Cherry.Juice

Что такое комбуча? Это симбиоз кучи разных бактерий и дрожжей (грибов), но главные игроки – грамм-отрицательная бактерия рода Глюконацетобактер и дрожжа рода Сахаромицеты. Что тут интересно, так то, что комбуча – это одомашненный вариант такого симбиотического сообщества, который часто встречается на опавших перезревших (сладких) фруктах, на кожице которых живут дрожжи. Основная масса комбучи – это бактериальная целлюлоза, выделяемая глюконацетобактером, в которую встраиваются клетки и самого глюконацетобактера, и дрожжей, и прочие другие нахлебники. Синие нити на этой конфокальной микрофотографии - нити целлюлозы, красные - клетки бактерий и дрожжей (мелкие - бактерии, крупные - дрожжи). Три среза "блина" 11-дневной комбучи сверху вниз.

Но самое потрясающее не это из чего состоит комбуча, а почему комбуча любит чай! Выяснилось, что не только люди любят чай и хорошо взбадриваются кофеином, но и комбуча. Кофеин чая ингибирует один сигнальный фермент, который участвует в регуляции производства целлюлозы, поэтому, растёт такой жирный целлюлозный блин.

Если подробнее, то в накоплении биомассы целлюлозы в комбуче и в выбросе адреналина у человека заложены похожие сигнальные пути - накопление вторичных мессенджеров (молекул сигналов). Эти молекулы, а именно у комбучи ц-ди-ГМФ и у человека - цАМФ, быстро синтезируются ферментом циклазой и быстро разрушаются ферментом фосфодиэстеразой. И вот баланс активности циклазы и диэстеразы и определяет метаболическую активность организма (по этому сигнальному каскаду) в данном конкретном случае. И вот если человек или комбуча получает ингибитор фосфодиэстеразы (кофеин), то неизбежно у него накапливается этот вторичный мессенджер, ведь циклаза продолжает синтезировать циклические моно-нуклеотиды, там нет обратной регуляции (нет снижения активности циклазы в ответ на снижение активности диэстеразы). И вот у человека рост концентрации цАМФ приводит к выбросу адреналина, а у комбучи - к усиленной продукции основного матрикса её биоплёнки - целлюлозы. Поэтому на чае она так славно растёт. Она как бы всё время под кайфом из-за блокировки диэстеразы, отвечающей за торможение продукции целлюлозы:) У многих грамм-отрицательных бактерий - у глюконацетобактера, синегнойки и прочих псевдомонад рост матрикса биоплёнки идет за счёт накопления ц-ди-ГМФ. Неисповедимы пути эволюции! На СЭМ фото внизу биоплёнке только 6 дней (слева), она очень плотная, много нитей целлюлозы, которые хорошо удерживают влагу и дают видимость сплошной массы.

Ниже- две фотографии, на которых биоплёнка намного старше, сама культура в банке стояла 6 месяцев. Почти вся целлюлоза разрушена, тонкие длинные нити, хорошо различимы отдельные клетки дрожжей и бактерий, которые встроены в матрикс биоплёнки.

В чем же сила симбиоза в комбуче? Сахар чая жрут и дрожжи, и глюконацетобактер. И, да, спирт бактерии доокисливают до ацетата. Ну, и, наверное, выделяют ещё пачку разных кислот. И вообще, любят кислую среду. Дрожжи, возможно, подъедают азот, который бактерии фиксируют и делают биодоступным для дрожжей. Целлюлоза глюконацетобактеру тут - экологическая стратегия выживания и доминирования :) Целлюлоза - это защита от разного стресса. Например, от высыхания (целлюлоза чудесно удерживает и насасывает влагу), от разных хищников и...поплавок! Обратите внимание, как сложно комбучу потопить. Это связано с тем, что в матриксе комбучи сохраняется много углекислых пузырьков, образованных при сбраживании глюкозы дрожжами. А эта поплавковость - её ключевая стратегия болтаться в районе кислорода! Глюконацетобактер - строжайший аэроб и не может выжить в условиях строго анаэробиоза, и при так себе анаэробиозе бактериям плохо. Поэтому, это брожение поднимает биоплёнку комбучи наверх, к границе раздела сред, что даёт бактериям кислород для дыхания и азот для синтеза белка, а дрожжи находятся под защитой от высыхания, разных других стрессов и, видимо, получают азот для своего строительства клеток.

Комбуча - пусть и одомашненное сообщество, но всё ещё плохо и мало изученное. Есть куда копать и что исследовать, дерзайте :)

Это я с моей прелестью после несколько часовой работы.

И немного о биоплёнках. До 90х годов прошлого века бытовало мнение, что грибы и бактерии, особенно бактерии, живут как отдельные организмы. Но в 90х одним смелым немецким микробиологом Костертоном было резюмировано представление о поведении бактерий в окружающем мире, и выдвинута концепция биоплёнок, которая давно уже не концепция, а признанный факт. Итак, бактерии не живут как индивидуалисты-социопаты, они строят города, в которых распределяют функции и противостоят окружающим невзгодам, попутно конкурируя с другими жителями в своей микронише. Именно в биоплёнках бактерии вызывают хронические инфекции, защищаются от антибиотиков и клеток иммунной системы, пребывают в анабиозе, выращивают толерантность к антибиотикам, которая всегда ведёт к появлению генетической резистентности. О биоплёнках как стратегии взаимодействия бактерий с окружающим миром можно говорить часами, поэтому лучше посмотреть :)

Это – биоплёнка дрожжевого грибка кадиды, Candida albicans, снята на конфокале. Синим цветом специфически окрашена хитиновая клеточная стенка гриба, а красным – клеточная хромосома, ДНК. Биоплёнки дрожжей не такие интересные, разнообразные и сложные как бактериальные.

А это - пятидневная биоплёнка синегнойной палочки, Pseudomonas aeruginosa. Синий сигнал – мощный полисахаридный матрикс уже зрелой биоплёнки – строительный материал, который бактерии выделяют для того, чтобы построить свой «город». Полисахарид увлажняет биоплёнку, удерживая влагу, сорбирует токсины, не пропуская антибиотики. Красный сигнал соответствует ДНК. Но тут не всё просто: в нижнем правом углу явно видны мелкие клетки, это, собственно, бактерии, укрытые матриксом биоплёнки. Клетки содержат много ДНК, поэтому красятся полностью. А вот рваные красные «облака», укрывающие бактерии, - это внеклеточная ДНК – потрясающий механизмы подавления иммунного ответа у организма-хозяина, клейкий строительный материал и депо генов устойчивости к антибиотикам прямо в нише, где живут бактерии. Синегнойка – лидер по использованию внеклеточной ДНК, из внеклеточной ДНК состоят её биоплёнки в первые 48 часов своего поселения в организме хозяина. Только потом подключается синтез полисахаридов (напомню, синий сигнал). Зелёный сигнал – это наши собственные исследования – специфическая окраска амилоидных фибрилл, которые тоже входят в состав внеклеточной части биоплёнки. Амилоидные фибриллы – суперскрученные практически нерастворимые белки в виде тонких палочек-фибрилл, которые тоже очень липкие, они чудесно стабилизируют внеклеточную ДНК, не давая ей «расползаться» из биоплёнки. В начале этого уходящего года мы с коллегами опубликовали этот новый уникальный супер-чувствительный краситель для визуализации т.н. функциональных бактериальных амилоидов (патологические амилоиды – бляшки в мозгу больного синдромом Альцгеймера). Увы, лидер этой работы наш молодой доктор наук в этом месяце ушла из жизни, и нам её очень сильно не хватает, но я надеюсь, что эти работы на стыке физики, химии и биологии продолжаться дальше.

Простите, получилось много, но я очень старалась, чтобы было понятно. Спасибо за внимание!