Ученые объяснили, как бактерии спасают нашу планету

Они способны на многое: умеют поглощать загрязнения, собирать отходы, генерировать энергию и помогать людям оставаться здоровыми. Кто они, эти спасители? Бактерии. Как бы маловероятно это ни звучало, но и здоровье, и благополучие человечества могут обеспечить эти скромные микробы.

Исследования последних лет показали грандиозные возможности использования бактерий и для создания биотоплива, и для замедления темпов изменения климата, и для выращивания высококачественного белка без большого углеродного следа, и для борьбы с устойчивостью к антибиотикам. Остановимся на бактериях, влияющих на здоровье человека и ведущих к выращиванию белка «из воздуха».

Здоровье человека

Бактерии могут быть вредны для человека. Они вызывают смертельные заболевания, в том числе туберкулез и холеру. Как следствие, антибиотики, убивающие бактерии, были названы одним из величайших открытий XX века: только один пенициллин спас около 200 миллионов жизней за последние 80 лет.

Но бактерии также могут быть полезными. Каждый организм несет триллионы полезных бактерий и других микробов на коже и в кишечнике.

Они не только помогают извлекать энергию из нашей пищи – «хорошие» бактерии защищают человека от болезнетворных «плохих» бактерий: патогены просто не могут заселить кишечник, если в нем все пространство «занято» полезными микроорганизмами.  

Именно так происходит в здоровом организме. Если же микрофлора кишечника повреждена, например, длительным приемом антибиотиков, то болезнетворные микробы могут начать размножаться. Один из них – Clostridioides difficile, вызвающий диарею, тошноту и жар.

Исследования последних двух десятилетий выявили удивительный способ лечения инфекций C. difficile. Если образец фекалий здорового человека переносится в кишку больного, то содержащиеся полезные бактерии вытесняют растущие C. difficile.

Эти «фекальные трансплантаты» также могут помочь в лечении других заболеваний. Но на данный момент не совсем понятно, как именно. Профессор Сет Борденштайн из Университета Вандербильта в штате Теннесси, изучающий взаимодействие между животными, микробами и вирусами, говорит, что пока точно не известно, какие именно бактерии оказывают такое позитивное влияние.

Зато другая бактерия – Escherichia coli – изучена досконально. Исследователи за несколько десятилетий так много узнали об этой кишечной палочке, что сегодня превратили ее в крошечный программируемый биокомпьютер, который применяется для лечения различных заболеваний.

Их используют для доставки средств противоопухолевой терапии. Для этого ученые ввели дополнительную ДНК в кишечную палочку, которая позволяет бактериям производить мощные борющиеся с раком молекулы, называемые нанотелами.

Другой фрагмент дополнительной ДНК приводит клетки E. coli к самоуничтожению, как только они доставляют нанотела в раковые ткани. Конечным результатом является форма кишечной палочки, которая при попадании в организм нацеливается и помогает уничтожить опухоли. 

Данные опыты были успешно проведены на мышах. Прежде чем начнутся испытания на людях, необходимо преодолеть нормативные препятствия, связанные с безопасностью лечения людей с помощью генно-инженерных микробов.

Питание

Потребность человечества в белковой пище лишь возрастает. А возможности обеспечить ею всю планету снижаются. На помощь могут прийти бактерии. Бактерии, называемые гидрогенотрофами, способны превращать CO₂ в белки, пригодные для потребления человеком.

Растения, которые мы едим или которыми кормим домашний скот, растут потому, что берут энергию от Солнца и используют ее для превращения CO₂ в углеводы. Увы, растения не развили способность превращать CO₂ в пищу.

Сегодня ученые разрабатывают возможность использования солнечного электричества для помощи бактериям вырабатывать белок из CO₂.

Этот подход предполагает использование энергии солнечных батарей для расщепления молекул воды и выработки газообразного водорода. Специальные бактерии используют этот водород в качестве источника энергии для превращения атмосферного CO₂ в высококачественный белок, который может заменить животные белки в рационе человека. Такая технология позволит значительно уменьшить площадь сельскохозяйственных угодий.

Ученые говорят, что существует огромный потенциал для создания экологически чистого белка с использованием бактерий и других микробов.

Остается главный вопрос: как на бактериальный белок отреагирует потребитель?