10 Dinge, die wir 2021 über Mikroben gelernt haben
Machen Sie eine Reise in die wunderbare Welt der Mikroben, in der Bakterien Elektrizität atmen, neongelbe Schleimpilze auf dem Waldboden nach Snacks suchen und Tausende von mysteriösen Viren hängen Sie in Ihren Eingeweiden. In diesem Jahr haben Wissenschaftler eine Menge faszinierender Entdeckungen über die mikroskopisch kleinen Organismen gemacht, die in und um uns herum leben — Hier sind einige unserer Lieblingsgeschichten.
Tausende unbekannter Viren im menschlichen Darm gefunden
Forscher entdeckten mehr als 70.000 bisher unbekannte Viren, die den menschlichen Darm besiedeln und die dort lebenden Bakterien infizieren. Sie fanden diese Viren mit einer Methode namens Metagenomik, bei der genetisches Material aus einer großen Gemeinschaft von Mikroben entnommen und die Sequenzen bestimmten Arten zugeordnet wurden. Nach der Analyse von 28.000 Darmmikrobiomproben aus 28 Ländern identifizierte das Team Zehntausende neu entdeckter Bakteriophagen oder Viren, die infizieren können Bakterien. Es ist noch unklar, ob und wie sich diese Bakteriophagen auf den Körper auswirken, aber die überwiegende Mehrheit ist für den Menschen wahrscheinlich nicht schädlich.
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Elektrische Bakterien haben einen Ein-Aus-Schalter
Tief unter dem Meeresboden vergraben, kümmerliche Bakterien (Geobakterien) atmen Elektrizität durch lange, dünne Schnorchel aus. Und dieses Jahr, in einer Studie, die am 1. September in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Natur, haben Wissenschaftler herausgefunden, wie man diese elektrischen Mikroben ein- und ausschaltet. Innerhalb jeder Bakterienzelle sitzen haarähnliche Strukturen, die Pili genannt werden, direkt unter der Membran, fanden sie; Diese Pili bewegen sich wie Kolben in einem Motor und pumpen auf und ab. Während sie pumpen, drücken die Pili die Schnorchel der Mikroben aus der Zelle, wodurch die Bakterien einen stetigen Elektronenstrom „atmen“ können. Aber wenn Sie den Pump-Pili entfernen, bleiben die Schnorchel in der Zelle versteckt. Nachdem sie diesen Ein-Aus-Schalter gefunden haben, sagen die Forscher, dass die Bakterien eines Tages neue Technologien inspirieren könnten, wie zum Beispiel leistungsstarke mikrobenbetriebene Batterien.
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Felsfressende Mikroben leben unter dem Eis der Antarktis
Ein eisbedeckter See in Antarktis beherbergt eine Reihe von Mikroben, die überleben, indem sie auf Schotter fressen. Forscher entdeckten dies, indem sie Sedimente untersuchten, die aus dem Lake Whillans gesammelt wurden, einem 23 Quadratmeilen (60 Quadratkilometer) großen subglazialen See, der unter 2.600 Fuß (800 Meter) Eis liegt. Der See durchläuft Perioden der Füllung und Entwässerung, die wiederum die Erosion vorantreiben. Das Team replizierte diese Erosion im Labor und stellte fest, dass die Sedimente des Sees verschiedene Chemikalien freisetzten, wie z Wasserstoff, Methan und Kohlenstoff Dioxid sowie Gase und Flüssigkeiten, die im Sediment eingeschlossen waren. Für jede aus dem Gestein freigesetzte Chemikalie fand das Team eine Gruppe von Mikroben, die sich entwickelt haben, um sie zur Energiegewinnung zu nutzen.
Weiterlesen: In den eisbedeckten Seen der Antarktis gedeihen Mikroben, die sich von Schotter ernähren
Gene von Viren verwandeln Bakterien in Superbakterien
Viren, die Bakterien infizieren, können ihre Gene in das Genom ihres Wirts einschleusen und ihnen Schutz bieten gegen Antibiotika.
In einer Studie, die am 16. Juli in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Wissenschaftliche Fortschritte, Forscher untersuchten Pseudomonas aeruginosa, eine Bakterienart, die zu den Hauptursachen für Krankenhausinfektionen zählt. Das Team hat sechs verschiedene Sorten von P. aeruginosa gegeneinander in einem Tiermodell, um zu sehen, welche dominant wurden; Sie taten dies, um herauszufinden, warum manche P. aeruginosa Infektionen sind in der Regel schwieriger zu behandeln als andere. Zwei Sorten haben sich an die Spitze gesetzt, und in den Gewinnern DNA, fand das Team Schnipsel von viralem genetischem Material, das den Bakterien bei der Bildung von Biofilmen zu helfen schien – Ansammlungen von Bakterienzellen, die einen schleimigen Schutzschild absondern und ihren Stoffwechsel verlangsamen. Biofilme schützen Bakterien sowohl vor dem Wirt Immunsystem und Antibiotikabehandlungen, was darauf hindeutet, dass Viren manchmal helfen können, Bakterien in arzneimittelresistente Superbakterien zu verwandeln.
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Uraltes Mikrofossil enthält den ältesten bekannten Landpilz
Wissenschaftler entdeckten versteinerte fadenförmige Filamente in Gesteinen der chinesischen Doushantuo-Formation in der Provinz Guizhou; Diese winzigen Ranken, die mit bloßem Auge nicht zu sehen sind, sind möglicherweise die ältesten Beweise der Welt für a Pilz an Land wachsen. Das Forschungsteam fand diese Mikrofossilien, indem es 50 Mikrometer dicke Gesteinsscheiben nahm und sie unter ein Mikroskop legte; Dabei wurden dünne, sich verzweigende Filamente von etwa 1/10 der Breite eines menschlichen Haares und winzige Kügelchen, die als Pilzsporen interpretiert werden könnten, freigelegt. Das Fossil ist etwa 635 Millionen Jahre alt, was bedeutet, dass es sich während einer kalten Periode gebildet hätte, die als „Schneeballerde“ bekannt ist. Das Auftreten von Landpilzen zu dieser Zeit könnte dazu beigetragen haben, die Geochemie des Planeten umzugestalten und die Entstehung neuer Ökosysteme beim Auftauen der Erde zu unterstützen.
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Alte DNA zeigt, dass Erkältungsvirus möglicherweise älter als Homo sapiens ist
Wissenschaftler haben in zwei 31.000 Jahre alten Milchzähnen virale DNA-Stücke entdeckt und die Evolutionsgeschichte der Erreger rekonstruiert. Unter ihren Erkenntnissen fanden sie heraus, dass der Mensch Adenovirus C (HAdV-C), eine Virusart, die bei Kindern typischerweise leichte, erkältungsähnliche Erkrankungen verursacht, kann vor mehr als 700.000 Jahren entstanden sein. Homo sapiens, Inzwischen wird angenommen, dass sie vor etwa 315.000 Jahren zum ersten Mal aufgetaucht sind, basierend auf den ältesten bekannten fossilen Beweisen. Diese Schlussfolgerung stützten sie auf ihre Analyse von zwei „fast vollständigen“ HAdV-C-Genomen, die in den Milchzähnen gefunden wurden, und verglichen sie mit modernen Adenoviren, die zwischen den 1950er und 2010er Jahren untersucht wurden.
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Mikroben aus Kuhmägen können Plastik abbauen
Bakterien aus dem Magen von Kühen sind in der Lage, bestimmte Kunststoffe abzubauen, beispielsweise das Polyethylenterephthalat (PET), das in Getränkeflaschen, Lebensmittelverpackungen und synthetischen Stoffen verwendet wird.
Kühe konsumieren und verdauen einen natürlichen Polyester, der von Pflanzen produziert wird, genannt Cutin, daher vermuteten Wissenschaftler, dass die Mikroben in den Bäuchen von Tieren Mikroben tragen könnten, die auch synthetische Polyester wie PET verdauen können. Sie fischten solche Mikroben aus dem Kuhpansen, dem größten Teil des Magens der Tiere, und fanden heraus, dass die Käfer produzierten Enzyme die PET sowie zwei andere Kunststoffe durchdringen könnten: Polybutylenadipatterephthalat (PBAT), das in kompostierbaren Plastiktüten verwendet wird, und Polyethylenfuranoat (PEF), das aus erneuerbaren, pflanzlichen Materialien hergestellt wird. Wissenschaftler haben in der Vergangenheit ähnliche plastikfressende Enzyme entdeckt, jedoch nicht bei Kühen.
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Bakterien, die für das menschliche Immunsystem unsichtbar sind
Wissenschaftler haben im zentralen Pazifik Bakterien entdeckt, die für das menschliche Immunsystem unsichtbar sind. Sie fanden die Käfer etwa 2.655 Kilometer südwestlich von Hawaii und 4.000 Meter unter Wasser in einer abgelegenen Region, die wenig Kontakt mit Säugetieren hatte. Das Team verwendete ein entferntes U-Boot, um Meeresbakterien aus Wasserproben, Schwämmen, Seesternen und Sedimenten zu sammeln, und kultivierte die Bakterien dann wieder im Labor. Dann setzten sie die Immunzellen von Mäusen und Menschen den Bakterien aus und stellten auffallend fest, dass 80 % der Mikroben, meist zur Gattung Moritella, entging der Erkennung der Zellen. Dieser Befund widerlegt eine lange gehegte Annahme, dass sich das menschliche Immunsystem entwickelt hat, um alle Mikroben zu erkennen, da diese Wachsamkeit uns helfen würde, infektiöse Käfer schnell zu erkennen und abzuwehren.
Weiterlesen: Wissenschaftler finden Tiefseebakterien, die für das menschliche Immunsystem unsichtbar sind
Wie hirnlose Schleimpilze Erinnerungen speichern
Schleimpilze gehören zur gleichen taxonomischen Gruppe wie Amöben, und obwohl sie kein Gehirn haben, haben die einzelligen Organismen eine vereinfachte Form des Gedächtnisses. Und im Februar entdeckten Wissenschaftler einen neuen Hinweis darauf, wie die hirnlosen Kleckse diese Leistung vollbringen.
Schleimpilze können entweder als eine winzige Zelle mit einem Kern oder als riesige Zelle mit vielen Kernen existieren; Diese riesigen Zellen bilden röhrenförmige Netzwerke, die Flüssigkeiten, Chemikalien und Nährstoffe durch den gesamten Organismus transportieren. Wissenschaftler fanden heraus, dass im neongelben Schleimpilz Physarum polycephalum, können die relativen Breiten dieser Röhren Informationen kodieren. Wenn der Schleimpilz zum Beispiel einen Bissen Nahrung erkennt und verschlingt, hinterlässt er einen „Abdruck“ von dicken Röhren, wo das Essen einst saß; dies beeinflusst dann, in welche Richtung sich der Blob als nächstes bewegen kann.
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Mikroben lauern in Seen unter dem Eis der Antarktis
Mehr als 400 subglaziale Seen liegen unter dem antarktischen Eisschild, außerhalb der Reichweite der Sonne. Aber dank des geothermischen Wärmeflusses – dem Wärmefluss aus dem Erdinneren – glauben Wissenschaftler, dass eine wimmelnde Gemeinschaft von Mikroben in diesen pechschwarzen Ökosystemen gedeihen könnte.
Obwohl sie von der Sonnenwärme abgeschnitten sind, erwärmt die Wärme aus dem Inneren des Planeten die Unterseite dieser Seen; Dies treibt „starke“ Konvektionsströmungen an, die das Wasser aufwirbeln, Mineralien aus dem Sediment darunter freisetzen und gleichzeitig Sauerstoff und Mineralien aus höheren Regionen der Wassersäule einfangen. Der Fluss von sauerstoff- und mineralstoffreichem Wasser durch die Seen sollte theoretisch das mikrobielle Wachstum fördern, und das Team plant, dies auf einer zukünftigen Expedition zu einem subglazialen See namens Lake CECs zu testen, der nach dem chilenischen Wissenschaftszentrum Centro de Estudios benannt ist Científicos.
Weiterlesen: Seen unter dem Eis der Antarktis könnten von mikrobiellem Leben nur so wimmeln
Ursprünglich auf Live Science veröffentlicht.