Хлорка склеила внутренности

Каждая домохозяйка, вооруженная чистящим средством с хлорноватистой кислотой или её солями, на самом деле регулярно занимается не просто обеззараживанием, а настоящей тонкой химической технологией, вызывая нестабильность одних белков и образование комплексов других. К такому выводу пришли Урсула Якоб и её коллеги из Мичиганского университета, впервые за 200 лет истории хлорки разобравшиеся в реальном механизме её бактерицидного действия.

Оказалось, что хлорноватистая кислота нарушает трехмерную структуру белков, что делает выполнение возложенных на них функций просто невозможным.

В живых организмах белок представляет из себя не прямую нить аминокислот, образующуюся после синтеза с матричной РНК, а объемную структуру, идеально подходящую для выполнения стоящих перед ним задач. Высокая температура (обычно >45^o), изменения кислотности или концентрации ионов приводят к тому, что белковый «комочек» раскручивается, а активные центры, играющие ключевую роль в биохимических реакциях, исчезают. Обратный процесс хотя и возможен, но очень редко идет в нужном направлении. Классический пример из лекции по биохимии: белок яйца, сваренного всмятку, уже никогда не станет прозрачным.

Примерно то же, по мнению Якоб, и происходит при действии хлорки с тем дополнением, что устойчивые к высоким температурам белки, а такие в нашем организме тоже есть, вместо того чтобы терять третичную структуру, начинают образовывать конгломераты, тоже никак не способствующие хорошему самочувствию бактерии.

Однако бактерии обладают системой, направленной на предотвращение такого пагубного воздействия.

Это белки шапероны, известные ещё как «белки теплового шока», встречающиеся у всех живых организмов. Основная функция шаперонов – восстановление нормальной третичной структуры поврежденных белков. Лишив кишечную палочку возможности синтезировать характерный для неё Hsp33, ученые добились большего токсического эффекта при меньшей концентрации хлорноватистой кислоты.

Причем хлорка оказалась весьма специфическим активатором этого шаперона, созданного бактериями для противостояния окислительному стрессу. В то время как, казалось бы, более опасная перекись водорода требует предшествующего нагревания клетки, хлорноватистая кислота активирует Hsp33 даже при температуре тела.

Учёные полагают, что этим феноменом можно воспользоваться, чтобы усилить антибактериальные свойства нашей собственной иммунной системы. Например, нейтрофилы – одни из самых первых «защитников», приходящих в очаг инфекции в попытке уничтожить все живое вокруг, образуют большое количество как раз перекиси водорода и хлорноватистой кислоты. Этого не всегда достаточно: как и наши собственные клетки, бактериальные могут обладать разными механизмами защиты от активных форм кислорода.

Прицельная инактивация бактериальных шаперонов дала бы нашим собственным клеткам гораздо больше шансов в борьбе с захватчиками.

Впрочем, скорой разработки новых антибактериальных препаратов на основе выявленного механизма действия ждать не стоит. Дело в том, что одно из основных условий применения антибиотиков – избирательность их действия именно на бактериальные клетки, обладающие особенной клеточной стенкой, другим белоксинтезирующим аппаратом и собственными дыхательными ферментами. Как это сделать в случае с шаперонами – неясно.

Другой, не затронутый в публикации в Cell вопрос – действие хлорки на клеточную стенку. Как и перекись, она должна нарушать стабильность мембраны, формируя поры и разрывы. Происходит ли это при ежедневной уборке – пока остается для ученых загадкой. Да и детали действия хлорки на наши собственные клетки тоже не известны, так что микробиологам предстоит ещё немало работы по изучению давно вошедшего в обиход асептика.

Тактика охоты на таракана

Чтобы не промахнуться и прихлопнуть таракана, лучше нанесите два удара одновременно. Эти животные, как показало исследование итальянских ученых, выработали особую стратегию ухода от угрозы, благодаря которой способны совершенно случайным образом выбрать один из нескольких путей отхода. Такое поведение заставляет домохозяек и – что самое главное – самих тараканов каждый раз угадывать направление побега.

Как показали эксперименты, тараканы чаще удирают под углом от 90 до 180 градусов по отношению к линии атаки.

Строение нервной системы тараканов изучено довольно хорошо, и даже известны некоторые особенности принятия решений, общие для всех насекомых. Но вот понимания, каким образом таракан выбирает то или иное направление для побега от опасности, до сих пор нет. Между тем такое поведение, при котором направление бегства жертвы от хищника абсолютно непредсказуемо, было не только описано для различных видов, но и рассматривается некоторыми исследователями как абсолютно необходимое. В противном случае хищники бы давно изучили повадки жертвы, и об успешном бегстве не могло быть и речи.

Чтобы ответить на этот вопрос, Паоло Доменичи и его коллеги поэкспериментировали с американским тараканом Periplaneta americana. Тараканам было предложено выбрать один из трех возможных вариантов развития событий: проявить абсолютное безразличие к каким-либо направлениям бегства, всегда бежать в одном направлении прочь от угрозы или проявить случайный выбор направления бегства из нескольких наиболее часто используемых.

Методика эксперимента не отличалась оригинальностью: ученые попросту пугали тараканов, а затем наблюдали за тем, как насекомые стремительно ретируются.

«Угрозой» служил поток воздуха, симулирующий приближение хищника или тапка. Воспользовавшись личным опытом и данными предыдущих наблюдений, ученые знали, что таракан сначала разворачивается, выбирая направление, а потом бежит «не сворачивая». Первую серию экспериментов авторы публикации в Current Biology провели на пяти особях, многократно пугая их, а затем регистрируя угол, на который развернулось насекомое.

Хотя каждый из пяти подопытных тараканов мог выбрать направление под любым углом к линии атаки, все они проявили предпочтения к ряду направлений в диапазоне от 90 до 180^o. В то же время небольшие различия в поведении разных особей заставили Доменичи и коллег перейти к более масштабным исследованиям. Ведь на каждое последующее решение мог повлиять «накопленный» опыт. Но даже во второй части исследования, где 86 различных тараканов пугали лишь единожды, энтомологи не заметили существенных различий по сравнению с результатами первого эксперимента.

Если же нападение на таракана симулировали сзади, то диапазон углов поворота уменьшался, но и в этом случае таракан непредсказуемо выбирал одно из нескольких направлений движения, укладывающихся в упомянутые 90 градусов.

Ученые предполагают, что выбор траектории бегства таракана имеет геоцентрический механизм, согласно которому выбор пути отхода связан с внешними факторами – направлением угрозы. Противоположность ему – эгоцентрический механизм, по которому траектория бегства выстраивается относительно положения тела таракана, не подтвердился.

А вот нейрофизиологические процессы, лежащие в основе выбора предпочтительных путей отступления, пока что остаются неизвестными, хотя подобные исследования могли бы пролить свет не только на жизнь таракана, но и объяснить поведение других потенциальных жертв, хотя бы среди насекомых.

И хотя исследователи, по сути, вооружили всех борцов с тараканами очень полезной информацией, они отдельно отметили, что не хотели бы, чтобы эти знания активно использовались для истребления этих милых домашних животных.