Susipažinkite su naujomis kolegėmis: bakterijos darbininkės

Bakterijos gali užpildyti betono įtrūkius, padėti atsikratyti ligų ir aptikti žemėje užkastas minas. Mokslininkai prisijaukino bakterijų armiją ir išmokė mažąsias darbininkes atlikti dalykus, su kuriais negebėtų susidoroti joks žmogus.

STATYBININKĖS

Betono įtrūkiai taps praeitimi, kai į šią medžiagą bus įmaišoma kapsulių su bakterijomis.

Keliai, tiltai, užtvankos, tuneliai yra gaminami iš betono, kuris dėvisi ir trūkinėja. Atsiradus įtrūkiams, vanduo ir kenksmingos medžiagos įsiskverbia į konstrukciją ir gadina ją iš vidaus, todėl labai svarbu juos užtaisyti laiku. Mokslininkai išmokė mažąsias statybininkes bakterijas pasirūpinti betoninių konstrukcijų priežiūra.

Biobetonas yra papildomas žiemojančiomis bakterijomis ir natūralia azoto turinčia medžiaga karbamidu, kurio randama šlapime. Betonui įtrūkus arba pradėjus sunktis vandeniui, mikrobų kapsulės išardomos, todėl bakterijos atgyja. Jos iš karto sluoksnis po sluoksnio ima pildyti įtrūkius, naudodamos betone esančius kalcį ir karbamidą. Šie kartu yra ir maisto šaltinis bakterijoms, ir statybinė medžiaga. Vienintelis šio proceso šalutinis produktas – amoniakas, kuris nėra žalingas. Užtaisiusios įtrūkius bakterijos vėl įminga žiemos miegu, išleidžia sporas ir laukia, kada dar kartą bus aktyvintos.

Tokį darbą gali atlikti kelios skirtingos bakterijų rūšys, gebančios transformuoti karbamidą ir išgyventi kelis šimtus metų net itin šarminėje betono aplinkoje. Su bakterija Bacillus subtilis atlikti eksperimentai parodė, jog šie mikrobai ne tik užtaiso įtrūkius, bet ir sutvirtina betoninę konstrukciją.

ĮTRŪKIAI ATGAIVINA BAKTERIJAS

Bakterijos miega žiemos miegu būdamos mikrokapsulėse. Šios išyra konstrukcijoje atsiradus įtrūkių ir tuomet mažosios darbininkės išleidžiamos.

1. Mikrokapsulės su žiemos miegu įmigusiomis bakterijomis bei kalciu pasklinda po betoną, kuris yra papildytas azoto turinčiu karbamidu. Betonui įtrūkus ir vandeniui skverbiantis į jo vidų kapsulės ištirpsta, išleisdamos jose buvusias bakterijas.

BAKTERIJOS SUKELIA REAKCIJĄ

2. Bakterijos prisijungia kalcį ir sugeria karbamidą, kuris vėliau išskiria karbonatą. Kalcis ir karbonatas reaguoja tarpusavyje sukurdami kalkes.

KALKĖS UŽPILDO SKYLES

3. Tol, kol bakterijos gaus oro ir vandens, jos nuolat gamins kalkes. Kalkėms užpildžius skyles, bakterijos grįžta į įmygio būseną. Taigi, biobetonas gali padėti sumažinti konstrukcijų priežiūrai reikalingas išlaidas.

GYDYTOJOS

Odos bakterijos gali išgydyti diabetą

„Pogrindyje“ įsikūrusios bakterijos gali perimti kasos darbą ir gaminti insuliną, kuris gyvybiškai svarbus diabetikams.

Neseniai atradus į gilesnius, nei tikėtasi, odos sluoksnius įsiskverbti galinčias stafilokoko bakterijas, 1 tipo diabetą turintiems žmonėms insulino pompos taps praeitimi. Giliajame odos sluoksnyje yra kraujagyslių, todėl pritaikius genų splaisingo metodą bakterijos gali nustatyti per didelę gliukozės koncentraciją kraujyje. Į tai reaguodamos bakterijos gamina insuliną, o šis patenka tiesiai į kraujo sistemą ir perneša cukrų į raumenis bei organus, kuriems yra reikalingas.

Natūraliai tokios bakterijos jau gyvena giliuosiuose odos sluoksniuose, todėl nesukelia jokių infekcijų. Kitaip nei insulino pompa ar kasos transplantacija, bakterijos nedirgina, neskatina imuninės sistemos reakcijų ir nepalieka randų. Tolesni eksperimentai parodė, kiek reikia tokių bakterijų norint pagaminti reikiamą kiekį insulino.

DIABETIKŲ CUKRAUS LYGIS KRAUJYJE YRA PAKILĘS

1. Kasa gamina insuliną, kuris kraujagyslėmis išnešioja gliukozę. Diabetikų organizmas neišskiria pakankamai insulino, todėl cukrus kaupiasi.

BAKTERIJOS SU ĮTERPTAIS GENAIS MATUOJA CUKRAUS LYGĮ KRAUJYJE

2. Taikant naują gydymo metodą, į giliai odoje gyvenančią bakteriją įterpiamas cukraus lygį kraujyje matuojantis genas. Bakterijos liečiasi su kraujagyslėmis ir fiksuoja pakilusį cukraus lygį kraujyje.

BAKTERIJOS PERIMA KASOS DARBĄ

3. Kylantis cukraus lygis kraujyje aktyvina kitą bakterijoje esantį geną, kuris, kaip ir kasa, gali gaminti insuliną. Tuomet palaikomas pastovus paciento cukraus lygis.

Salmonelės apgaubia vėžinius auglius

Mokslininkai įdarbina genetiškai modifikuotas salmoneles vykdyti savižudiškas misijas prieš vėžinius auglius.

Naujasis vėžio gydymo metodas į pagalbą pasitelkia netikėtus įrankius – salmoneles. Mokslininkai genetiškai modifikavo šias bakterijas siekdami, kad susinaikindamos jos pražudytų ir vėžines ląsteles. Eksperimentai, kurių metu kepenų auglius turinčios pelės buvo gydomos šiomis bakterijomis, praėjo labai sklandžiai.

Pelės buvo maitinamos bakterijomis, kurioms nereikalingas kraujas ar deguonis, bet kurios gali pažeisti auglius – salmonelėmis. Jos lengvai išgyvena mažai deguonies turinčioje aplinkoje, kurioje chemoterapija yra neveiksminga. Bakterija yra apsirūpinusi skirtingais ginklais, kurie gali išardyti vėžinės ląstelės apsauginę membraną ir organizme paskatinti imunines reakcijas. Vienoje vietoje susikaupus pakankamam skaičiui bakterijų, inicijuojamas grupinis išpuolis. Eksperimentuose su pelėmis salmonelės ir chemoterapija sustabdė auglio augimą ir privertė jį susitraukti. Tokiu metodu gydoma pelė išgyveno 50 % ilgiau nei negydomos. Taip pat šios mažosios bombarduotojos organizme palaiko tinkamą bakterijų koncentraciją.

BAKTERIJOS KAUPIASI AUGLYJE

1. Nepavojinga bakterija salmonelė iš skrandžio patenka į kraujo sistemą. Ji suranda mažai deguonies turintį vėžinį auglį, besislepiantį nuo imuninės sistemos. Bėgant laikui, bakterijų skaičius auglyje didėja.

SUSIKAUPUSIOS BAKTERIJOS SUKELIA SPROGIMĄ

2. Bakterijos yra genetiškai modifikuojamos taip, kad sprogtų, auglyje esant pakankamam jų skaičiui. Mirdamos bakterijos išskiria medžiagas, kurios yra nuodingos vėžinėms ląstelėms, todėl augliai ima nykti, arba aktyvina imuninę sistemą.

BAKTERIJOS KAUPIASI

3. 10 % bakterijų išgyvena sprogimą ir kaupia naują kamikadzių armiją kitai atakai. Auglys susitraukia trečdaliu. Derinant bakterinį gydymą su chemoterapija, gali būti pailginta paciento gyvenimo trukmė.

ŠIUKŠLIŲ RINKĖJOS

Mutavusios bakterijos minta plastiku

Neseniai atrasta bakterija sugeba skaidyti plastiką ir netgi juo minta. Maži organizmai nuties kelią naujam metodui naikinti gamtą teršiantį plastiką.

Nors gamtos užterštumas plastiku yra didžiulė problema, jos sprendimo būdas gali būti visai paprastas. Mokslininkai atrado bakteriją Ideonella sakaiensis, kuri išskiria fermentą, galintį suskaidyti plastikiniuose buteliuose esantį polietilentereftalatą (PET). Izoliavę šį fermentą, mokslininkai sukūrė mutavusią bakterijų versiją, kuri gali suskaidyti PET per kelias dienas, t. y. 20 % greičiau nei įprasti fermentai. Mokslininkai įvertino, jog naudojantis tokiu metodu visiškai sunaikinti vandenynuose ir miškuose esantį plastiką užtruktų 450–1 000 metų.

Per pastaruosius 60 metų bakterijos išsivystė tokius gebėjimus gyvendamos šiukšlynuose, kur plastikas buvo vienintelis maisto šaltinis. Atradę tokias bakterijos savybes, mokslininkai tikisi, jog fermentai ir bakterijos gali būti gyvybiškai svarbūs iš gamtos šalinant kai kurių rūšių plastikus.

Ideonella sakaiensis prikimba prie plastikinio butelio ir išleidžia fermentus, skaidančius polietilentereftalatus į monoetilentereftalatus. Pastaruosius bakterijos sugeria ir išskaido į dar trumpesnes, mažiau žalingas molekulių grandines, tokias kaip CO₂ arba cukrus.

ŠEFĖS

Bakterijos maistą paverčia maistingesniu

Tyrimai atskleidė, jog bakterijų naudojimas maisto ruošoje gali būti naudingas sveikatai.

Alyvuogės, rauginti kopūstai, sojų padažas ir jogurtas yra pilni bakterijų. Bakterijos paspartina fermentaciją – mikroorganizmų ir bakterijų sukeliamą cheminį procesą, kuris pakeičia maisto skonį ir maistingumą. Azijoje fermentacija pradėta naudoti dar 8000 m. pr. Kr. Remiantis naujais tyrimais, fermentuojant išskaidomos medžiagos, neleidžiančios organizmui pasisavinti maisto medžiagų, išsaugant vitaminus, kurie naudojant kitus maisto apdorojimo metodus gali būti pažeidžiami. Bakterijos, esančios marinuotuose agurkuose, natto ir raugintuose kopūstuose, gamina vitaminą K2, kuris yra reikalingas, tačiau negaminamas paties žmogaus organizmo. Fermentuotos bakterijos gali būti naudingos širdžiai, kraujagyslėms, imuninei sistemai ir palaikyti tinkamą medžiagų apykaitą.

Pieno rūgšties bakterijos yra pačios populiariausios maisto gamyboje. Jos naudojamos gaminant jogurtą ir sūrį. Keičiant laktozę į pieno rūgštį, piene esantys baltymai sulimpa, todėl produktas įgauna tirštesnę konsistenciją.

DETEKTYVAI

Bakterijos E. coli yra modernios išminuotojos

Įprastai šios bakterijos mums asocijuojasi su apsinuodijimu maistu, tačiau E. coli taip pat gali veikti kaip išmanios detektyvės. Genetiškai modifikuotas jas galima pasitelkti ieškant žemėje užkastų minų.

Daugiau nei 100 mln. visame pasaulyje išmėtytų minų kelia didelį pavojų žmonėms. Mokslininkams pavyko taip genetiškai modifikuoti bakterijas E. coli, kad aptikusios paslėptas minas šios imtų švytėti. Trotilo (TNT) turinčios minos išskiria garus, kurie kaupiasi dirvožemyje. Bakterijos turi genus, gaminančius baltymus, kurie ima švytėti, esant kontaktui su TNT ir jo pirminiu skilimo produktu DNT. Po minų laukus paskirstant organinę medžiagą, turinčią reikiamų bakterijų, skenuojanti sistema gali matyti medžiagos švytėjimą jai priartėjus prie sprogmenų.

Šiuos genetiškai modifikuotus sprogmenų detektyvus sukūrę mokslininkai dar tobulina šį metodą. Jie tikisi išmokyti bakterijas aptikti ir kitokių tipų sprogmenis bei praplėsti lazerinės sistemos apimamą plotą sujungiant ją su dronais, gebančiais greitai skenuoti didelius plotus. Be to, tyrėjai tikisi sutrumpinti tokių bakterijų gyvenimo trukmę, kad šios mirtų iškart misijai pasibaigus ir neišplistų gamtoje.