Роскачество обнаружило в молоке кишечную палочку

Роскачество обнаружило в молоке кишечную палочку

С какой скоростью размножаются бактерии?

Всё живое и неживое обязано подчиняться законам физики — в том числе второму началу термодинамики, гласящему, что энтропия изолированной системы не может уменьшаться. На первый взгляд, высокоорганизованные многоклеточные организмы существуют вопреки этому закону «неубывания беспорядка», но на самом деле тепло, выделяемое ими, увеличивает энтропию вселенной, и второй закон термодинамики не нарушается. Тем не менее в этой области остается множество вопросов. Сколько тепла должна выделять клетка во внешнее пространство, чтобы компенсировать свою внутреннюю упорядоченность с точки зрения термодинамики? Как близко подходят клетки к пределу, установленному вторым законом термодинамики?

Джереми Ингланд (Jeremy England), физик из MIT, смоделировал процесс размножения кишечной палочки (E.coli). Приняв в расчет устройство бактериальной клетки, особенности воспроизводства и скорость роста, ученый рассчитал минимальное количество тепла, которое E. coli должна выделять в окружающее пространство, чтобы не нарушать второй закон термодинамики. Фактическое значение теплоотдачи оказалось примерно того же порядка, что и теоретическое: бактерия «обогревала» окружающую среду всего в шесть раз сильнее, чем ей велит термодинамика. Для биологической системы это довольно высокая эффективность.

Ингланд использовал метод статистический механики (расчет вероятности различных вариантов взаимного расположения атомов и молекул), чтобы смоделировать 20-минутный процесс размножения E. coli, в ходе которого бактерия потребляет много пищи, преобразует её в энергию, перестраивает и упорядочивает свои молекулы (в том числе белки и ДНК), а в конечном итоге делится на две клетки.

Чтобы исследовать термодинамику этого процесса, Ингланд решил смоделировать обратную ситуацию, когда две клетки сливаются в одну. Это событие настолько маловероятно, что в природе, скорее всего, так никогда и не случится. Численно эту вероятность можно оценить, рассчитав вероятности обращения вспять всех химических реакций, необходимых для деления бактериальной клетки. Наиболее распространенная из таких реакций — образование пептидных связей. Вероятность того, что эта реакция самопроизвольно пойдет в обратном направлении, настолько мала, что в некоторой абстрактной «вечной» клетке это событие будет происходить лишь раз в 600 лет. А спонтанного разрыва всех 1,6 млрд пептидных связей, присутствующих в бактериальной клетке, пришлось бы ждать намного дольше. Рассчитав энергию, необходимую для разрушения этих связей, и время, за которое этот процесс мог бы пройти самопроизвольно, Ингланд оценил теоретические параметры и обратного процесса — деления клетки с образованием полного набора пептидных связей.

Оказалось, что расчетная величина составляет чуть больше одной шестой от того количества теплоты, которое бактерия выделяет в окружающее пространство в единицу времени. Теоретически бактерии могли бы размножаться и быстрее, но Ингланд считает, что они вряд ли будут эволюционировать, увеличивая эффективность воспроизводства, — у бактерий есть множество других «внутриклеточных задач». А вот для специалистов в области синтетической биологии расчеты Ингланда могут оказаться весьма интересными: они демонстрируют возможность создания микроорганизмов, которые делятся быстрее своих немодифицированных собратьев.

Читайте также:  Полиоксидоний – инструкция по применению, дозы, показания

Ингланд считает, что его работа также косвенно указывает на причины, по которым именно ДНК, а не РНК эволюционировала в качестве носителя генетической информации: связи в ДНК более прочные и менее подвержены спонтанному разрушению. С другой стороны, «термодинамический барьер» для организмов, полагающихся на РНК, ниже. Они могут размножаться быстрее, эволюционируя и используя все имеющиеся ресурсы.

Ученые выяснили, что кишечная палочка использует для питания лактозой «нецелевые» гены

МОСКВА, 1 марта. /ТАСС/. Группа ученых под руководством профессора Сколтеха Михаила Гельфанда открыла неизвестный ранее способ переработки лактозы бактерией Escherichia coli (кишечная палочка), обитающей в кишечнике человека и других млекопитающих. Бактерия задействует при этом гены, которые предназначены для метаболизма других веществ. Результаты исследования опубликованы в журнале Scientific Reports.

«Полученные результаты говорят о возможной мультифункциональности ферментов, ранее считавшихся очень узкоспециализированными, и поднимает целый ряд дополнительных вопросов об их биохимических характеристиках, специфичности и сродству ко всем возможным субстратам», — отмечается в пресс-релизе.

Самая привычная пища для кишечной палочки — глюкоза, но в ее отсутствие бактерия может перейти на другие вещества, например на лактозу. Кишечная палочка может быстро, в течение нескольких часов, переключаться с одного «корма» на другой, благодаря тому, что гены, отвечающие за определенные задачи — например, за усвоение лактозы — не разбросаны по всей бактериальной хромосоме, а собраны в группы, опероны. Такая организация помогает легко регулировать работу генов и выключать ненужные гены при необходимости, переключаясь с переработки глюкозы на переработку лактозы.

Раньше считалось, что у кишечной палочки есть только один метаболический путь усвоения лактозы, но ученые обнаружили, что оперон, который нужен кишечной палочке для распада серосодержащих углеводов очень похож по взаимному расположению генов на оперон у других бактерий — бацилл, который отвечает за переработку лактозы.

Ученые предположили, что этот оперон у кишечной палочки может тоже участвовать в утилизации лактозы и эксперимент подтвердил догадку, показав, что генов, которые обеспечивают метаболизм сероуглеродов, участвуют в переработке лактозы. Гены работали, когда в среде присутствовала лактоза, и выключались при ее отсутствии. Более того, даже если выключить классический путь переработки лактозы, бактерии могли расти и размножаться на лактозе за счет нового пути.

Как пишут ученые в статье, исследованный ими случай является примером успешного предсказания функций генов, основанного на их расположении в геноме. «Эта история показывает силу интеграции биоинформатических и экспериментальных методов при решении типичных молекулярно-биологических задач», — сказал профессор Михаил Гельфанд.

Кишечная палочка – Escherichia coli (эшерихия коли). Две стороны одной медали

Кишечная палочка (Escherichia coli, E. coli, эшерихия коли)

Кишечная палочка является представителем нормального бактериального состава (микрофлоры) человеческого желудочно-кишечного тракта. Младенец получает эшерихию коли от мамы в момент рождения, а впоследствии размножается и сохраняется на протяжении всей жизни. В толстом отделе кишечника, где преимущественно локализуются эти бактерии, они выполняют несколько весьма важных функций: защита от патогенных и сдерживание роста условно-патогенных микроорганизмов; синтез витаминов К, В2, В3, В5, В6, В9, B12; расщепляют молочный сахар (лактозу); принимают участие в переваривании белков и углеводов; участвуют в переработке холестерина, желчных и жирных кислот; ассимилируют кислород, способствуя развитию лакто-и бифидобактерий, которые очень не любят этот газ. К слову, у детей до 1 года эшерихия коли в норме может встречаться даже во рту. Это связано со слабым развитием клапанного аппарата желудочно-кишечного тракта. Единичные экземпляры Escherichia coli находятся и во влагалище. Изменение количества кишечной палочки в сторону увеличения или уменьшения по сравнению с нормой (минимум – 10 6 , максимум – 10 8 ) расценивается как дисбактериоз первой степени. А одним из первых виновников дисбактериозов является снижение иммунитета, которое зачастую может быть спровоцировано нарушением нормальной микрофлоры. Ведь баланс микроорганизмов – как чаши весов. Уменьшается количество лакто-и бифидобактерий, увеличивается концентрация других микробов. Поэтому в лечении эшерихиозных дисбактериозов немаловажную роль играют пробиотики и препараты из молочнокислых бактерий.

Читайте также:  Плавающие помутнения - Заболевания глаз - Справочник MSD Профессиональная версия

Помимо своих полезных свойств, эшерихии могут таить опасность для человека. Дело все в том, что вид Escherichia coli включает в себя множество разновидностей. Каждая эшерихия имеет антигены – капсульный, который обозначается буквой «К», соматический – «О», жгутиковый «Н». В советские времена и, по традиции, до сих пор на постсоветском пространстве разновидности (серовары) Escherichia coli принято обозначать по соматическому и капсульному антигену. Нарпимер, Escherichia coli О26 : К60, тогда как в западной систематике та же самая эшерихия будет обозначаться Е. coli О26 : Н2. Поэтому если вы сделали анализы на патогенные эшерихии в лабораториях России или Украины, а потом повторили их, допустим, в США, то результаты могут быть отображены по разному.

Наряду с большим количеством полезных для организма сероваров Escherichia coli существует около полутора сотен патогенных, которые могут вызывать заболевания. Мы говорим, что они «могут вызывать», поскольку их вредное влияние нейтрализуется иммунной системой и микрофлорой, если эти патогенные эшерихии находятся в кишечнике в небольших количествах. Человек может быть носителем патогенных эшерихий и даже не подозревать об этом, «награждая» инфекцией окружающих. Поэтому у нас принято перед приемом на работу и после приема, с определенной периодичностью, проверять работников отдельных коммунальных сфер на патогенные энтеробактерии, в том числе и на кишечную палочку. Делается это в целях профилактики вспышек эшерихиозов.

Патогенные E. coli подразделяют на 4 группы: энтеропатогенные (английское сокращение –EPEC), энетротоксигенные (ETEC), энтероинвазивные (EIEC) и энтерогеморрагические (EHECилиVTEC).

Энтеротоксигенные эшерихии колонизируют тонкий кишечник и вызывают холероподобные заболевания. Носительство после выздоровления не формируется. Чаще всего встречаются в Индии. У нас – в южных регионах. Источники заражения – пища и вода. Пик заболеваемости приходится на детей от года до трех лет. Заражающая доза – 10 8 – 10 9 бактерий, или иначе – колониеобразующих единиц (КОЕ), в 1г кала.

Читайте также:  Почему рвутся презервативы — ЗдоровьеИнфо

Энтероинвазивные Escherichia coli, такие как О136, О159, О167, О28, О29, О112, О124 : Н30, О124 : Н32, имеют такой же фактор патогенности как у шигелл – бактерий, вызывающих дизентерию. Поэтому симптоматика заболевания напоминает дизентерию. У больного наблюдается непродолжительная водянистая диарея, которая к концу первых суток заканчивается «дизентерийным плевком» – комком слизи. В отличие от предыдущей группы, заболевание, вызванное энтероинвазивными E. coli характеризуется очень высокой температурой и продолжительностью (острый период – до двух недель). Встречаются EIEC повсеместно, заражение происходит также в основном через пищу и воду. Колонизируют толстый кишечник. Чаще всего болеют дети до 2-ух лет. Заражающая доза – 10 5 КОЕ в 1г кала.

Энтеропатогенные эшерихии вызывают инфекции, по симптоматике заболевания сходные с сальмонеллезом. Заражающая концентрация – от 10 5 до 10 10 КОЕ/г. Дети чаще всего получают внутрибольничные штаммы EPEC, либо заражаются контактно-бытовым путем (полотенца, постельное белье). Взрослые приобретают энтеропатогенных эшерихий через продукты. В Соединенных Штатах Америки энтеропатогенные E. Coli стоят на первом месте среди кишечных заболеваний детей. Симптомы: водянистая диарея, тошнота, рвота. Заболевание длительное – до 15 дней. Может формироваться носительство после выздоровления.

Самая опасная, но, к счастью, наиболее редкая группа – энтерогеморрагические или веротоксические эшерихии. К ним относится пока одна серогруппа – О157:Н7. Открыты они были впервые в 80-ых годах и первая вспышка произошла в США (в доме престарелых, через плохо прожаренные гамбургеры). Потом – в Японии. Причем в одном офисном здании заболели практически 1000 человек (ели каракатиц, которые были выловлены в прибрежной зоне). На 30 лет человечество забыло об этом кошмаре, но в 2011 году Европу всколыхнула весть об эпидемии энтерогеморрагической Escherichia coli. Ходят слухи, что происхождение EHEC имеет искусственный характер (бакоружие или неудачные опыты по генной модификации), но это – всего лишь предположение. Фактор патогенности – шигеллоподобный токсин, который превосходит по токсичности шигеллезный в сотни раз. “Ареал обитания” – толстый кишечник. Клиническая картина при заболевании следующая: боли в животе, холероподобная диарея, которая в течение нескольких часов переходит в кровавый понос. Если нет острой почечной недостаточности, в комплексе с низким содержанием тромбоцитов и анемией (все это называется гемолитико-уремическим синдромом, или ГУС), то в течение одной – двух недель больного лечат детоксическими препаратами. Лечение антибиотиками категорически не рекомендуется!

Профилактика всех эшерихиозов: соблюдение гигиенических норм, таких как мытье рук, овощей и фруктов, причем желательно их термически обрабатывать (хотя бы ошпаривать); не есть из одной посуды с несколькими людьми; иметь личные предметы гигиены. Желательно также периодически принимать пробиотики (с предварительной консультацией у врача-гастроэнтеролога) для укрепления защитных сил организма.

Ссылка на основную публикацию
Ромашка при цистите прием внутрь (настои, отвары, чай), наружное применение (ванны, спринцевание, по
Опасное лекарство: как аптечная ромашка может навредить здоровью Настои и отвары ромашки аптечной традиционно используются в домашних условиях для снятия...
Род Аспергилл (Aspergillus) — это
Aspergillus niger (плесневый гриб, аллерген m33), IgE антитела, кровь Специальной подготовки не требуется Исследуемый материал: Взятие крови Aspergillus niger -...
Родильный дом №4 Правила подготовки к диагностическим исследованиям г
Как правильно сдавать общий анализ мочи: требования к подготовке и сбору Несмотря на то, что в поликлинике объясняют, как собирать...
Роскачество обнаружило в молоке кишечную палочку
С какой скоростью размножаются бактерии? Всё живое и неживое обязано подчиняться законам физики — в том числе второму началу термодинамики,...
Adblock detector