Бактерии могут целенаправленно плыть к крупным полимерам, показал микрофлюидный чип
Исследователи из ETH Zurich под руководством профессора Романа Стокера и Эстель Клерк с помощью нового микрофлюидного чипа доказали, что бактерии не только распознают мелкие молекулы пищи, но и активно плывут навстречу крупным, сложным полимерам. Стартап уже использует эти открытия для поиска в окружающей среде микробов, способных разлагать загрязнители.
Опровержение устоявшихся взглядов
Ранее считалось, что бактерии ориентируются только на высокодиффундирующие, легкоусвояемые вещества, например, простые сахара, и «слепы» к сложным полимерам. Однако работа группы Стокера из Департамента гражданского, экологического и геоматического инжиниринга (D-BAUG) опровергла это.
Используя микрофлюидный чип (пластину размером с банковскую карту с микрокамерами), разработанный совместно с коллегами из UTS Sydney, учёные во время полевых работ в норвежском фьорде Раунефьорд показали, что бактериальные сообщества следуют по градиенту концентрации ламинарина и других сложных полисахаридов.
Ламинарин, содержащийся в микроскопических бурых водорослях, составляет до четверти углерода, связываемого в океанах в процессе фотосинтеза, и является одним из важнейших источников пищи для морских бактерий. Результаты исследования опубликованы в Nature Communications.
Последствия для климатических моделей и новые идеи
Тот факт, что морские микробы могут активно двигаться к сложным молекулам для их разложения, до сих пор не учитывался в моделях глобальных углеродных потоков. По словам Эстель Клерк, это может повлиять на будущие климатические расчёты.
Это открытие натолкнуло на мысль: возможно, бактерии распознают и другие сложные, плохо разлагаемые вещества. Тестируя эту теорию в разных локациях (например, в Цюрихском озере или в резервуаре очистных сооружений), исследователи получили предварительные данные: существуют бактериальные сообщества, которых привлекают, например, микропластик или остатки пестицидов.
«Бактериальная ловушка» для решения экологических проблем
«Наш прибор работает как бактериальная ловушка, — говорит Клерк. — Преимущество в том, что мы можем изолировать сообщества с определёнными метаболическими способностями».
Некоторые из этих сообществ, судя по всему, способны утилизировать вредные химикаты. «В наших первых тестах некоторые бактерии увеличивали свою биомассу в 20 000 раз, даже когда загрязнители были для них единственным источником пищи», — отмечает Клерк.
Два года назад Клерк основала спин-офф компанию CellX Biosolutions, чтобы целенаправленно искать микроорганизмы для биоремедиации. Помимо пестицидов и микропластика, компания фокусируется на фармацевтических препаратах и устойчивых PFAS («вечных химикатах»).
Конечная цель — коммерциализировать этих бактерий-деструкторов как продукт для промышленности, предлагая альнативу неэкологичным и дорогим методам утилизации токсичных веществ, таким как сжигание.
Дальнейшие шаги: от глубины океана до промышленности
CellX достигла важной вехи в разработке продукта. Клерк планирует пилотные испытания с двумя крупными промышленными партнёрами, адаптированные под их нужды.
В сотрудничестве с технической командой D-BAUG также разработан корпус для микрофлюидного чипа, устойчивый к высокому давлению для использования в глубоководных условиях (патент находится на рассмотрении). «Это даёт нам доступ к огромному резервуару бактерий с ещё практически не изученными метаболическими возможностями», — заключает Клерк.