, батареях и технологиях чистой энергии. Vibrio natriegens и растущий набор бактериальных методов предлагают способ безопасной переработки. "Эта новая работа дает нам шанс опередить термохимические методы", - сказал Барстоу. "Мы можем создать эту и другие бактерии, а поскольку нам не нужно очищать белки, мы можем эксплуатировать такую систему гораздо дешевле, чем конкурирующие биологические процессы".    По словам Барстоу, например, у США нет опыта в термохимических методах переработки. "Для очистки редкоземельных элементов остались только конкурирующие "зеленые" методы", - сказал он. "Даже если бы мы хотели использовать термохимические методы, мы, вероятно, не смогли бы этого сделать. Мы больше не знаем, как это делается. Поэтому мы вынуждены искать инновационные пути решения этой проблемы".

Исследователи из Тюбингенского университета обнаружили новое антибиотическое вещество в человеческом носу, которое можно использовать против патогенных бактерий.     Молекула, получившая название эпифадин, вырабатывается определенными штаммами Staphylococcus epidermidis, которые обитают на слизистой оболочке внутренней стенки носа. Штаммы, продуцирующие эпифадин, также могут быть выделены с поверхности кожи. Эпифадин представляет собой новый, ранее неизвестный класс антимикробных соединений, убивающих микроорганизмы, и может быть использован в качестве исходной структуры для разработки новых антибиотиков. Исследование опубликовано в журнале Nature Microbiology.    Staphylococcus epidermidis естественным образом встречается в микробиомах кожи и слизистой оболочки носа почти всех людей. Предполагается, что недавно идентифицированный штамм вырабатывает эпифадин, чтобы выжить в борьбе с конкурирующими микроорганизмами. Эпифадин действует не только против бактерий, которые локально конкурируют со Staphylococcus epidermidis, он также эффективен против бактерий из других сред обитания, таких как кишечник и некоторых грибков. Исследователи обнаружили, что он особенно эффективен против Staphylococcus aureus, внутрибольничной инфекции, которая особенно опасна в резистентной к антибиотикам форме (MRSA).    В 2016 году та же рабочая группа под руководством Бернхарда Крисмера и профессора Стефани Гронд открыла неизвестное антибиотическое вещество с уникальной структурой - лугдунин. Эпифадин стал уже второй находкой такого рода, сделанной этой научной группой в микробиоме человека.    В экспериментах активное вещество эпифадина надежно убивало патогенный золотистый стафилококк, разрушая бактериальные клетки путем повреждения их клеточной мембраны. Химическая структура эпифадина крайне нестабильна, а само вещество действует лишь в течение нескольких часов, поэтому эпифадин оказывает преимущественно местное воздействие. Это снижает вероятность сопутствующего повреждения микробиома, что часто случается при лечении антибиотиками широкого спектра действия.    Для того чтобы выяснить, можно ли использовать эпифадин или его производные для терапии, необходимы дополнительные исследования. Например, эпифадин-продуцирующий Staphylococcus epidermidis может быть колонизирован на слизистой носа или на коже и тем самым подавлять рост таких патогенов, как Staphylococcus aureus. Это позволит предотвратить бактериальные инфекции, используя естественные средства, которые уже есть в нашем организме. Авторы обнаружили эпифадин еще 10 лет назад и первые попытки воспроизвести его биосинтез показали, что это исключительно необычная молекула. Потребовалось несколько лет попыток прежде чем удалось накопить и сохранить активное вещество таким образом, чтобы полностью выделить его в чистом виде.    Руководитель исследования Бернхард Крисмер вспоминает: "Данные, полученные в лаборатории, были чрезвычайно интересными, но их было трудно интерпретировать из-за нестабильности вещества. Несмотря на трудности, я решил, что стоит продолжить исследования. Упорство и стойкость к неудачам в конце концов привели нас к успеху". Он добавляет: "Разработка новых антибиотиков застопорилась на десятилетия. Но они нужны нам как никогда, потому что в последние годы мы наблюдаем стремительный рост числа мультирезистентных бактерий по всему миру. С этими инфекциями трудно справиться, а наши резервные антибиотики уже не дают такого сильного эффекта. Нам срочно нужны новые активные вещества и методы лечения".    Последующие исследования будут изучать действие активного вещества на основе его структуры. В данном случае скоропортящийся эпифадин затрудняет проведение всестороннего химического и биологического анализа. Поэтому для начала в лаборатории с помощью химического синтеза будут получены искусственные молекулы со схожей с эпифадином структурой и антимикробным действием, стабильные и удобные для работы.