Существуют бактерии, способные окислять нефть — их можно использовать для очистки от загрязнений. Но в процессе окисления вырабатываются активные формы кислорода. Они вызывают окислительный стресс, повреждающий бактериальные клетки. Исследователи Академии биологии и биотехнологий ЮФУ обнаружили, что такой стресс активирует антиоксидантную защиту — это позволяет им лучше перерабатывать нефть.
Нефтяное пятно в Тиморском море в сентябре 2009 года / © NASA Earth Observatory, en.wikipedia.org
Исследование опубликовано в журнале Microbiological Research. Бактерия Rhodococcus erythropolis способна окислять и разлагать нефть в почве — ее используют для того, чтобы справляться с подобными загрязнениями. Она приспосабливается к разным углеводородам, чтобы питаться ими и жить в таком субстрате. Но их присутствие в почве вызывает у бактерии окислительный стресс — он повреждает компоненты бактериальной клетки (в том числе ДНК) и губителен для этого организма.
Ученые ЮФУ выяснили, что в ответ на этот стресс бактерия Rhodococcus erythropolis (как все остальные бактерии) способна вырабатывать антиоксидантные ферменты, которые позволяют ей выживать в таких условиях. Однако наряду с активацией регулонов [группа совместно регулируемых генов] антиоксидантной защиты происходит индукция и других стрессовых регулонов, таких как SOS-ответ, SigF и SigH регулоны. Более того, разные углеводороды вызывают у бактерии разную реакцию — в зависимости от субстрата клетка синтезирует антиоксидантные и репарирующие (восстанавливающие поврежденную ДНК) ферменты в разных количествах. В числе репарирующих ДНК ферментов синтезируются транслезионные (мутагенные) ДНК-полимеразы.
В результате в ответ на стресс ускоряется мутагенез и горизонтальный перенос генов между разными бактериями — а это и есть механизмы, обеспечивающие эволюцию. В результате естественного отбора выигрывают наиболее приспособленные варианты бактерий. Получается, бактерии, когда перерабатывают углеводороды, эволюционируют для того, чтобы окислять их еще эффективней — и безо всякой генной инженерии!
«Серьезные эволюционные изменения у бактерий происходят за сроки, совершенно микроскопические с точки зрения эволюции. Исследование механизмов эволюционных процессов, тем более таких стремительных, которые можно наблюдать при жизни одного поколения человечества, будут актуальны всегда», — рассказывает ведущий научный сотрудник лаборатории экологии и молекулярной биологии микроорганизмов, профессор кафедры биохимии и микробиологии АБиБ ЮФУ, доктор биологических наук Иван Сазыкин.
Но Rhodococcus erythropolis — не единственная бактерия, эволюция которой позволяет нам использовать ее во благо человечества. Например, в Японии в 2016 году выделили бактерию, способную за полгода «съесть» пластиковую бутылку. Именно всестороннее развитие биотехнологии и изучение бактерий помогут нам уменьшить антропогенное воздействие на природу.
