Escherichia coli появилась на Земле 20–30 млн лет назад и сейчас стала одной из самых известных представительниц мира бактерий. Это тот редкий случай, когда заслуги бактерии перед человечеством превышают ее патогенный ущерб. Давайте разберем подробнее, чем она так знаменита и почему почти каждый человек знает о ней.
Всегда с нами
В 1885 г. немецкий педиатр Теодор Эшерих выделил из стула новорожденных кишечную палочку Bacterium coli, переименованную впоследствии в его честь в Escherichia coli. Она заселяет кишечник младенцев в течение 40 ч после рождения или еще в утробе матери. До 1 года E. сoli в норме может встречаться даже во рту, а единичные экземпляры обнаруживают во влагалище и других органах в течение всей жизни, но настоящим «домом» для бактерий служит толстый кишечник. Здесь они выполняют ряд важнейших функций:
- защищают микробиом от патогенных микроорганизмов, сдерживая рост условно-патогенных бактерий;
- синтезируют витамины К, В2, В3, В5, В6, В9, B12;
- расщепляют молочный сахар (лактозу) и другие углеводы;
- участвуют в переработке белков, холестерина, желчных и жирных кислот;
- ассимилируют кислород, способствуя развитию полезных лакто- и бифидобактерий.
E. сoli прикрепляется к эпителию с помощью своеобразных молекулярных крючков. Она перемещается благодаря нескольким жгутикам, вращающимся со скоростью 270 оборотов в 1 с. Если жгутики крутятся против часовой стрелки, они собираются в связку, которая продвигает бактерию вперед. А если микроорганизм поворачивает «двигатели» по часовой стрелке, связка распадается, и бактерия совершает кувырок.
Любимица исследователей
E. сoli считается одним из наиболее хорошо изученных организмов. Из всех обитателей кишечной микрофлоры ее легче всего выращивать вне пределов человеческого тела и возраст некоторых лабораторных культур достигает 60 лет. Наиболее оптимальной для E. coli является температура +37 ºС и при достаточно благоприятных прочих условиях бактерия может делиться каждые 20 мин.
Популярность E. coli стала быстро расти в 40-х годах прошлого столетия благодаря результатам многочисленных генетических исследований, а в 70-х годах ученые научились встраивать ДНК других организмов, превратив бактерии в биохимические фабрики для производства ценных молекул. Сегодня E. coli применяют для синтеза инсулина, вакцин, ферментов и других веществ, которые жизненно важны для здоровья человека. До сих пор кишечная палочка является наиболее часто используемым модельным объектом в микробиологии.
За гранью фантастики
Геном E. coli, насчитывающий 4288 генов, был расшифрован одним из первых еще в 1997 г. Однако так до конца и не было установлено, как взаимодействуют между собой 60 млн биологических молекул, из которых состоит данная бактерия. В связи с этим ученые решили создать первую компьютерную модель живого организма.
С этой целью еще в ноябре 2002 г. был сформирован Международный Альянс Эшерихии Коли (International E. coli Alliance), в который вошли канадские ученые из проекта «Виртуальная клетка», японские — из Института передовых биологических наук, американские — из консорциума E. coli и многие другие. В результате планируется полностью воссоздать бактерию в компьютере, чтобы она там жила и развивалась, как в реальном мире. С помощью такой модели можно изучать процессы и проводить эксперименты, которые раньше невозможно было даже представить. Но пока мечта все еще далека до воплощения в реальность.
А также
Нельзя не упомянуть о патогенных штаммах кишечной палочки. Комменсальные штаммы редко вызывают заболевания, исключения составляют иммунодефицитные состояния или случаи нарушения целости эпителиального барьера пищеварительного тракта (перитонит). Однако наряду с большим количеством полезных штаммов E. coli существует множество патогенных штаммов, способных вызывать кишечные инфекции, воспаление мочевых путей, сепсис и менингит.
Здоровая иммунная система и микрофлора в состоянии нейтрализовать патогенные штаммы, если они находятся в организме в небольших количествах. Для защиты от инфекций мочевых путей был создан пробиотик — штамм E. coli 83972. Кроме того, соблюдение элементарных правил гигиены способно свести к минимуму опасность развития эшерихиозов.
За E. coli будущее!
«Роль бактерии в биологической инженерии и современной промышленной микробиологии неоценима. Ее генетически модифицированные штаммы синтезируют биологически активные молекулы, служат для биоиндикации, их используют для производства пластмассы и ее утилизации. Ученые планируют использовать E. coli в качестве носителя информации, так как 1 г бактерий может хранить в себе более 900 терабайтов информации, зашифрованной в ДНК. В бактериях будут выращивать детали для оптических компьютеров размером несколько нанометров и уже проводятся эксперименты по выращиванию кристаллов полупроводников внутри бактерий» — Татьяна Кривомаз, канд. биол. наук.
