Бактерии делают наносеребро

Железо — важный элемент для микроорганизмов. Иногда во внешней среде его бывает меньше, чем нужно для поддержания жизненно важных функций, поэтому некоторые бактерии научились накапливать этот элемент, чтобы воспользоваться им при необходимости.

Исследователи «научили» бактерии запасать серебро вместо железа, что открывает путь к промышленному получению наночастиц серебра («ACS Synthetic Biology», 2016, doi: 10.1021/acssynbio.6b00117). Наночастицы серебра используют, например, для изготовления бактерицидных покрытий, перевязочных материалов и тканей. В настоящее время промышленное получение этих наночастиц требует высоких температур или затрат больших количеств реагентов, не всегда дешевых и безопасных. Модифицированные бактерии будут производить наночастицы серебра биотехнологическим способом — примерно так же, как производятся некоторые витамины, антибиотики или глутамат натрия.

Чтобы превратить бактерии в нанореакторы для получения серебра, Памела Силвер и Тобиас Гайссен из Гарвардского университета модифицировали их органоиды, которые называются энкапсулиновыми нанокомпартментами. Эти полые структуры, немного похожие на вирусные капсиды, состоят из особых белков — энкапсулинов, — одни из которых образуют стенки «кладовки», другие связывают железо. Первые опыты проводили с бактерией Thermotoga maritima — исследователи удалили ее ген, отвечающий за производство железозапасающих белков, и заменили его нуклеотидной последовательностью, которая кодирует небольшой белок, восстанавливающий серебро. Затем всю генетическую цепочку, обеспечивающую производство энкапсулинов, ввели в клетки «рабочей лошадки» микробиологов — кишечной палочки Escherichia coli. В модифицированной E. coli сформировались энкапсулиновые компартменты, внутри которых выросли симметричные наночастицы из серебра диаметром от 13 до 15 нм. На завершающем этапе исследователи разрушали оболочку клеток, извлекали оттуда наночастицы серебра и очищали их.

Просвечивающая электронная микроскопия показывает, что серебро накапливается внутри органоидов бактерий. При этом образуются наночастицы серебра диаметром 13—15 нм

Бактерицидные свойства «энкапсулиновых» наночастиц серебра проверяли на пяти лабораторных штаммах бактерий, включая известный патоген Salmonella typhimurium. Оказалось, что противомикробная активность наночастиц, произведенных бактериями, почти вдвое больше, чем у наночастиц, полученных химическим способом из солей серебра. Возможная причина в том, что «бактериальные» частицы более симметричны и у них меньше разброс по размерам.

Работа Силвер и Гайссена — первый пример получения наночастиц металла в энкапсулиновых нанокомпартментах бактерии. Ранее металлические наноструктуры получали за счет модификации вирусов или железосодержащих белков-ферритинов. В первом случае удалось сформировать наночастицы размером 21—50 нм, во втором — 5—8 нм, однако энкапсулины для этого использовали впервые. Как отмечает Томас Гайссен, энкапсулины бактерий можно будет перенастроить и для получения других наночастиц металлов, которые могут обладать не только бактерицидной активностью, но и каталитической, а также магнитными или иными свойствами.