Биоремедиация, стимуляция роста, защита растений и забота об окружающей среде: возможности применения биосурфактантов

Биосурфактанты – поверхностно-активные вещества, вырабатываемые микроорганизмами. Они биодеградируемы, нетоксичны, и могут заменить синтетические сурфактанты. Биосурфактанты ускоряют разрушение загрязнителей почвы и рост растений, а также обладают противомикробной активностью. Пока получение биосурфактантов – достаточно дорогой процесс, но интерес к ним растёт в связи с возможностью их применения в охране окружающей среды, нефтяной, пищевой и фармацевтической промышленности вместо синтетических сурфактантов, поскольку они менее токсичны, активны в меньших концентрациях и синтезируются микроорганизмами из возобновляемых материалов. Продуцирующие сурфактанты бактерии находят в воде, в почве и на листьях растений, но, как правило, поиск продуцентов, синтезирующих их в больших количествах, ведут в загрязнённых тяжёлыми металлами и нефтепродуктами почвах. 

Как бактерии-биосенсоры находят загрязнители?

Биосенсоры это устройства, включающие биогенный распознающий элемент. Эта распознающая часть может состоять из клеток, антител, ДНК, РНК, ферментов и рецепторов. Биологический процесс трансформируется биосенсром в электрический или оптический сигнал, который можно принять и интерпретировать. Часто распознающем элементом являются белки, но их не всегда легко получить, и для работы их могут понадобится особые условия или кофакторы. Поэтому иногда проще отказаться от получения очищенных молекул и использовать в качестве чувствительного элемента целые клетки, например бактерии или дрожжи. Такие микроорганизмы-биосенсоры гораздо более стабильны и менее требовательны к условиям хранения, чем очищенные белки. Их получение требует меньших затрат, поскольку они не требуют сложных процедур очистки. Кроме того, они, как полноценные биологические системы, содержат сами по себе необходимые кофакторы, и их внутренняя среда - естественная для протекания биохимических превращений. Микроорганизмы используются в составе биосенсорных систем для решения различных задач, в частности – для выявления загрязнителей в окружающей среде.

Защита от распространения транспозонов и новый механизм РНК-регуляции - комплексы Piwi-piRNA

Распознавание своего и чужого генетического материала – основа защиты генома от мобильных элементов. По крайней мере, одна такая система описана у животных – это разнообразные piRNA и белки Pivi, взаимодействующие с ними. Белки Piwi (P-element induced wimpy testis) родственны белкам, участвующим в регуляции экспрессии, осуществляемой микроРНК. Впервые они были описаны в исследовании стволовых клеток гонад Drosophila melanogaster . Вскоре был найден особый класс РНК, взаимодействующий с этими белками – piRNA. Существует множество мобильных генетических элементов, с различными механизмами функционирования, система защиты клетки должна распознавать все эти варианты. Количество piRNA в геномах животных оценивается как несколько сотен тысяч на геном. Нарушения работы этих молекул ведут к потере у стволовых клеток, участвующих в гаметогенезе, способности к делению и стерильности животных. Кроме того, материнские piRNA могут переходить в потомство и участвовать в ингибировании транспозонов в клетках эмбриона.

Геном единичной клетки - новый уровень в понимании биологии микроорганизмов

Метагеномика позволила описать общий геном сообществ, и, путём анализа этих данных обнаружить присутствие ранее неописанных микроорганизмов и выяснить, какие процессы протекают в той или иной биологической системе. Количество некультивируемых, криптических микроорганизмов оказалось огромным. Это означает, что выделить их в культуру и узнать их свойства невозможно. Развитие технологий, однако, уже позволяет исследовать геном единичных клеток. Такая возможность – огромный шаг вперёд в понимании функционирования биологических систем. Теперь в сложном метагеноме, например, метагеноме кишечника человека или морской воды можно привязать те или иные гены, а значит, и функции, к определённым видам микроорганизмов. Конечно, это развивающиеся методики, использованные, пока, в отдельных исследованиях, тем не менее, первые их результаты уже опубликованы.