Mokslo sriuba: Bakterijos, virusai ir žmogaus mikrobiomas
Įvadas
Šiame straipsnyje panagrinėsime įvairius mikroorganizmus, įskaitant bakterijas ir virusus, bei jų poveikį žmonių sveikatai ir aplinkai. Aptarsime bakterijų atsparumą antibiotikams, virusų sukeliamas epidemijas, žmogaus mikrobiomą ir naujas antimikrobines technologijas, kurios gali padėti kovoti su patogenais.
Bakterijos: prisitaikymas ir pavojai
Acinetobacter baumannii: globali grėsmė
Acinetobacter baumannii bakterijos yra išplitusios daugelio šalių ligoninėse, įskaitant ir Lietuvos gydymo įstaigas. Šios bakterijos ypač išpopuliarėjo prasidėjus Irako karui, kai daug sužeistų kareivių užsikrėtė jomis lauko ligoninėse. Šiandien Acinetobacter baumannii turi globalią reikšmę - iki 70 proc. atvejų šie mikroorganizmai lemia sergančiųjų mirtį. Pagrindinė to priežastis - puikūs bakterijų sugebėjimai prisitaikyti prie aplinkos ir išgyventi nepalankiomis sąlygomis.
Atsparumas antibiotikams: auganti problema
Kiekvienais metais JAV išrašoma apie 150 milijonų antibiotikų receptų. Ligas sukeliančios bakterijos prisitaikė prie antibiotikų poveikio. Joms įveikti mokslininkai sukūrė naujų antibiotikų, tačiau bakterijos vėl prisitaikė. Pasaulio sveikatos organizacija perspėja, kad jei nebus imtasi ryžtingų veiksmų, laukia katastrofa.
Bakterijų gynyba nuo virusų: CRISPR-Cas9
Mažiausių savarankiškų gyvų organizmų - bakterijų - stebėjimas prasidėjo daugiau nei prieš 300 metų. Bakterijoms kenkia virusai - šie patekę į bakterijos vidų naudoja ją kaip puikią terpę daugintis ir taip sunaikina bakteriją. Profesoriaus V. Šikšnio laboratorijoje mokslininkai tiria, kaip bakterijos kovoja su virusais. Jie pastebėjo, jog bakterijos geba atpažinti tam tikras viruso DNR sekas ir ties jomis DNR perkirpti. Mokslininkai, supratę bakterijų gynybinį mechanizmą, ėmė galvoti, kaip tai pritaikyti praktikoje. Biochemikas Giedrius Gasiūnas išgryninęs Cas9 baltymą, pastebėjo, kad jis veikia kaip puikios DNR žirklės. Šias žirkles mokslininkai gali nukreipti tiksliai ten, kur jie nori, ir atlikti kirpimą. Tokiu būdu galima gydyti genetines ligas.
Virusai: epidemijos ir imunitetas
Virusų sukeltos epidemijos žmonijos istorijoje
Virusai žmonijos istorijoje yra sukėlę labai dideles epidemijas. Vien raupai XX a. nužudė beveik 300 mln. žmonių. O kur dar gripas, hepatitas, poliomielitas, tymai… Virusai yra neatskiriama mūsų gyvenimo dalis. Jie užkrečia ne tik žmones, bet ir gyvūnus, virusų turi augalai ir net bakterijos. Tai mūsų evoliucijos dalis.
Taip pat skaitykite: Pinigų spausdinimo technologijos ateitis
Skiepai: apsauga nuo virusinių ligų
Daugelio kadaise mirtinai pavojingų virusinių ligų nebebijome, nes mus apsaugo skiepai. Vakcina, imituodama ligos sukėlėją, sužadina mūsų imunitetą. Tokiu būdu gynybinės organizmo ląstelės tarsi per karines pratybas išmoksta virusą atpažinti ir, įvykus tikram puolimui, sunaikinti. Kai paplinta naujas virusas, nuo kurio vakcinos dar nėra, žmogaus imunitetui tenka veikti be išankstinio pasiruošimo.
Žmogaus mikrobiomas: mikroorganizmų įvairovė
Mikrobiomo svarba
Visur, kur mes esame, nešamės įvairius mikroorganizmus su savimi, norime to, ar ne. Žmogaus mikrobiotą sudaro įvairios bakterijos, virusai, eukariotai ir kiti mikroorganizmai, bendrai vadinami archėjomis. Šie mikrobai, randami ant odos, organizmo viduje, yra ypač svarbūs - prisideda prie medžiagų apykaitos ir imuninės sistemos funkcijų stiprinimo.
Mikrobai tarptautinėje kosminėje stotyje
Net ir visiškai sterilioje tarptautinėje kosminėje stotyje, kuri yra uždara, kartu su astronautų įgula atkeliauja ir gyvena tūkstančiai mikrobų. Grupė Jet Propulsion Labaratory (JPL) mokslininkų 2019 metais ištyrė tarptautinėje kosminėje stotyje (TKS) randamus mikroorganizmus, siekdami išsiaiškinti jų kilmę. Iš to mokslininkai padarė išvadą, jog dvi dažniausiai sutiktos bakterijos - Enterobacteriaceae ir Staphylococcaceae yra užaugusios žmogaus organizme, paprastai randamos ant odos, nosies, pilvo ertmėse. Šios sunkiai išvengiamos palydovės esant mikrogravitacijos sąlygoms keičia savybes ir tampa dar sunkiau išnaikinamos, nei Žemėje.
Mikrogravitacijos poveikis bakterijoms
Dar 2006 metais mikrobiologė Cheryl Nickerson atliko salmonelių bakterijų tyrimą. Šių bakterijų kolonija sandariame inde skrido Atlantis erdvėlaiviu, kur mikrogravitacijos sąlygomis praleido 11 dienų, o grįžus į Žemę, šiomis bakterijomis buvo užkrėsta šimtai tiriamųjų pelių. Tuo pat metu buvo vykdytas identiškas eksperimentas - salmonelės bakterijų kontrolinė grupė liko Žemėje, ja užkrėsta kita pelių kontrolinė grupė. Jau po kelių dienų paaiškėjo, jog kosmose užaugusia salmonele užkrėstos pelės susirgo dažniau ir pradėjo mirti dviem dienomis anksčiau už kontrolinės grupės peles. Tai buvo pirmasis in vivo eksperimentas, įrodęs suaktyvėjusį bakterijų pavojų po kosminio skrydžio.
Bioplėvelės kosminiuose laivuose
Brevundimonas sp. ESA1 bakterinių patogenų bioplėvelės dažnai formuojasi sunkiai pasiekiamose, drėgnose vietose - vamzdynuose, vidinėse sistemose, uždengtose plokštėmis, tarp elektronikos prietaisų, klimato kontrolės ir vandens perdirbimo sistemose. Susiformavus bioplėvelėms atsiranda reali grėsmė įrangos veiksmingumui ir astronautų sveikatai.
Taip pat skaitykite: Mokslo populiarinimas pasaulyje
Antimikrobinės technologijos
Savaiminio nusivalymo dangos
Europoje yra plėtojamos savaiminio nusivalymo dangos, paviršius padengiant titano oksidu. Titano oksidas, apšviestas UV šviesos, reaguoja su vandens garų lašeliais, esančiais ore ir skaido laisvuosius deguonies radikalus, kurie žudančiai veikia visas bakterijas.
Antimikrobinė fotodinaminė terapija
Kita puiki antimikrobinė technologija, tyrinėjama ir Lietuvoje, yra antimikrobinė fotodinaminė terapija. Šis metodas yra biologijos, chemijos ir fizikos bendradarbiavimo rezultatas, pirmą kartą pradėtas tyrinėti prieš kelis dešimtmečius ir jau taikomas medicinoje. Antimikrobinės fotodinaminės terapijos svarbiausi kompenentai: šviesai jautri medžiaga, vadinama fotosensibilizatoriumi, atitinkamo bangos ilgio šviesa fotosensibilizatoriui aktyvuoti ir deguonis. Sujungus šiems trims veiksniams į vieną, sužadinamos fotooksidacinės reakcijos, kurių metu išsiskiria ląsteles žudančios reaktyvaus deguonies formos. Šiuo metodu pasiekiamas norimas aukštesnis sterilumo lygis, naikinamos bakterinių patogenų bioplėvelės, randamos ant įvairių paviršių, maiste, vandenyje. Taip pat, naikinami net ir virusai, grybai - tai ypač platus veikimo spektras, lyginant su antibiotikais, veikiančiais tik prieš bakterijas. Kitas antimikrobinės fotodinaminės terapijos privalumas - minėtos ląsteles žudančios reaktyvaus deguonies formos išsiskiria vos per kelias sekundes, todėl procesas greitas ir veikia lokaliai vietas, padengtas fotosensibilizatoriumi.
Tyrimai Lietuvoje
Šią novatorišką technologiją tiria ir vysto Vilniaus universiteto mokslininkai, fizikos fakulteto fotonikos ir nanotechnologijų instituto apšvietimo grupėje, kuriai vadovauja dr. Pranciškus Vitta. Ši grupė tiria natūralius fotosensibilizatorius: maisto dažiklį, iš augalų išskiriamą chlorofiliną ir vitaminą B2 - riboflaviną. Tyrinėjant fotosensibilizatorius, mokslininkams svarbu sužinoti jų spektrines savybes, taip sužinoma apie jų sandarą, kaip šios savybės keičiasi kintant tirpalo koncentracijoms, vertinamas medžiagos stabilumas šviesoje. Tiriant šviesos sugerties spektrus fotometrijos metodais nustatoma, kuris šviesos bangos ilgis, kitaip tariant kokios spalvos šviesa geriausiai aktyvuos medžiagą ir atskleis didžiausią fotosensibilizatoriaus potencialą. Šis parametras yra labai svarbus renkantis, kurį fotosensibilizatorių geriausia naudoti pasirinktam pritaikymui, juk šios spalvos lempas teks sumontuoti kosminiame laive, norint taikyti inaktyvaciją fotodinamine terapija! Fotonikos ir nanotechnologijų instituto mokslininkė dr. Irina Buchovec teigia, jog netinkamai parinkta šviesa gali būti kenksminga žmogaus organizmui, kaip pavyzdžiui ultravioletinė spinduliuotė, galinti sukelti odos vėžį. Šios grupės tyrimuose naudojama mėlyna šviesa nekenkia žmogui bei prasiskverbia giliaus, nei ultravioletiniai spinduliai dėl ilgesnio bangos ilgio.
Antimikrobinė fotodinaminė terapija maisto pramonėje
Būtent natūralūs fotosensibilizatoriai turi potencialo sukelti revoliuciją maisto apsaugoje, nes natūraliu fotosensibilizatoriumi padengus šviežius maisto produktus ir reakciją suaktyvinus mėlyna šviesa, maistą būtų galima suvalgyti jo net nenuplovus! Tai neįtikėtinai naudinga siekiant kosmoso sąlygose pratęsti šviežių produktų galiojimo laiką, apsaugoti kosminėje stotyje augančius vaisius ir daržoves nuo ligų, ir taupyti ypač brangius vandens išteklius.
Penicilino atradimas: atsitiktinumas, pakeitęs mediciną
Tai įvyko 1928 m., kai anglų biologas Aleksanderis Flemingas po vasaros atostogų grįžo į darbą. Tyrėjas petri lėkštelėse augino bakterijų kultūras. Ir kažin kas jas užkrėtė. Šalia bakterijų stafilokokų augo nepageidaujamas pelėsinis grybas. Aplinkui grybą bakterijos nesidaugino. Mokslininkas suprato, kad grybo išskyros slopina bakterijų augimą. Toji medžiaga buvo pavadinta penicilinu.
Taip pat skaitykite: Renginiai Molėtuose: „Mokslo sriuba“
tags: #mokslo #sriuba #bakterijos