Учёные разработали красители для «живой» маркировки экстремофилов

Исследователи из МФТИ и их коллеги из Исследовательского центра Юлиха (Германия) и РХТУ им. Д. И. Менделеева описали новый метод изучения микроорганизмов, выживающих в экстремальных условиях. Учёные определили флуоресцентный краситель, позволивший наблюдать жизненный цикл бактерий в реальном времени.

Галофилы («солелюбивые») — микроорганизмы, процветающие в условиях высокой концентрации соли. Их способность выживать во враждебной среде делает их важными объектами как для фундаментальных, так и для прикладных исследований. Это направление может помочь в поиске внеземной жизни, пролить свет на историю Земли и предоставить данные для биотехнологов. Авторы работы отмечают, что эти организмы можно использовать, в том числе, для ликвидации разливов нефти. Однако исследования сталкиваются с трудностями, в частности, из-за технической сложности экспериментов.

Для изучения микроорганизмов в естественной среде требуются красители, желательно селективные. С их помощью можно получить гораздо больше данных по сравнению с наблюдением неокрашенной среды. Однако хорошо зарекомендовавшие себя флуоресцентные метки и антитела часто не работают в солёных средах. Дополнительные трудности создаёт толстая мембрана галофилов.

«Несмотря на всю проделанную работу, учёным до сих пор не удавалось найти вещество, которое позволило бы наблюдать эти организмы «живьём», такими, какие они есть. Вместо этого бактерии приходилось подвергать вредной подготовке», — говорит соавтор исследования Иван Маслов.

В новой статье, опубликованной в Scientific Reports, международная команда описала решение этой проблемы. Их эксперименты показали, что нет необходимости синтезировать новые типы красителей: ранее созданные вещества для маркировки митохондрий в эукариотических клетках также показали положительные результаты на галофилах.

Существует два основных типа клеток: прокариоты и эукариоты. Прокариоты (бактерии) не имеют ядра и других мембранных структур. Эукариоты (животные, растительные и грибковые клетки) имеют ядро и различные органеллы. Среди них — митохондрии, которые генерируют молекулы аденозинтрифосфата (АТФ) — универсальный источник энергии для клеточных процессов. Интересно, что современная точка зрения предполагает, что митохондрии изначально были свободноживущими бактериями и лишь позже стали симбионтами эукариотических клеток. Даже сейчас у них есть своя собственная ДНК.

Красители MitoTracker успешно окрасили широкий спектр микроорганизмов: Halobacterium salinarium, Haloferax sp., Halorubrum sp., Salicola sp. и Halomonas sp. (обозначение «sp» означает «один из видов»). Эксперименты показали, что можно не только получать чёткие фотографии и вести подсчёт клеток, но и наблюдать трансформацию Halobacterium salinarium. Под воздействием враждебной химической обработки клетки меняли форму: из палочковидных они превращались в сферические. Команда даже сделала видеозапись этого процесса.

Новый метод будет эффективен для маркировки микроорганизмов в их естественной среде, будь то солевые отложения на Земле или образец марсианского грунта, доставленный ровером. Он также поможет изучать поведение этих бактерий с минимальным искажением результатов.

«Галофилы часто встречаются в древних солевых отложениях, накапливавшихся миллионы лет. Наш метод помогает находить эти организмы в минеральных образованиях и изучать их. Это может пролить свет на происхождение жизни на Земле. Согласно одной из теорий, жизнь была занесена на нашу планету извне в форме бактерий», — комментирует ведущий автор исследования Валентин Борщевский.