«Доспехи» из кремния помогли вирусам выжить на Древнем Марсе?
AstroNews.ru - 25 Ноября 2013 10:03:53
Что будет делать вирус, обнаружив, что находится в негостеприимном окружении, таком, например, как горячая вода? Создать вокруг себя стеклянную оболочку – значит не только обеспечить защиту, но и облегчить «прыжок» в более подходящее для развития место.
Ученые, руководила которыми группа из Центра Жизни в Экстремальных Условиях Портлендского Государственного Университета (Center for Life in Extreme Environments at Portland State University), недавно покрыли слоем диоксида кремния четыре разных типа вирусов. Кремний – стекловидная субстанция, обнаруженная в горячих источниках определенного вида. Три из четырех вирусов приняли кремниевое покрытие и «впали в спячку», реактивировавшись вновь, когда кремний удалили с их поверхности.
Это исследование, которое финансируется NASA, может быть полезным в поиске вирусов на других планетах, в том числе на Марсе.
Согласно данным многочисленных миссий, вода, возможно, океаны, когда-то покрывала поверхность Красной Планеты. На снимках, сделанных с орбиты, ученые находят свидетельство береговых линий и проливов. Марсоходы и орбитальные зонды так же нашли многочисленные подтверждения существования сульфатов , входящих в состав горных пород, которые образуются только в обогащенном водой окружении. В первый же год своего пребывания на Красной Планете Curiosity обнаружил то, что ученые считают древним руслом реки, в котором были найдены предположительно омытые водой закругленные камни.
Однако, были ли микробы в предполагаемой марсианской воде – это еще больший вопрос. «Проблема в том, что ученые пока не нашли способа находить вирусы даже в окаменелостях, найденных на Земле», – рассказывает исследователь Кеннет Стедман (Kenneth Stedman), профессор биологии в Портлендском университете, который руководил новым исследованием. «Я убеждён, что в окаменелых останках запечатлены вирусы, просто мы не обладаем необходимыми технологиями, которые бы помогли их обнаружить. Нам нужно развить технологии для обнаружения вирусов сначала на нашей планете, а затем уже думать о поисках микроорганизмов на Марсе».
Лаборатория Стедмана находится на ранней стадии изучения «биомаркеров» вирусов, которые могут рассказать об их происхождении. Вирусы используют для репликации клеток, и необходимо различать их биомаркеры, чтобы понять, какой конкретно вирус является частью палеонтологической летописи. Ученые допускают, что, покрывшись диоксидом кремния, вирус может стать частью окаменелости.
Для начала исследователи изучили работу самого механизма покрытия. Прежние опыты в лаборатории Стедмана показали, что вирусы покрываются оболочкой в условиях, похожих на горячие источники. Самые последние исследования Стедмана, результаты которых были опубликованы в Journal of Virology, направлены на изучение того, что происходит с различными типами вируса, когда они покрываются внешней оболочкой.
Для изучения команда выбрала четыре типа вирусов: человеческую противооспенную вакцину, бактериофаг PRD1 (обычно существующий в сальмонелле), бактериофаг T4 (хорошо изученный тип, способный заразить кишечную палочку) и вирус архей SSV-K. Последний часто находят в горячих источниках.
Каждый из этих вирусов учёные поместили в среду, подобную термальному источнику: влажную, часто кислую и с температурой, равной температуре кипения воды или близкой к ней. Три вируса (кроме бактериофага PRD1) сформировали кремневое покрытие.
«PRD1 просто сбросил его», – говорт об этом Стедман. «Мы понятия не имеем, почему PRD1 устойчив к подобному покрытию, - возможно, это связанно с особенностями его структуры».
Оболочка уменьшает способность вирусов к заражению, создавая вокруг них стеклянный барьер. К примеру, вирус кишечной палочки бактериофаг T4 быстро снизил активность, вирус горячих источников немного замедлил темпы роста, а вот вирус оспы стал невероятно восприимчивым.
«Это не очень нас удивило, – комментирует Стедман. – Поверхность вакцины оспы стала похожа на бактериальную, - она приобрела мембрану. Глядя на бактериальную минерализацию, которую можно обнаружить в горячих источниках, можно понять, почему вакцина получила такое хорошее покрытие».
После изучения принципа действия оболочки из диоксида кремния, ученые обратились к следующей задаче. При условии, что вирус, «одетый» в стекло, каким-то образом покинет неблагоприятную окружающую среду, сможет ли он «сбросить» с себя эту оболочку и возобновить активность? Оказалось, что да – особенно явно это показал пример бактериофага Т4.
По крайней мере 90% прежней активности восстанавливается. Более того, заключённые в диоксид кремния вирусы необыкновенно устойчивы к высыханию. Возможно, именно таким образом они защищают себя от глубоких заморозков и других агрессивных внешних воздействий. Но на данный момент вирусы в Портленде не подвергали никаким другим изменениям среды, кроме сушки. Исследователи подвергли вирусы именно высыханию по простой причине: после всплеска гейзера, выпуска пара или вулканического взрыва вирусы могут очутиться в среде, которая будет значительно суше, чем прежнее место их обитания.
Однако, команда Стедмана обнаружила, что побывав в условиях, аналогичных верхним слоям атмосферы Земли и поверхности Марса, вирусы могут вернуться к жизни только в том случае, если они пробыли там меньше месяца. Причины, по которым их жизнедеятельность прекращается при более длительном неблагоприятном воздействии, пока выясняются.
«Астробиологов очень интересует один вопрос: может ли микроорганизм, «оседлав» метеорит, перебраться с одной планеты на другую. Оказалось, что это невозможно, ведь деятельность вируса прекратится», — говорит Стедман.
Кроме того, что эта работа имеет большую ценность для межпланетных исследований, она также поможет изучить механизмы защиты противовирусных вакцин на Земле, - ведь часто эти чувствительные жизненно важные вакцины разрушаются из-за таких пустяков, как перепады температур в хранилище, которые могут произойти из-за скачков напряжения.
Учёные надеются, что смогут найти способ «одеть» их в подобные «доспехи» из кремния, и таким образом облегчить хранение и транспортировку вакцины. Для этого, конечно, потребуется ещё очень много исследований и разработок, однако Стедман уже подал заявку на патент.