Живое и неживое. В поисках определения жизни - Карл Циммер
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
«Вот ваша зона стерильности», – объявила она.
Пока я работал в пределах этой зоны, мне не грозила никакая невидимая жизнь, которая могла испортить мой эксперимент. Бактерии и споры грибков, реющие в воздухе, сгорят, прежде чем смогут попасть в мои пробирки и чашки и вытеснить мою псевдомонаду.
Я пометил набор пластиковых пробирок цифрами и буквами. Взяв пипетку, я впрыснул жидкость в пробирки с питательными веществами, необходимыми для роста псевдомонады. Когда я случайно задел кончиком пипетки столешницу, Отт заставила меня прерваться и заменить ее на новую. На пипетку могли попасть микробы, налетевшие на стол после того, как я его простерилизовал, и они могли расплодиться в моих пробирках.
«Существует целый спектр паранойи, – сказала Отт, – и у меня – крайнее его проявление».
Как только я наполнил все пробирки, Отт велела мне облить спиртом пинцет и затем сунуть его в пламя бунзеновской горелки. Спирт вспыхнул синим и выгорел. Я опустил простерилизованный пинцет в пакетик с бусинами, стал вынимать их по одной и бросать в пробирки.
Теперь пора было добавить туда бактерии. Отт вручила мне бактериологическую петлю – длинную жесткую проволочку, которая заканчивалась едва заметным колечком. Я опалил ее над пламенем, поднял крышку с одной из чашек Петри и подцепил комочек величиной с булавочную головку. Теперь на кончике петли были миллионы генетически идентичных представителей Pseudomonas fluorescens штамма SBW25, некогда выделенного учеными из сахарной свеклы на одной английской ферме.
Я поместил бактерии в пробирку, снова простерилизовал петлю и засеял следующий сосудик. Когда я заселил бактериями все пробирки, Отт поставила их в лоток, который поместила на платформу внутри инкубатора величиной с холодильник. Она повернула выключатель, и платформа начала вращаться, перемешивая жидкость в пробирках.
На следующий день эти пробирки из прозрачных стали мутными благодаря миллиардам бактерий, размножившихся за ночь. Еще больше глаз радовался тому, как выглядели бусины. Псевдомонада покрыла их слизистой пленкой.
Для микробиологов эта слизь – архитектурное чудо. Когда псевдомонада оседает на какой-либо поверхности, сие событие регистрируется белками на ее мембране. Они меняют конфигурацию, и это изменение влечет за собой изменения белков, плавающих внутри микробной клетки. Начинается каскад молекулярных кульбитов, которые в конце концов приводят к тому, что бактерия запускает в работу определенный набор генов. С помощью этих генов она синтезирует белки, которые затем переправляет к мембране и выделяет наружу. Эти белки сплетаются в клейкое вещество. Бактерия, окутанная такой слизью, заякоривается на поверхности субстрата. Теперь она может кормиться проплывающими мимо фрагментами белков. Она растет и делится, а дочерние клетки выделяют собственную слизь, увеличивая ее общее количество. Все виды псевдомонад строят подобные биопленки для того, чтобы колонизировать поверхности – листьев, частиц почвы, кишечника кузнечика или легких больного муковисцидозом.
Я перенес покрытые слизью бусины в новые пробирки, где уже лежали чистые бусины. На следующий день я обнаружил, что новые бусины тоже покрылись бактериальной слизью, и перенес их в очередные пробирки. Каждым перекладыванием бусин я исполнял роль естественного отбора.
Всякий раз, когда псевдомонада делится, существует вероятность примерно 1:1000, что она совершит ошибку и в дочерней клетке окажется мутация. Поскольку каждая клетка способна давать в день до миллиарда потомков, в моих пробирках родились миллионы мутантов. Перенесением бусин из одной пробирки в другую я благоприятствовал тем из них, которые лучше умели образовывать биопленки на бусинах. Те бактерии, которые продолжали свободно плавать в бульоне, были обречены на вымирание – старые пробирки мы с Отт стерилизовали.
Через неделю после своего первого визита я пошел в лабораторию проверить, как там эволюционирует жизнь под моим началом. Отт показала мне пару чашек Петри.
«Вот тут, в общем, все как обычно, – сказала она, пододвинув вперед одну чашку. – А вот тут ваш малыш, – она указала на вторую. – Если вам угодно будет надеть перчатки, я сфотографирую вас с вашими эволюционировавшими мутантами».
Я надел перчатки и поднял чашки, широко улыбаясь в объектив айфона. В одной руке у меня был обычное потомство – чашка Петри с нормальной Pseudomonas fluorescens. Она содержала бактерии, которые мы выращивали неделю в контрольных условиях. Когда Отт расселила их в чашке Петри, из них выросли мелкие, словно прыщики, колонии – такие, как и должны быть у этой бактерии.
В другой руке я держал свое «чадо» – коллекцию эволюционировавших мутантов. Целую неделю я перекладывал покрытые слизью бусины из одной пробирки в другую, а затем поместил последнюю в аппарат для встряхивания, чтобы отделить биопленку от бусины. Я высеял бактерии в чашку Петри и вырастил колонии. Отт заметила среди них необычные и взяла образец из одной, пересеяв его в отдельную чашку. Там мутантная бактерия разрослась в десятки крупных, с размытыми краями пятен, напоминающих призрачные лепестки цветка.
Позже Отт отослала образцы моих мутантов в Питтсбург, чтобы Купер и его коллеги могли на них взглянуть. Они распотрошили эти бактерии с целью прочесть их ДНК и отыскать изменения, вызвавшие их необычный рост.
«Это был новый для нас мутант», – сказал мне потом Купер. Геном Pseudomonas fluorescens содержит 6,7 млн пар оснований. Напечатанный на бумаге, он займет объем, как у всех томов «Гарри Поттера». В этом массиве ДНК Купер и его коллеги-ученые обнаружили две генетические опечатки, каких не было раньше у бактерий, с которыми я экспериментировал. Исследователи заподозрили, что одна из этих мутаций – замена цитозина на тимин – как раз и отвечала за необычную цветочную форму бактериальных колоний. Мутация изменила ген, который в норме помогает бактерии соткать вокруг себя пышное облако наподобие сахарной ваты. У моих бактерий мутация, скорее всего, делала этот покров более клейким, что позволяло им лучше слипаться с бусинами и друг с другом.
Купер со своими аспирантами воспроизвели мой эксперимент намного масштабнее: они перекладывали склизкие бусины из пробирки в пробирку в течение нескольких месяцев. Позволив микробам эволюционировать дольше, они создали впечатляющий зоопарк мутантов. Одни разрастаются в колонии, похожие на чернильные кляксы. Колонии других напоминают срезы кумквата. Одни получаются цвета мандарина, другие же – цвета крови. Эти цвета и формы, вероятно, всего лишь побочные эффекты мутаций, способствующих росту бактерий в биопленках. Разнообразие форм и красок, созданное командой Купера, возможно, отражает сложность жизни в биопленке, где, как в джунглях, эволюция способна заполнять многообразие ниш многообразием мутантов.
В ту неделю, когда я работал в лаборатории, Отт параллельно со мной проводила собственный эксперимент. Я видел, как она что-то делала с невероятным количеством пробирок, колб и чашек, но настолько был увлечен аккуратным вылавливанием с помощью пинцета скользких бусин, чтобы они не разлетелись по всей лаборатории, что и не подумал
