Да изолираш ДНК на Антарктида

Доц. Светослав Димов е завършил специалност „Молекулярна биология“. Ръководи катедра „Генетика“ в Биологическия факултет на Софийския университет“. В последните години неговите изследвания са насочени в областта на метагеномиката. Това е наука, която изследва какви микроорганизми се намират на дадено място на основата на анализ на тяхна ДНК. Наскоро доц. Димов се върна от третата си експедиция до Антарктида.

Повечето микроорганизми не се поддават на култивиране в лабораторни условия, поради което единственият начин да бъдат изучавани, е именно с помощта на ДНК анализ, обяснява до. Светослав Димов. В рамките на неговия проект за Антарктида задачата му е да изолира ДНК от водни проби. Те са взети от различни точки и от различни дълбочини на южния залив, който се намира пред базата, както и от открито море.

„Освен това взех проби и от един много интересен остров, наречен Дисепшън, който предс­тавлява калдера на действащ вулкан – разказва доц. Димов. – Интересното е, че този вулкан е под морското равнище и има един малък вход, през който водата е навлязла в калдерата, което позволява на кораби да навлизат вътре. Островът е като почти затворена окръжност. Поради факта, че там има вулканична дейност, се очаква да има и доста по-различни организми. Шансът ми беше, че тази година освен о. Дисепшън, който беше заложен в програмата, имах възможност да посетя и други острови, от които да взема проби – Сноу и Медиа Луна.“

Микроорганизмите в Антарк­тида са интересни с това, че живеят при много сурови условия – те са т.нар. екстремофили. Това означава, че притежават различни форми на адаптация, което им позволява да оцеляват.

Идеята, заложена в проекта, е, когато бъдат изучени тези микроорганизми, да може да се ползват някои от техните адаптации.

Например тези микроорганизми са устойчиви към силна ултравиолетова радиация. Тя е опасна за хората, тъй като е една от основните причини за предизвикване на рак на кожата. Затова, когато хората ходят на почивка, трябва да ползват слънцезащитен крем, подчертава ученият. Микроорганизмите не ползват кремове, но те са се адаптирали, като произвеждат различни съединения, които ги предпазват от ултравиолетовата радиация.

„Целта ни е да открием ензими, които участват в синтеза на такива съединения, и евентуално те да бъдат произвеждани по генноинженерен начин – уточнява доц. Димов. – Това е производст­во на напълно натурален продукт, на нещо, което се среща в природата, а не е някаква химия. Може да принудим бактерии, които лесно се култивират в хранителна среда, да бъдат модифицирани по такъв начин, че да произвеждат тези съединения. Например хората, които страдат от диабет и са на инсулинова терапия, използват човешки инсулин, който се произвежда от бактерии. В миналото е било проблем, защото болните, които са можели да си позволят да купуват изключително скъпия човешки инсулин, изолиран от трупни донори, са били много малко. Затова диабетиците са били третирани със свински инсулин, но той може да предизвика алергични реакции и да доведе до редица усложнения. С произвеждания от бактериите човешки инсулин проблеми няма и той е на много ниска и достъпна цена.“

Идеята на учения е по подобен начин

да се добиват устойчиви на ултравиолетовата радиация съединения в Антарктида и да се влагат в предпазни козметични кремове.

Друг интересен факт, свързан и със зелената икономика, е, че тези бактерии функционират при много ниски температури. Имат включително и ензими, които могат да разграждат мазнини при такива ниски температури. Ако се изолират гените, отговорни за тези ензими, могат да се влагат в перилни препарати, които ще перат при температурата, с която водата излиза от тръбите, 10 – 12 градуса, без да е необходимо загряването ѝ.

В предишните две експедиции проучванията на доц. Димов пак са свързани с метагеномни изследвания – основната идея е да се види какви бактерии живеят около базата. При първата експедиция ученият взима проби от по-големи езера, както и от съвсем малки водни басейни, образувани в резултат на топенето на ледниците и на снега, които всички наричат неправилно локви. Проби се взимат и от подобията на почви, които се срещат в Антарктида.

Доц. Димов прави изследвания на място в базата с апарати, предназначени за полева работа. Като неочакван бонус за изследователс­ката му кариера, но в същото време много серио­зен проблем за планетата, се

установява, че в екскременти на пингвини и тюлени се срещат бактерии, устойчиви към антибио­тици, които се използват само в хуманната медицина.

„Това не са антибиотици, с които се третират ферми за сьомга или скариди например – подчертава ученият. – Смяташе се, че Антарктида е защитен континент и на практика е предпазен от подобни въздействия. Оказа се, че не е така. Затова решихме при втората експедиция да се направи по-разширено изследване, с много по-голямо количество проби от пингвини и тюлени. Но тези първи резултати се потвърдиха, за съжаление, при това станаха още по-плашещи, защото засягат голям процент от пробите. За това състояние на нещата сме виновни ние, хората.“

Търсейки обяснение как е възможно тези бактерии да попаднат в храносмилателната система на пингвини и тюлени, се оказва, че едно от най-вероятните обяснения е, че тези бактерии образуват биофилми върху микропластмасата, разтворена в океаните. Тя циркулира с океанските течения, попада в планктона и оттам по хранителната верига влиза в храносмилателната система на бозайници и птици, което е твърде неприятен резултат. Това означава, че поради изключително безотговорното отношение към употребата на антибиотиците

човешката дейност на практика е замърсила една екосистема, която е приемана доскоро за девствена.

Учени са изчислили, че за да се разработи нов клас антибиотици, към който няма устойчиви бактерии, средно отиват между 10 и 15 години. Първо да се разработи, после да се докаже, че е безвреден за хората. Докато за появата на първите щамове от бактерии, които са устойчиви към този антибиотик, са необходими между 5 и 7 години – т.е. бактериите се адаптират два пъти по-бързо.

„Когато се въвежда масово пеницилинът, се е смятало, че смъртните случаи сред хората в резултат на бактериални инфекции в близките години ще изчезнат – казва доц. Димов. – Но статистиката показва, че независимо от големия арсенал от антибиотици, които се използват, процентът на смъртни случаи при хората вследствие на бактериални инфекции не само че не е намалял, но се е и увеличил. Има един период от 50 – 60 години на миналия век до началото на ХХI век, когато беше нормално човек да отиде на лекар и да му се предпише антибиотик, без да се направи задълбочено изследване. Просто за да се застрахова, лекарят веднага изписва антибиотик. А основното в случая е да се установи дали въобще имаме бактериална инфекция. Не боледуваме толкова от бактериални, колкото от вирусни инфекции. Но антибиотиците нямат никакво отношение към вирусите. Това, с което лекарите се оправдават, е, че в резултат на вирусната инфекция имунитетът на човек пада и той става много по-податлив към бактериални инфекции. Но в много случаи тези антибиотици не са активни към щамовете, от които човек страда.

В същото време, когато приемаме антибиотици, оказваме селективен натиск върху бактериите и те еволюират, за да получат устойчивост към тях.

Освен това бактериите имат свойство, наречено хоризонтален генен трансфер. Може бактерии от различни видове да си предават гени, вкл. и такива за устойчивост към антибиотици. Те дори натрупват гени за устойчивост към няколко различни класа – т.нар. множествена лекарствена резистентност (multiple drug resistance). В последните години се появиха и т.нар. щамове с широка лекарствена резистентност (extensively drug resistance), които са разрешени в хуманната медицина. И ако човек се зарази с такава бактерия, на практика няма с какво да му се помогне.“

Подобен обмен на гени се осъществява и в отпадните води от болниците, които не се пречистват и попадат в канализацията, оттам в естествените водоеми. Така бактериите прехвърлят гените си на други бактерии, които не са били патогенни.

Друг проблем е, когато антибиотикът не се пие по схема и се прекрати по-рано. Тогава остават недоубити бактерии, които развиват резистентност. Затова човек не трябва да спира да пие антибиотика си по средата.

Интересен факт е, че в организма на възрастен човек на 1 човешка клетка се падат по 10 бактериални клетки. Естествено, човешките клетки са много по-големи.

Човек с тегло 80 кг има 2 кг бактерии в себе си.

Повечето от тях са полезни и не може да живеем без тях. Те произвеждат неща, които нашият организъм сам не може да произвежда. Но въпросът е, че когато се упражнява селективен натиск с антибиотици спрямо патогени, те могат да превърнат полезните бактерии в патогенни.

„Взех проби и от крил и се оказа, че положението там е същото – подчертава доц. Димов. – Смея да твърдя, че съм първият българин,  който прави повечето си изследвания още докато е на Антарктида. Проблемът е, че ако се вземе някаква проба, тя се замрази и донесе в България, това ще компрометира резултатите, защото бактериите се разрушават физически и при този процес освобождават ензими, които може да разрушат ДНК. Затова гледам да изолирам ДНК на място и да я донеса да я изследвам тук.

В това отношение научноизследователският кораб „Св. св. Кирил и Методий“ е много удобен, защото там можем да държим пробите във фризер. Освен това

наличието на наш собствен кораб разширява неимоверно спектъра на възможната научноизследователска дейност в Антарктика.

Да не говорим, че логистичната подкрепа, която получих от изк­лючително добре подготвения му екипаж, не отстъпва на тази, която получавам в нашата полярна база, където работят логистици с дългогодишен опит. Когато нямахме кораб, беше истинско предизвикателство да отнесем замразената проба в България – молихме се по хотелите да ни пуснат до някой фризер. Освен това чилийските власти са много стриктни по отношение на изнасянето на биологичен материал и изискват куп документи, които трудно се изкарват.“

Това, с което Антарктида успява да изненада учения, е, че е изключително жив континент.

Повечето хора си го представят като някакъв вид пустиня, казва той. Но навсякъде, където има течна вода, е богато на живот.

И в сезонните езера има огромно количество микроорганизми.

Доц. Димов признава, че е със „зависимост“ към Антарктида. Според него има два типа реакции на хората, посетили о. Ливингстън. На едните условията не им допадат и казват, че никога няма да отидат пак. А други, като него, развиват зависимост. Но преди да тръгне за четвърти път към Южния полюс, ученият трябва да приключи сегашния си проект и да напише нов.

Бебе тюлен дошло само на гости в българската база

Свързани статии:

Ролята на генетиката при много заболявания е около 50% Нов антибиотик срещу бактериите Антарктида става филмова площадка Нови хоризонти за българската мехатроника