Исследователи из МФТИ вместе с коллегами из Германии и Российского химико-технологического университета описали новый метод изучения способных выживать в экстремальных условиях микроорганизмов. Ученые подобрали флуоресцентный краситель, который позволяет наблюдать за их жизнью в реальном времени.

Проблема выживания микроорганизмов в неблагоприятных условиях важна как с теоретической, так и с прикладной точки зрения. Такие исследования способны помочь в поиске внеземной жизни, пролить свет на историю нашей планеты и одновременно предоставить информацию, необходимую биотехнологам. Как отмечают авторы исследования — специалисты лаборатории перспективных исследований мембранных белков МФТИ, — галофилы (от древнегреческих слов ἅλς — соль и φιλέω — люблю) могут помочь даже в ликвидации разливов нефти; на пути к этому стоит только ряд технических проблем, включая сложность экспериментальной работы с микроорганизмами.

Чтобы изучать их в естественных условиях, биологам нужны избирательные красители: они позволяют увидеть куда больше, чем при наблюдении в неокрашенной среде. Но хорошо зарекомендовавшие себя флуоресцентные маркеры и антитела, при помощи которых красители связываются с заданным веществом, в соленой среде зачастую просто не работают. Толстая оболочка галофилов создает дополнительные сложности.

«Несмотря на все усилия, специалистам до сегодняшнего дня не удавалось подобрать вещество, позволяющее наблюдать за этими организмами „вживую“, без убивающей бактерии дополнительной подготовки», — рассказал Иван Маслов, студент 5-го курса МФТИ, соавтор исследования.

В новой статье, которая представлена на страницах журнала Scientific Reports, российско-немецкий коллектив описал решение этой проблемы. Как выяснилось в ходе экспериментов, никакой специальной новой краски синтезировать не потребовалось. Хорошие результаты дало применение веществ, созданных ранее для окрашивания митохондрий в эукариотических клетках.

Бактерии лишены ядра и всех прочих клеточных структур с отдельной мембраной — такие клетки называют прокариотами. А эукариоты — клетки животных, растений и грибов — имеют и ядро, и ряд других структур, включая митохондрии. В митохондриях клетка синтезирует молекулы аденозинтрифосфата, или АТФ, универсального источника энергии для биологических процессов. Важно подчеркнуть, что, согласно современным представлениям, митохондрии когда-то в прошлом были независимо живущими бактериями и лишь потом стали симбионтами эукариотических клеток. У митохондрий до сих пор даже своя, отдельная ДНК.

Краситель, производимый под маркой MitoTracker, оказался удачным для окрашивания целого ряда микроорганизмов: Halobacterium salinarium, Haloferax sp., Halorubrum sp., Salicola sp. и Halomonas sp (буквы «sp» означают «один из видов данного рода»). Проведенные опыты не только продемонстрировали возможность получать четкие снимки и вести подсчет числа клеток, но и позволили проследить за трансформацией клеток Halobacterium salinarium. Под действием неблагоприятного химического воздействия клетки из вытянутых стали сферическими: этот процесс удалось даже заснять на видео в реальном времени.

Видеозапись, показывающая изменение формы бактерий при неблагоприятном воздействии: из палочек они превращались в сферы. Доступно по ссылке

Новый метод позволит, во-первых, эффективно выделять микроорганизмы в естественных условиях (вплоть до марсианского грунта, изучаемого марсоходом), а во-вторых, изучать их «поведение» с минимальным искажением картины эксперимента.

«Эти микроорганизмы часто находят в древних соляных отложениях возрастом в миллионы лет. Наш метод позволяет находить их в минеральных образованиях и исследовать. Подобный поиск может пролить свет на проблему происхождения жизни на Земле: согласно одной из теорий, жизнь на нашу планету была занесена извне в виде бактерий», — пояснил заместитель заведующего лабораторией перспективных исследований мембранных белков МФТИ Валентин Борщевский, ведущий автор исследования.

Работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (РНФ 16-15-00242).