Кишечная палочка это автотроф или гетеротроф
В будущем такая бактерия, возможно, поможет удерживать СО2 в атмосфере на приемлемом уровне.
Электронная микрофотография кишечной палочки. (Фото: NIH Image Gallery / Flickr.com)
‹
›
Все живые существа состоят из биомолекул – жиров, белков, углеводов, нуклеиновых кислот и пр., при этом очень многие такие молекулы организмы собирают сами из подручного сырья. Главное подручное сырьё – то, откуда берётся углерод. И здесь возможны две стратегии: либо углерод мы берём, поглощая и преобразуя органику, например, чужие жиры, белки, углеводы – и тогда нас называют гетеротрофными организмами; либо мы берём углерод из неорганического источника, например, из СО2 – и тогда мы называемся автотрофными организмами.
Самые известные автотрофы – растения: в их клетках есть набор реакций, который позволяет поглощать углекислый газ извне и сшивать его в органические молекулы; причём энергию для этих реакций растения берут от света. Гетеротрофы – животные и, например, грибы. И углерод, и энергию для синтеза собственных биомолекул гетеротрофы берут из одних и тех же органических веществ, которые каким-то образом п(р)оглотили. Среди бактерий есть и те, и другие, но, к примеру, кишечная палочка – это гетеротроф, предпочитающий углеводы.
Исследователи из Института Вейцмана превратили кишечную палочку из гетеротрофа в автотрофа – то есть заставили её вместо готовой органики поглощать углекислый газ. Естественно, её нужно было снабдить генами, которые кодировали бы нужные ферменты. Эти гены взяли у бактерий рода Pseudomonas – у тех видов Pseudomonas, которые способны поглощать СО2. Но сами по себе такие гены не подвигли бы кишечную палочку на то, чтобы стать автотрофом: для этого нужно было отключить у неё гены, которые необходимы для гетеротрофного образа жизни.
Из гетеротрофных генов отключили три, и заодно заставили бактерию жить на среде, бедной сахарами, но с большим количеством СО2. Вместо углеводов кишечной палочке дали муравьиную кислоту: она могла дать энергию для улавливания углекислого газа, но делать биомолекулы для внутреннего употребления из муравьиной кислоты было невозможно. То есть, если совсем точно, кишечную палочку попытались превратить в хемоавтотрофа – такого автотрофа, который пользуется химическим источником энергии для преобразования СО2 в органику. (Соответственно, если бы бактерию научили пользоваться светом, она бы стала фотоавтотрофом.)
Авторы работы надеялись, что дальше своё слово скажут изменчивость и отбор – в предложенных условиях активнее всего начнут размножаться те бактерии, которым мутации позволят вообще отказаться от питания готовыми сахарами (которых было ровно столько, чтобы не дать кишечным палочкам умереть с голоду и поддержать их эволюцию). Действительно, в статье в Cell говорится, что примерно через 300 дней бактерии оптимизировались и стали активно наращивать биомассу, пользуясь только углекислым газом и муравьиной кислотой. Для того, чтобы окончательно стать автотрофами, то есть чтобы отрегулировать собственные и чужие гены, которые ввели с помощью генной инженерии, бактериям понадобилось 11 мутаций. Некоторые из этих мутаций оказались в ферментах, оперирующих углекислым газом; роль других мутаций пока что вообще неясна.
Тут сама собой в голову приходит мысль, что у нас в руках появился уборщик углекислого газа из атмосферы. Однако та бактерия, которая у нас пока что есть, для этого не вполне подходит.
Во-первых, она эффективно поглощает СО2, только если его 10% в атмосфере, тогда как сейчас его, к счастью, всего 0,04.
Во-вторых, сама кишечная палочка тоже производит углекислый газ (в том числе из той же муравьиной кислоты), и производит она его больше, чем поглощает.
В-третьих, муравьиную кислоту в качестве источника энергии использовать вообще не очень удобно.
Но если кишечную палочку в принципе удалось заставить «есть» углекислый газ, то, возможно, в перспективе её удастся настроить так, чтобы она поглощала тот СО2, который уже есть в нашей атмосфере, и при этом в качестве энергии использовала не муравьиную кислоту, а какой-нибудь возобновляемый химический субстрат.
Источник
Все живые существа по типу питания можно разделить на два вида: автотрофы и гетеротрофы.
Каждый организм нуждается в питании для поддержания своей жизнедеятельности. Именно автотрофы составляют основу пищевой пирамиды, обеспечивая питательными веществами гетеротрофов.
Что же делать в такой ситуации ? Для начала советуем почитать эту статью. В данной статье подробно описываются методы борьбы с паразитами. Также рекомендуем обратиться к специалисту. Читать статью >>>
Тем не менее подобное деление в биологии весьма условно – между ними не всегда существует четкая грань. Некоторые организмы способны питаться и тем, и другим способом. Их называют миксотрофами.
Кто такие автотрофы
Автотрофы — это организмы, синтезирующие органические вещества из неорганических соединений. Все вещества, необходимые для развития и жизнедеятельности, они способны получить из окружающей среды.
Важнейший элемент, входящий в состав клеток любой формы жизни – углерод и его соединения. Для организмов, использующих автотрофный тип питания, его источником является углекислый газ.
Типы автотрофов
Существует два типа автотрофов: фотоавтотрофы и хемоавтотрофы.
Фотоавтотрофы
Фотоавтотрофы получают энергию от солнечного света и преобразуют ее в питательные вещества. Этот процесс называется фотосинтезом. В процессе фотосинтеза не только солнечный свет превращается в энергию, но из атмосферы также берется углекислый газ, а вместо него выделяется кислород.
Хемоавтотрофы
Хемоавтотрофы — это организмы, которые синтезируют органические вещества из неорганических при помощи хемосинтеза. Хемосинтез — это процесс, в результате которого некоторые бактерии и археи, преобразовывают химическую энергию в питательные вещества. Они могут использовать в качестве восстановителей такие неорганические соединения, как сероводород, сера, аммоний и железо, а также синтезировать органические соединения из углекислого газа. Хемоавтотрофы встречаются в экстремальной среде обитания, например, в глубоководных источниках, куда не проникает солнечный свет. К ним относятся метаногены, галофилы, нитрификаторы, термоацидофилы, сероокисляющие бактерии и другие экстремофилы.
Примеры автотрофов
Большинство растений относятся к автотрофам. Все автотрофные растения являются фотоавтотрофами. Растения имеют органеллы, называемые хлоропластами, которые позволяют им захватывать солнечный свет, необходимый для фотосинтеза. Растения также получают питательные вещества из воды, различных минеральных веществ в почве (таких как азот и фосфор) и углекислого газа в атмосфере.
Водоросли также имеют хлоропласты и являются фотоавтотрофами. Хотя водоросли выглядеть как растения, они довольно разные. Растения в основном ведут прикрепленный образ жизни — они пускают корни и не двигаются, как только начинают расти. Водорослям не нужно укоренять в одном месте. Кроме того, растения многоклеточные, тогда как водоросли могут быть как многоклеточными, так и одноклеточными.
К фотоавтотрофам и хемоавтотрофам также относятся некоторые бактерии. Цианобактерии, встречающиеся как в водной, так и наземной среде являются примером фотоавтотрофов. Они известны тем, что вызывают цветение воды, которое может быть очень токсичными. Примерами хемоавтотрофных бактерий являются азотфиксирующие бактерии в почве и сероокисляющие бактерии в глубоководных термальных жерлах.
Автотрофы – первые в цепочке
Слово «автотроф» имеет греческое происхождение и состоит из двух корней – «авто» – сам, и «трофи» – питание. Автотрофами называют организмы, способные потреблять неорганические вещества из окружающей среды и, используя их, синтезировать сложные органические соединения.
Автотрофы расположены на первой ступеньке пищевой цепи. Они являются источником того органического вещества, из которого состоит все живое на Земле. К автотрофам причисляют растения, водоросли и некоторые бактерии. Энергию, необходимую для синтеза органики, автотрофы получают либо от Солнца (процесс фотосинтеза), либо от химических реакций.
Гетеротрофы – едят то, что «приготовлено»
Сразу скажем, что мы, люди, относимся именно к гетеротрофным организмам. Слово «гетеротроф» образовано от двух древнегреческих корней – «гетерос» – «другой», и «трофи» – «питание». Название можно расшифровать так: гетеротрофы – это существа, которые питаются тем, что приготовили другие.
И в самом деле, гетеротрофные организмы способны усваивать только органические вещества. Они не могут самостоятельно синтезировать органику в своем теле, поэтому едят другие организмы или продукты их жизнедеятельности (распада). Пищеварение гетеротрофов устроено следующим образом: они потребляют органические вещества и расщепляют их с помощью специальных ферментов.
К гетеротрофам относятся бактерии, грибы, практически все животные и небольшая часть растений. Гетеротрофные организмы, в свою очередь, подразделяются на группы. По типу потребляемой пищи они делятся на консументы и редуценты. Этими сложными терминами в биологии обозначают достаточно простые понятия.
- Консументы – существа, потребляющие органику, созданную автотрофами, но не способные разлагать ее до состояния неорганических веществ. В эту группу входят животные, поедающие растения (травоядные), других животных (хищники), животные паразиты, некоторые микроорганизмы, а также паразитические и насекомоядные растения.
- Редуценты схожи с консументами тем, что для своего существования нуждаются в органике, синтезированной другими организмами (то есть являются гетеротрофами). Кардинальное отличие редуцентов состоит в способности этих существ перерабатывать продукты разложения других организмов и трансформировать их в неорганические соединения.
Это и есть важнейшая роль редуцентов в экологической системе. Ведь если бы останки всех погибших организмов сохранялись бы на поверхности Земли и не разрушались до неорганического состояния, то растения не получали бы питания и жизнь была бы невозможной. К редуцентам относят бактерии и грибы.
Размытые границы
Интересно, что четкой границы между различными категориями организмов нет, ведь все живое постоянно приспосабливается к условиям существования, вырабатывая новые, порой совершенно невероятные механизмы выживания. Существует большая группа миксотрофов, занимающих промежуточное положение между гетеротрофами и автотрофами.
К ним относятся, в частности, насекомоядные растения, например – венерина мухоловка. Это растение образует органику с помощью фотосинтеза, но часть питательных веществ получает из тел насекомых, которых успешно заманивает в особые ловушки.
Растения-гетеротрофы, являющиеся паразитами, научились извлекать пищу из других растений, поэтому полностью или частично утратили способность к фотосинтезу.
Ну а редуцентами в некоторой степени могут считаться все живые существа, ведь в процессе жизнедеятельности все живое выделяет воду, углекислый газ и простейшие органические соединения, то есть участвует в процессе разложения органики.
История с гетеротрофами и автотрофами лишний раз показывает, насколько сложно и интересно устроена жизнь на нашей планете и как бережно человек должен относиться к ней.
Победить паразитов можно!
Антипаразитарный комплекс® – Надежное и безопасное избавление от паразитов за 21 день!
- В состав входят только природные компоненты;
- Не вызывает побочных эффектов;
- Абсолютно безопасен;
- Защищает от паразитов печень, сердце, легкие, желудок, кожу;
- Выводит из организма продукты жизнедеятельности паразитов.
- Эффективно уничтожает большую часть видов гельминтов за 21 день.
Сейчас действует льготная программа на бесплатную упаковку. Читать мнение экспертов.
Интересно знать:
Список литературы
- Centers for Disease Controland Prevention. Brucellosis. Parasites. Ссылка
- Corbel M. J. Parasitic diseases // World Health Organization. Ссылка
- Young E. J. Best matches for intestinal parasites // Clinical Infectious Diseases. — 1995. Vol. 21. — P. 283-290. Ссылка
- Ющук Н.Д., Венгеров Ю. А. Инфекционные болезни: учебник. — 2-е издание. — М.: Медицина, 2003. — 544 с.
- Распространенность паразитарных болезней среди населения, 2009 / Коколова Л. М., Решетников А. Д., Платонов Т. А., Верховцева Л. А.
- Гельминты домашних плотоядных Воронежской области, 2011 / Никулин П. И., Ромашов Б. В.
Статья для пациентов с диагностированной доктором болезнью. Не заменяет приём врача и не может использоваться для самодиагностики.
Лучшие истории наших читателей
Тема: Во всех бедах виноваты паразиты!
От кого: Людмила С. (ludmil64@ya.ru)
Кому: Администрации Noparasites.ru
Не так давно мое состояние здоровья ухудшилось. Начала чувствовать постоянную усталость, появились головные боли, лень и какая-то бесконечная апатия. С ЖКТ тоже появились проблемы: вздутие, понос, боли и неприятный запах изо рта.
Думала, что это из-за тяжелой работы и надеялась, что само все пройдет. Но с каждым днем мне становилось все хуже. Врачи тоже ничего толком сказать не могли. Вроде как все в норме, но я-то чувствую, что мой организм не здоров.
Решила обратиться в частную клинику. Тут мне посоветовали на ряду с общими анализами, сдать анализ на паразитов. Так вот в одном из анализов у меня обнаружили паразитов. По словам врачей – это были глисты, которые есть у 90% людей и заражен практически каждый, в большей или меньшей степени.
Мне назначили курс противопаразитных лекарств. Но результатов мне это не дало. Через неделю мне подруга прислала ссылку на одну статью, где какой-то врач паразитолог делился реальными советами по борьбе с паразитами. Эта статья буквально спасла мою жизнь. Я выполнила все советы, что там были и через пару дней мне стало гораздо лучше!
Улучшилось пищеварение, прошли головные боли и появилась та жизненная энергия, которой мне так не хватало. Для надежности, я еще раз сдала анализы и никаких паразитов не обнаружили!
Кто хочет почистить свой организм от паразитов, причем неважно, какие виды этих тварей в вас живут – прочитайте эту статью, уверена на 100% вам поможет! Перейти к статье>>>
Надежное и эффективное средство для борьбы с глистами. Выводит всех паразитов за 21 день.
Как Избавить свой организм от опасных для жизни паразитов, пока не поздно!
Врач паразитолог рассказывает, каке существуют эффективные методы борьбы с гельминтами.
Поиск лекрств от паразитов
Источник
Израильские ученые получили штамм кишечной палочки (Escherichia coli), способный к автотрофному питанию, сообщается в Cell. Бактерии, полученные в лаборатории с помощью генной инженерии и селекции, способны создавать органические вещества из углекислого газа в ходе реакций цикла Кальвина. Ожидается, что такая кишечная палочка будет способствовать биосинтезу нужных человеку веществ в промышленных масштабах без отходов в виде диоксида углерода.
Биотехнология давно позволяет внедрять в ДНК бактерий гены других организмов и делать так, чтобы эти гены экспрессировались, а в результате их экспрессии образовывались нужные вещества. Так в промышленных масштабах получают ряд гормонов (инсулин, гормон роста соматотропин), аминокислоты и другие вещества. Большая часть бактерий, которые для этой цели используют, — гетеротрофы. Это означает, что для производства органических веществ им нужны другие органические вещества. Этим они отличаются от автотрофов, которым для создания органики подходит неорганическое сырье — углекислый газ (CO2). Автотрофы поглощают его из воздуха и включают в состав более крупных молекул, такой процесс называется фиксацией углерода.
Учитывая, что содержание CO2 в атмосфере планеты растет, и вместе с этим меняется климат, было бы неплохо перевести биопроизводство на безотходный режим, «научить» бактерии синтезировать органические вещества из углекислого газа, который они же сами (или еще и кто-то другой) и произвели при дыхании. Попытки это сделать уже предпринимали различные группы ученых, но полученным в ходе их экспериментов бактериям для фиксации углерода все же требовались некоторые органические вещества. В лучшем случае такие организмы формировали из диоксида углерода лишь треть биомассы.
Исследователи из Института Вейцмана под руководством Рона Майло (Ron Milo) вывели кишечную палочку, которая может использовать для производства органики только углекислый газ без добавления каких-либо органических веществ. Для этого они добавили в ДНК Escherichia coli гены ферментов, необходимых для реакций цикла Кальвина (в ходе них CO2 превращается в органические вещества), инактивировали часть ферментов, необходимых для нормального обмена веществ гетеротрофам, и поместили полученные бактерии в биореакторы, где атмосфера содержит 10 процентов углекислого газа, а не 0,4 процента, как земная.
Несколько поколений бактерий держали в биореакторах, добавляя в среду некоторое количество сахара ксилозы, чтобы микроорганизмы-гетеротрофы могли выжить. Ксилоза не самый удобный источник углерода, поэтому бактерии, способные получать углерод из углекислого газа, получали в такой среде преимущество. Впервые их выделили из биореакторов через 203 дня после запуска эксперимента, а к 340 дню все бактерии были способны использовать CO2 как материал для построения органических веществ.
Источником энергии для фиксации углерода служила реакция окисления муравьиной кислоты. Хотя это вещество относится к органическим, его атомы E. coli не включали в состав органических молекул, а значит, муравьиная кислота здесь по определению не поддерживала гетеротрофный метаболизм.
A — лабораторная эволюция модифицированных кишечных палочек от бактерий, которым для производства органических веществ нужна ксилоза, до автотрофов, которые получают энергию для синтеза органических веществ за счет окисления муравьиной кислоты (и синтез этот идет только из углекислого газа). B — ход лабораторной эволюции кишечной палочки. Зеленые точки показывают, как менялась доля зависимых от ксилозы бактерий с течением дней
Gleizer et al. / Cell, 2019
Эксперимент показал, что известные бактерии можно в обозримые сроки «настроить» так, чтобы они производили органические вещества только из углекислого газа. Правда, пока полученные кишечные палочки производят больше CO2 при окислении муравьиной кислоты, чем поглощают его для цикла Кальвина. К тому же, нет стопроцентной уверенности, что автотрофных Escherichia coli так же легко получится выращивать в промышленных масштабах, для изучения этого вопроса нужны новые исследования.
Кишечная палочка с измененным метаболизмом: в ней из углекислого газа образуются органические вещества (зеленый цикл), а энергию для этого получают окислением муравьиной кислоты (HCOOH, коричневые стрелки) под действием формиатдегидрогеназы (FDH)
Gleizer et al. / Cell, 2019
Обмен веществ у бактерий очень пластичен, и их геномы легко меняются, благодаря чему возможностями и потребностями этих организмов можно управлять в широких пределах. А E. coli — еще и наиболее изученный микроорганизм. Поэтому неудивительно, что именно на базе ее штаммов создали бактерии с лишними «буквами» в ДНК и, наоборот, клетки с недостающими «словами» генетического кода. Также кишечной палочкой пробовали заменять митохондрии в клетках дрожжей и даже превращали ее в источник жесткого рентгеновского излучения.
Светлана Ястребова
Источник