Вчені пояснили, як бактерії рятують нашу планету

Вони здатні на багато що: вміють поглинати забруднення, збирати відходи, генерувати енергію і допомагати людям залишатися здоровими. Хто вони, ці рятівники? Бактерії. Як би малоймовірно це не звучало, але і здоров'я, і благополуччя людства можуть забезпечити ці скромні мікроби.

Дослідження останніх років показали грандіозні можливості використання бактерій і для створення біопалива, і для уповільнення темпів зміни клімату, і для вирощування високоякісного білка без великого вуглецевого сліду, і для боротьби зі стійкістю до антибіотиків. Зупинимося на бактеріях, що впливають на здоров'я людини і ведуть до вирощування білка «з повітря».

Здоров'я  людини

Бактерії можуть бути шкідливі для людини. Вони викликають смертельні захворювання, в тому числі туберкульоз і холеру. Як наслідок, антибіотики, які вбивають бактерії, були названі одним з найбільших відкриттів XX століття: тільки один пеніцилін врятував близько 200 мільйонів життів за останні 80 років.

Але бактерії також можуть бути корисними. Кожен організм несе трильйони корисних бактерій та інших мікробів на шкірі та в кишківнику.

Вони не тільки допомагають витягувати енергію з нашої їжі – «хороші» бактерії захищають людину від хвороботворних «поганих» бактерій: патогени просто не можуть заселити кишківник, якщо в ньому весь простір «зайнято» корисними мікроорганізмами.

Саме так відбувається у здоровому організмі. Якщо ж мікрофлора кишківника пошкоджена, наприклад, тривалим прийомом антибіотиків, то хвороботворні мікроби можуть почати розмножуватися. Один з них – Clostridioides difficile, що викликає діарею, нудоту і жар.

Дослідження останніх двох десятиліть виявили дивний спосіб лікування інфекцій C. difficile. Якщо зразок фекалій здорової людини переноситься в кишку хворого, то корисні бактерії витісняють зростаючі C. difficile.

Ці «фекальні трансплантати» також можуть допомогти в лікуванні інших захворювань. Але на даний момент не зовсім зрозуміло, як саме. Професор Сет Борденштайн з Університету Вандербільта в штаті Теннессі, який вивчає взаємодію між тваринами, мікробами і вірусами, каже, що поки точно не відомо, які саме бактерії чинять такий позитивний вплив.

Зате інша бактерія – Escherichia coli – вивчена досконально. Дослідники за кілька десятиліть так багато дізналися про цю кишкову паличку, що сьогодні перетворили її на крихітний програмований біокомп'ютер, який застосовується для лікування різних захворювань.

Їх використовують для доставки засобів протипухлинної терапії. Для цього вчені ввели додаткову ДНК у кишкову паличку, яка дозволяє бактеріям виробляти потужні молекули, що борються з раком, звані нанотілами.

Інший фрагмент додаткової ДНК приводить клітини E. coli до самознищення, як тільки вони доставляють нанотіла у ракові тканини. Кінцевим результатом є форма кишкової палички, яка при потраплянні в організм націлюється і допомагає знищити пухлини.

Дані досліди були успішно проведені на мишах. Перш ніж почнуться випробування на людях, необхідно подолати нормативні перешкоди, пов'язані з безпекою лікування людей за допомогою генно-інженерних мікробів.

Харчування

Потреба людства у білковій їжі лише зростає. А можливості забезпечити нею всю планету знижуються. На допомогу можуть прийти бактерії. Бактерії, звані гідрогенотрофами, здатні перетворювати CO₂ на білки, придатні для споживання людиною.

Рослини, які ми їмо або якими годуємо худобу, ростуть тому, що беруть енергію від Сонця і використовують її для перетворення CO₂ на вуглеводи. На жаль, рослини не розвинули здатність перетворювати CO₂ на їжу.

Сьогодні вчені розробляють можливість використання сонячної електрики для допомоги бактеріям виробляти білок з CO₂.

Цей підхід передбачає використання енергії сонячних батарей для розщеплення молекул води і вироблення газоподібного водню. Спеціальні бактерії використовують цей водень як джерело енергії для перетворення атмосферного CO₂ на високоякісний білок, який може замінити тваринні білки в раціоні людини. Така технологія дозволить значно зменшити площу сільськогосподарських угідь.

Вчені кажуть, що існує величезний потенціал для створення екологічно чистого білка з використанням бактерій та інших мікробів.

Залишається головне питання: як на бактеріальний білок відреагує споживач?