Нанобактерии

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Структуры, напоминающие нанобактерии[источник не указан 1405 дней], найденные в образцах марсианского метеорита ALH 84001

Нанобактерии — биоминерал, круглые либо овальные органо-минеральные структуры размером от 30 до 200 нм, которые вызвали один из самых значительных споров в современной микробиологии. Хотя их природа до конца не установлена, уже появлялись сообщения о роли нанобактерий в развитии некоторых болезней. Одни из последних результатов окончательно исключили существование нанобактерий как живых организмов и указали на парадоксальную роль подавляющего минерализацию белка в формировании этих саморазвивающихся минеральных комплексов, которые было предложено назвать nanons[1].

В научно-популярном журнале Scientific American эпизод с нанобактериями был назван «холодным синтезом в микробиологии», привлекая в качестве аналогии известный пример серии ошибочных научных работ. Но хотя теперь окончательно установлено, что нанобактерии — это неживые кристаллизованные наночастицы минералов и органических молекул, эти наносущности тем не менее возможно играют важную роль в здоровье человека[2].

История[править | править вики-текст]

Термин нанобактерии впервые ввёл Ричард Морита в 1988, однако «отцом» нанобактерий считается Роберт Фолк. Начиная с 1992 он опубликовал серию работ по нанобактериям.

Сначала нанобактерии были обнаружены геологами на минеральных поверхностях[3], такие структуры были позже найдены в организме человека и крови коровы[4].

Nanobacterium sanguineum был предложен в 1998 году как объяснение определенных видов патологического отвердения (апатит в почечных камнях) финским исследователем Олави Каяндером и турецким исследователем Чифтчиоглу, работающими в университете Куопио в Финляндии. Согласно исследователям частицы самокопировались в микробиологической культуре, и исследователи сообщили о ДНК в этих структурах[5]. Они также указывали на то, что нанобактерии оказались стойкими ко всем усилиям в их устранении: мало того, что эти частицы делали больными культивируемые клетки, они сопротивлялись обычным методам стерилизации при высокой температуре, моющим средствам и лечении антибиотиками.

В 2004 году команда доктора Джона Лиски из клиники Мейо в Рочестере сообщила, что изолировала нанобактерии от больных артритом и почечными камнями. Их результаты были изданы в 2004 и 2006 годах соответственно[6][7].

При этом Олави Каяндер и Нева Чифтчиоглу основали компанию в Финляндии в 2000 году — NanobacOY, чтобы продать медицинские диагностические комплекты для того, чтобы идентифицировать нанобактерии, и развить способы лечения связанные с болезнями отвердения. Компания была поглощена в 2003 Nanobac Pharmaceuticals, Inc.

В дальнейшем было показано, что рост нанобактерий связан не с тем, что они живые организмы, а с тем, что рост наночастиц происходит при наличии в окружающей среде (организме) любых легко доступных белков, которые способны скрепляться с кальцием и апатитом. А также было показано, что антитела, проданные в качестве диагностических инструментов для нанобактерий компанией Nanobac, фактически обнаруживает белки fetuin-A и альбумин[2].

Начальные теории[править | править вики-текст]

Были предположения о следующих характеристиках нанобактерий:

  1. Они имеют исключительно малый («запрещённый для прокариот») размер клеток, сопоставимый с размером мельчайших вирусов.
  2. Не содержат средств репликации ДНК, а нуклеиновые кислоты выделить не удалось.[8]
  3. Скорость роста нанобактерий исключительно низкая — примерно в 10000 раз меньше, чем скорость роста бактерий.
  4. Метаболизм нанобактерий, по-видимому, сильно отличается от метаболизма других организмов, и тесно связан с процессами биоминерализации.

Для объяснения наблюдаемых особенностей нанобактерий финские исследователи Олави Каяндер, Микаэль Бьёрклунд и Нева Чифтчиоглу предложили следующую теорию:

  1. Нанобактерии не синтезируют собственные аминокислоты (и, возможно, нуклеотиды), а используют уже готовые, полученные из окружающей среды.
  2. Нанобактерии не синтезируют жирные кислоты, а используют уже готовые. В случае нехватки экзогенных жирных кислот мембранные липиды частично заменяются фосфатом Ca.
  3. У нанобактерий отсутствуют энергоемкие системы активного транспорта, характерные для про- и эукариотических клеток. Транспорт веществ в клетку и из клетки осуществляются за счёт диффузии и броуновского движения, чему способствуют ультрамикроскопические размеры клетки.
  4. Концентрация растворенных веществ, и, следовательно, осмотическое давление внутри нанобактерий не отличается от окружающей среды. В связи с этим нанобактериям не требуются энергозатратные системы поддержания внутриклеточного гомеостаза.

Сведения о нанобактериях[править | править вики-текст]

Главный элемент нанобактерий — это апатит, но эти частицы также составлены из других неопознанных составов. Нанобактерии вызывают иммунный ответ у мышей. Существуют сведения, что в нанобактериях присутствует белок фетуина (мощный ингибитор скелетного отвердения и формирования апатита), на который и происходит иммунный ответ организма, с выработкой антител (анти-фетуин). Было так же показано, что нанобактерии саморазмножаются при наличии витаминов, а без них рост прекращается[1].

Другими исследователями показано, что нанобактерии вступают в связь с рядом других белков — альбумином, аполипопротеинами[9]. Было также показано, что формирование нанобактерий связано с процессом кальцификации[10].

Рост подобных «биоморфных» неорганических преципитатов изучен в публикации в журнале Science, в которой показано образование похожих на живые организмы преципитатов витерита путём кристаллизации из растворов хлорида бария и силикатов. Как отмечают авторы данного исследования, поразительная схожесть данных преципитатов с предполагаемыми нанобактериями говорит о том, что исследователи не должны полагаться лишь на морфологию как на доказательство наличия жизни у исследуемых объектов[11].

Нанобактерии - не живые организмы[править | править вики-текст]

Было показано, что нанобактерии не являются живыми организмами, и наблюдаемые явления связаны с кристаллизацией гидроксифосфатов кальция (апатита), при этом молекулы апатита являются центром кристаллизации, с чем связанны наблюдаемый «рост» и «размножение» кристаллов гидроксиапатита (также как и «пересев» на свежую среду). Ранние заявления о секвенированных последовательностях 16S РНК «нанобактерий» связаны с контаминацией проб (нуклеотидная последовательность 16S рРНК «нанобактерий» неразличима с таковой у Phyllobacterium mysinacearum— бактерии, часто являющейся причиной контаминации проб в ПЦР реакции), показано также и отсутствие нуклеиновых кислот и белка в «колониях нанобактерий», состоящих из кристаллов апатита. И делается заключение, что описание таких видов как Nanobacterium sanguineum и Nanobacterium sp сделано по ошибке.[12]

Причиной образования аморфных сферических частиц гидроксиапатита и карбоната кальция является наличие некоторых веществ в сыворотке крови, замедляющих процесс кристаллизации гидроксиапатита и карбоната кальция, приводя к осаждению соединений кальция в виде сферических аморфных частиц, напоминающих бактерии. Наличие же «антигенов» у нанобактерий связано с преципитацией альбумина на поверхности аморфных частиц соединений кальция.[13]

Нанобактерии и влияние на здоровье организма[править | править вики-текст]

Ряд ученых признает, что «нанобактерии» могут играть роль в здоровье организма. Так, например, признается, что нанобактериоподобные частицы, произведенные посредством естественного процесса, участвуют в кальциевом обмене в организме человека. Но ещё слишком рано, чтобы говорить, как выясненное явление «нанобактеризации» может использоваться в терапевтических подходах[2].

Нанобактерии и возникновение жизни[править | править вики-текст]

Изменяя состав среды можно изменять конституцию комплексов из наночастиц, и возможно спроектировать нанобактериоподобные частицы по любому предписанному составу. Используя этот процесс были созданы комплексы, которые названы bions. Bions могут подражать биологическим формам, которые кажутся живыми. Понимание того, как образовывались мелкие частицы из минералов в комплексе с органическими молекулами может пролить свет на появление жизни на Земле миллиарды лет назад[2].

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. 1 2 Raoult D, Nanobacteria are mineralo fetuin complexes, France, 2008
  2. 1 2 3 4 «The Rise and Fall of Nanobacteria», Young and Martel, Scientific American, January 2010
  3. Folk RL. SEM imaging of bacteria and nannobacteria in carbonate sediments and rocks. J Sediment Petrol. 1993;63:990
  4. Akerman KK, Kuronen I, Kajander EO. Scanning electron microscopy of nanobacteria-novel biofilm producing organisms in blood. Scanning. 1993;15:90-91.
  5. Kajander E, Ciftçioglu N (1998). «Nanobacteria: an alternative mechanism for pathogenic intra- and extracellular calcification and stone formation». Proc Natl Acad Sci USA 95 (14): 8274–9. DOI:10.1073/pnas.95.14.8274. PMID 9653177.
  6. Miller V, Rodgers G, Charlesworth J, Kirkland B, Severson S, Rasmussen T, Yagubyan M, Rodgers J, Cockerill F, Folk R, Rzewuska-Lech E, Kumar V, Farell-Baril G, Lieske J (2004). «Evidence of nanobacterial-like structures in calcified human arteries and cardiac valves». Am J Physiol Heart Circ Physiol 287 (3): H1115–24. DOI:10.1152/ajpheart.00075.2004. PMID 15142839.
  7. Kumar V, Farell G, Yu S, et al. (November 2006). «Cell biology of pathologic renal calcification: contribution of crystal transcytosis, cell-mediated calcification, and nanoparticles». J. Investig. Med. 54 (7): 412–24. DOI:10.2310/6650.2006.06021. PMID 17169263.
  8. см. Бактерии из ме́ла"
  9. John D. Young, Putative Nanobacteria Represent Physiological Remnants and Culture By-Products of Normal Calcium Homeostasis, 2009
  10. Kajander EO, Ciftçioglu N., Nanobacteria: an alternative mechanism for pathogenic intra- and extracellular calcification and stone formation, 1998
  11. García-Ruiz JM, Melero-García E, Hyde ST (January 2009). «Morphogenesis of self-assembled nanocrystalline materials of barium carbonate and silica». Science 323 (5912): 362–5. DOI:10.1126/science.1165349. PMID 19150841.
  12. John O. Cisar, De-Qi Xu, John Thompson, William Swaim, Lan Hu, and Dennis J. Kopecko An alternative interpretation of nanobacteria-induced biomineralization // PNAS. — 2000. — Т. 97. — № 21. — С. 11511 — 11515.
  13. Jan Martel and John Ding-E Young Purported nanobacteria in human blood as calcium carbonate nanoparticles // PNAS. — 2008. — Т. 105. — № 14. — С. 5549 — 5554.

Ссылки[править | править вики-текст]

Фильмография[править | править вики-текст]

  • «Инопланетяне из подземного мира» (англ. Alien Underworld) — научно-популярный фильм, снятый Sonya Pembertoni, Tattooed Medua Production и Da Vinci в 2002 г.