Каннибализм среди бактерий / светодиоды для автомобильных фар

Как известно, инстинкт самосохранения – один из самых сильных инстинктов у животных. И всё-таки очень трудно поверить в то, что профессор Ричард Лоусик (Richard Losick), микробиолог Гарвардского университета в Кеймбридже, штат Массачусетс, рассказывает о своих подопытных – бактериях:

Они становятся каннибалами! Они нападают на собственную родню, атакуют сородичей, повреждают их оболочки так, что те лопаются, и сами питаются высвободившейся протоплазмой. То есть они продолжают расти, пожирая себе подобных.

В лаборатории, которой заведует профессор Ричард Лоусик, одним из объектов изучения является микроорганизм, в обиходе именуемый сенной палочкой. Эта бактерия очень широко распространена в почве, на растительных остатках, в воздушной пыли. Иногда сенная палочка вызывает порчу пищевых продуктов, однако не принадлежит к возбудителям болезней, поражающих человека. Но есть у этой бактерии ряд свойств, уже давно привлекающих к ней пристальное внимание учёных. Профессор Лоусик поясняет:

Сенная палочка обладает примечательной способностью: оказавшись на грани голодной смерти, бактерия может перейти в покоящуюся форму, образовав так называемую эндоспору, и в этом состоянии пребывать десятилетиями, без какого-либо ущерба для себя выдерживая высокие температуры, высушивание, радиоактивное облучение, действие растворителей и прочие неблагоприятные факторы, безусловно вызывающие гибель обычных вегетативных бактерий. Спора сенной палочки – наверное, самая устойчивая к внешним воздействиям форма жизни на Земле.

Впрочем, этот микроб-рекордсмен – уникальный мастер выживания не только в экстремальных условиях. Всего несколько месяцев назад французские учёные из Национального института агрономических исследований в Париже во главе с Душко Эрлихом (Dusko Ehrlich) обнаружили, что при благоприятных внешних условиях сенная палочка обходится ничтожной частью своего наследственного материала: для нормальной жизни ей хватает 271 гена из имеющихся у неё более чем 4100. Остальные гены либо являются «дублёрами основных игроков», либо активируются только в экстремальных ситуациях. И вот теперь исследования, выполненные в лаборатории профессора Ричарда Лоусика, выявили ещё одно совершенно неожиданное свойство сенной палочки. Учёный поясняет:

Чтобы образовать спору, бактерии необходимо время – несколько часов – и много энергии. Для сенной палочки этот шаг – крайняя мера, самое последнее средство спасения от голодной смерти. Поэтому бактерия долго выжидает, всячески оттягивает момент спорообразования. И при этом, как мы теперь обнаружили, может даже стать каннибалом. Сенная палочка начинает вдруг синтезировать сильнейший антибиотик – смертельное оружие против себе подобных – и одновременно образует в своей клеточной оболочке молекулярный насос для транспортировки этой субстанции наружу. При этом у данной бактерии возникает иммунитет к разрушительному воздействию собственного яда, но бактерии-сородичи не в силах защититься и тотчас гибнут.

Награда для убийцы – усиленный рацион питания: клеточные мембраны подвергшихся атаке бактерий лопаются, протоплазма, содержащая ценные питательные вещества, вытекает наружу и сразу становится добычей агрессора. Этот акт каннибализма позволяет сенной палочке продолжить своё привычное существование, отложив мучительное превращение в безжизненную спору, дожидающуюся наступления лучших времён. Но возникает вопрос: какие из бактерий превращаются в убийц, а какие – нет? И напрашивается подозрение, что у сенных палочек, вопреки дарвинской теории эволюции с её принципом естественного отбора, выживает вовсе не сильнейший, а наоборот, слабейший: ведь выбор между голодной смертью и спорообразованием первым встаёт перед той сенной палочкой, которая оказалась неспособной добыть себе пропитание. И именно эта, слабейшая, бактерия побеждает в схватке за жизнь, первой запустив программу каннибализма?! Профессор Лоусик оценивает ситуацию иначе:

Я бы сказал так: побеждает быстрейший. Ведь в генетическом отношении все сенные палочки идентичны. Можно сказать, что это клетки-близнецы. Однако механизм спорообразования запускается в них не обязательно одновременно. Какая-то одна клетка опережает остальные, она первой переключается на синтез антибиотика и становится каннибалом, убивая более медлительных сородичей.

Но это ещё не всё. Можно лишь поражаться если не прозорливости, то интуиции видного учёного 19-го века, основателя современной бактериологии Фердинанда Юлиуса Кона (Ferdinand Julius Cohn): давая сенной палочке латинское название «Bacillus subtilis», он и сам, вероятно, не догадывался, сколь удачен его выбор. «Bacillus», то есть «палочка», – это понятно: бациллами сегодня именуют любые бактерии палочковидной формы; а вот слово «subtilis» имеет два значения – «тонкая» и «изысканная». Бактерия «Bacillus subtilis» не только по форме представляет собой тонкую палочку, но и действует, можно казать, изысканно и утончённо. Превращаясь в каннибала, она синтезирует не только яд-антибиотик, но и ещё одну субстанцию, также выводимую сквозь клеточную мембрану наружу посредством молекулярного насоса. Этот белок – Ричард Лоусик называет его сигнальным – выполняет функцию кофактора, усиливающего действие антибиотика. В результате все соседние сенные палочки становятся более восприимчивыми к яду, выделяемому клеткой-каннибалом. Эта субстанция особенно интересует учёных, – поясняет профессор Лоусик:

Вполне может быть, что и некоторые известные патогены среди бактерий реагируют на этот сигнальный белок. Если окажется, что это действительно так, то можно будет попытаться искусственно синтезировать это вещество и попробовать применить его как дополнительный лекарственный препарат, повышающий эффективность имеющихся антибиотиков.

А теперь обратимся к исследованию, проведённому коллегами и соседями профессора Лоусика – группой микробиологов во главе с профессором Тоддом Райдером (Todd Rider) из Массачусетского технологического института в том же самом Кеймбридже. В рамках программы мер по борьбе с биотерроризмом учёные задумали на базе живых лимфоцитов разработать экспресс-тесты, способные быстро выявлять возбудителей наиболее опасных инфекционных заболеваний. Как известно, лимфоциты являются одной из разновидностей лейкоцитов, то есть белых клеток крови, и принимают участие в иммунных реакциях организма. Профессора и его коллег интересовали, прежде всего, так называемые В-лимфоциты, вырабатывающие специальные циркулирующие в крови антитела. Учёным удалось генетически модифицировать В-лимфоциты таким образом, что при встрече с возбудителями болезней они начинают светиться. Профессор Райдер поясняет:

У нас уже есть прототипы. Они состоят из двух компонентов: собственно клеток, регистрирующих наличие патогенов, и вспомогательной системы, которая, во-первых, поддерживает жизнеобеспечение клеток наподобие чаши Петри, а во-вторых, измеряет интенсивность люминесцентного свечения. На сегодняшний день нам удалось культивировать 12 линий клеток, способных идентифицировать тот или иной патоген, в том числе возбудителей оспы, сибирской язвы, ящура. Наши системы представляют интерес не только как средство борьбы с биотерроризмом, но и для медицинских и природоохранных целей.

Созданные Райдером сенсоры обладают высокой чувствительностью, выявляя патогены даже в очень малой концентрации. Взяв за основу одну из стандартных лабораторных линий мышиных В-лимфоцитов, исследователи внедрили в них гены, ответственные за образование тех или иных антител. Источником этих генов стали мыши, у которых был предварительно выработан иммунитет к соответствующей инфекции. А чтобы такие трансгенные лимфоциты в случае тревоги светились, учёные внедрили в них ещё и ген одного из низших морских животных. Профессор Райдер говорит:

У белых клеток крови эти антитела расположены на поверхности мембраны. Они выполняют функцию рецепторов, своего рода антенн, настроенных на поиск определённого патогена. На наличие патогена, будь то бактерия или вирус, клетка реагирует целым каскадом сигналов. В результате в мембране открывается ионный канал, и через него внутрь лимфоцита начинает поступать кальций, так что интенсивность кальциевого обмена вдруг резко возрастает – в 10-20 раз. Это, в свою очередь, активирует ген, который мы позаимствовали у медузы. И белая клетка крови начинает светиться.

Пытаясь справиться с эпидемией атипичной пневмонии, микробиологи всего мира для обнаружения возбудителя инфекции – корона-вируса – использовали метод генетической идентификации – так называемую полимеразную цепную реакцию, именуемую также специфической амплификацией ДНК. Этот метод очень надёжен, но трудоёмок, дорог и требует много времени. Тодд Райдер, по его собственным словам, уже 5 лет назад обратил внимание на то, что учёные, занятые поиском новых методов биоанализа, крайне редко заимствуют решения у природы:

Я хотел найти быстрый и высокочувствительный метод идентификации бактерий и вирусов. Полимеразная цепная реакция – метод искусственный, технический, в природе всё происходит совсем не так. И я был очень удивлён, что никому, похоже, не пришла в голову идея воспроизвести метод, который используют лимфоциты для распознавания патогенов.

Сегодня метод профессора Райдера функционирует – быстро и надёжно. Таким образом, он годится для массового обследования больших групп населения. Учёный не без гордости говорит:

Наш метод по чувствительности не уступает полимеразной цепной реакции, но он гораздо быстрее, а потому больше подходит для повседневной практики. Полимеразная цепная реакция даёт результат лишь через несколько часов, а наш метод – через одну минуту. Конечно, бывают ситуации, когда ошибка совершенно недопустима, когда необходима абсолютная уверенность в том, что патоген идентифицирован верно. В таких случаях можно провести и контрольный тест. То есть разумное сочетание нашего метода с методом полимеразной цепной реакции позволит обеспечить быструю и надёжную идентификацию возбудителей болезней.

Автомобильная рубрика

Время традиционных фар с лампочками накаливания, даже галогеновыми, прошло. Им на смену приходят светодиоды. Уже сегодня показатели светоотдачи таких приборов сопоставимы с аналогичными показателями галогеновых ламп, хотя размеры самих светодиодов сравнимы разве что с размерами чипов. Мощный световой поток они дают, если их соединить в цепочку. Так, «пакет» из 20-ти штук способен заменить переднюю фару – первые разработки уже есть у компании «Osram». Автомобилестроительный концерн «Audi», например, поставил такую фару на свой прототип «Nuvolari».

У светодиодной техники сразу несколько преимуществ. Во-первых, она даёт больше простора для фантазии дизайнерам, поскольку светодиодные пакеты значительно компактнее. Это доказывает, например, экспериментальная модель «Enjoy» дизайнерского бюро «Pininfarina». Там передние фары выполнены как глаза рептилий. Два таких раскосых глаза хорошо заметны – они выделяют машину «из толпы» и днём, и ночью. Такое «лица необщее выраженье» – всегда большой плюс для имиджа машины и её владельца.

Во-вторых, светодиодные фары дают дополнительные возможности и инженерам. Поскольку светодиоды создают узкий направленный пучок света, отпадает необходимость в отражателях, что опять же сильно экономит место. К тому же светодиоды расходуют значительно меньше энергии, чем лампы накаливания, и могут жить вечно, то есть пока живёт машина.

Это теория. На практике всё пока несколько сложнее. Прежде всего, они дороги – одна фара стоит около полутысячи евро. Кроме того, невысока степень надёжности светодиодов. Скажем, во время годичных испытаний в мюнхенском метро треть электроприборов вышли из строя, поскольку перегревались. Сами по себе светодиоды греются не сильно, но поскольку для создания мощных потоков света нужны достаточно большие площади, то сильно возрастает и температура, а светодиоды не могут работать при температуре выше 120-ти градусов. Не совсем пока ясно и то, как можно сформировать и направить поток света фары в нужном направлении, ведь ни отражатель, ни линзы здесь не помогут. Отражатель бесполезен, поскольку светодиод отбрасывает свет только вперёд – в отличие от лампы накаливания, которая светит во все стороны. А если ставить линзу, то конструкция не будет отличаться от конструкции обычной фары. Пока, на следующие два года, конструкторы ставят перед собой задачу создать противотуманные фары на светодиодах. Ближний свет такого типа появится не ранее 2007-го года.

Итальянская «Lancia» представила концептуальный автомобиль, получивший название «Granturismo Stilnovo». В новинке создатели попытались объединить функциональность и комфорт лимузина с внешностью и динамикой спорт-купе. К слову сказать, в 70-80-е годы «Lancia» уже выпускала подобный гибрид из купе и универсала под названием «Lancia Вeta HPE». Сейчас эту нишу на рынке занимает «BMW Z3 Coupe».

Но вернемся к «Granturismo Stilnovo». Новинка разработана в сотрудничестве с кузовными ателье «Carrozzeria Maggiora» и «Studio Cacerano», которые уже не одно десятилетие сотрудничают с компанией «Lancia».

Четырёхместный автомобиль выполнен в новом дизайн-стиле компании, который сейчас активно развивается, находя воплощение в последних серийных и концептуальных разработках. Конечно, в облике концепта виден стиль 50-60-х годов, проглядываются линии и черты, заложенные родоначальником стиля «Lancia Thesis», но также отчетливо видно, что концепткар получил новое дизайн-направление, которое в корне отличается от традиционного стиля компании. Можно сказать, что «Granturismo Stilnovo» – это появление новых форм и освежение стиля в классе компактных авто.

Однообъёмный двухдверный кузов новинки выглядит динамичным и спортивным. Крыша – полностью стеклянная, а в виде сбоку стоит отметить необычно поднимающуюся линию окна и чёткую широкую плечевую линию, начинающуюся от передних фар и идущую вплоть до вертикальных задних фонарей, которые, в свою очередь, плавно «затекают» на нее. «Granturismo Stilnovo» не имеет центральной и задней стоек. Таким образом, оконное стекло нигде не прерывает своей линии и плавно переходит на окно уже задней двери.

Сложный по форме большой передний блок фар с необычными светильниками составляет с кузовом одно целое, то есть как бы является его продолжением. В дизайне передка обращает на себя внимание также большая классическая для этой компании радиаторная решётка, напоминающая по форме крылья птицы. В целом оформление передней и задней частей кузова выполнено в том же стиле, что и у компактного городского хэтчбека «Lancia Ypsilon».

Компания сообщает, что именно «эти вышеперечисленные детали и будут характеризовать будущие модели Lancia».

Информация о технической начинке этого интересного автомобиля пока не публикуется, однако вполне возможно, что «Stilnovo» будет комплектоваться шестицилиндровым двигателем мощностью более 200 лошадиных сил из семейства моторов компании «Fiat».

Представители компании заявляют, что при создании этого автомобиля ставилась цель определить дальнейшее развитие стиля марки «Lancia» и «обкатать» некоторые дизайнерские решения, которые уже скоро могут появиться на других – серийных – моделях. Между тем, возможности появления подобного автомобиля в серийном производстве, пусть и в далёком будущем, в компании «Lancia» также не отрицают.