21/01/2019

Bí ẩn về 10 loại vi khuẩn có siêu năng lực khó tin

Với kích thước siêu nhỏ, vi khuẩn ở khắp mọi nơi và có thể thực hiện những chiến công không thể chấp nhận được đối với những sinh vật như chúng ta. Có một số loài trong số những sinh vật nhỏ bé này có khả năng mà chúng ta có thể nói là siêu năng lực thực sự.

Bây giờ, chúng tôi sẽ cho bạn thấy 10 loại vi khuẩn có sức mạnh mà bạn sẽ thấy trong một cuốn truyện tranh siêu anh hùng thay vì trong đời thực. Nếu thông tin này truyền cảm hứng cho bất kỳ hãng phim nào tạo ra một bộ phim bom tấn về vi khuẩn siêu anh hùng, chúng tôi khuyên bạn nên xin phép các nhà khoa học trước.

10. Caulobacter Crescentus (Vi khuẩn siêu dính)


Bí ẩn về 10 loại vi khuẩn có siêu năng lực khó tin


Nếu một con tắc kè bám vào một bề mặt bằng đôi chân của nó, nó sẽ phải mất hàng trăm kg lực để chỉ đơn giản là không bị rớt. Tuy nhiên, điều đó không thể so sánh với những gì vi khuẩn Caulobacter crescentus có thể làm. Như thể đó là phiên bản vi khuẩn của Người Nhện, C. crescentus có lực bám dính mạnh gấp bảy lần so với tắc kè và có độ bám cao gấp ba đến bốn lần so với keo siêu dính hiện nay trên thị trường.

C. crescentus sống trong bất kỳ môi trường ẩm ướt và trong bất kỳ loại nước nào, có thể là nước ngọt, nước muối hoặc thậm chí là nước máy. Chúng di chuyển với sự trợ giúp của một phần phụ được gọi là roi cho đến khi tìm thấy một nơi để sống. Sau đó, một đầu của C. crescentus bám vào bề mặt vật chủ, sau đó vi khuẩn được neo vào nó thông qua các cấu trúc mỏng gọi là pili. Khi C. crescentus ở đúng vị trí, nó tiết ra một chất dính có đường làm cho sinh vật dính vào bề mặt ngay lập tức.

Kết quả kiểm tra khoa học đã chỉ ra rằng, chất dính tinh của C. crescentus có lực dính khoảng năm tấn trên một inch vuông. Nói cách khác, một miếng nhỏ của chất này sẽ đủ để nâng một con voi hoặc một vài chiếc xe lên khỏi mặt đất. Vì C. crescentus di chuyển ở những nơi không có nhiều thức ăn, người ta tin rằng những vi khuẩn này cũng sử dụng chất dính của chúng để lấy chất dinh dưỡng. Rõ ràng, các nhà khoa học nhìn thấy tiềm năng thực tế của một chất dính như vậy, mà công dụng của nó có thể bao gồm từ chất kết dính phẫu thuật đến vật liệu xây dựng siêu bền.

9. Vi khuẩn Magnetotactic (Nam châm sống)


Bí ẩn về 10 loại vi khuẩn có siêu năng lực khó tin

Một sức mạnh thực sự đáng kinh ngạc sẽ là kiểm soát từ tính. Nhận biết từ trường gần đó, thao túng các vật kim loại và di chuyển chỉ bằng cách tận dụng từ trường của Trái đất nghe có vẻ như là một thứ gì đó tuyệt vời, nhưng thật không may, vượt xa khả năng của con người. Tuy nhiên, điều đó không có nghĩa là những sinh vật khác không thể làm điều đó, và trên thực tế, một số vi khuẩn đã có những khả năng hấp dẫn này. Cùng gặp vi khuẩn từ tính, nam châm sống.

Vi khuẩn Magnetotactic (MTB) là các vi sinh vật có khả năng tích lũy các phân tử oxit sắt và kết hợp chúng lại với nhau để tạo thành các viên sỏi nhỏ tên gọi là Magnetosome. Những hạt từ tính này nhỏ hơn 100.000 lần so với một hạt gạo, và một MTB lưu trữ nhiều hạt này bên trong. Theo cách này, các nam châm nhỏ đó cho phép các MTB cảm nhận được từ trường của Trái đất và do đó di chuyển về phía Nam Cực hoặc Bắc Cực, tùy thuộc vào nơi có nhiều thực phẩm. Nhưng đó mới chỉ là khởi đầu.

Vì loài MTB thường sống trong đầm lầy và môi trường tương tự có ít oxy, các vi khuẩn phải di chuyển bằng cách sử dụng lông và roi của chúng cho đến khi tìm thấy một nơi thích hợp. Nhưng đôi khi, trầm tích quá dày đặc để di chuyển theo cách đó, do đó, MTB sử dụng từ tính của nó để có lực đẩy với từ trường của Trái đất. MTB cũng có thể coi là siêu anh hùng thực sự. 

8. Thiomargarita Namibiensis (Người khổng lồ nhỏ)


Bí ẩn về 10 loại vi khuẩn có siêu năng lực khó tin

Trong số các siêu anh hùng trong truyện tranh Marvel (và phim ảnh), có một số nhân vật sử dụng một chất nhất định để phóng đại kích thước thành một tòa nhà nhiều tầng. Tại thời điểm này, không có con người nào được biết là có khả năng như vậy, thì một số loại vi khuẩn đã có siêu năng lực tăng kích thước theo ý muốn. 

Thiomargarita namibiensis được coi là vi khuẩn lớn nhất thế giới, lớn hơn ba triệu lần so với vi khuẩn trung bình. Được phát hiện vào năm 1997 trên bờ biển Namibia, vi khuẩn này có khả năng đạt tới kích thước lên tới 0,75 mm, khiến nó có thể nhìn thấy ngay cả bằng mắt thường. Heide Schulz, nhà sinh vật học đã phát hiện ra vi khuẩn, cho biết trong một báo cáo: về mặt kích thước, một tế bào T. namibiensis là một tế bào Escherichia coli, một con cá voi xanh được so sánh với một con chuột mới sinh.

Kích thước cực đoan của T. namibiensis là do cơ chế ăn của nó. Vi khuẩn sử dụng nitrat và sulfide để thu được năng lượng. Và vì nồng độ nitrat thấp ở nơi nó sống, T. namibiensis cố gắng lưu trữ càng nhiều nitrat càng tốt trong cơ thể của chính nó. Theo cách đó, 98 phần trăm thể tích của nó là nitrat được lưu trữ bên trong một cơ quan ở trung tâm của vi khuẩn.

Về ngoại hình, T. namibiensis trông có màu trắng do nhiều hạt lưu huỳnh mà sinh vật cũng lưu trữ bên trong. Điều đáng chú ý là vì T. namibiensis ăn lưu huỳnh, nên quần thể của những vi khuẩn này giải độc nước biển, cho phép sinh sôi nảy nở của sinh vật biển. Những vi sinh vật này thường kết hợp với nhau bằng một lớp chất nhầy, tạo thành những gì trông giống như một chuỗi dài các quả cầu trắng. Đây là nguồn gốc tên gọi của nó, vì Thiomargarita namibiensis có nghĩa là “Ngọc lưu huỳnh của Namibia.”

7. Escherichia Coli (Máy tính sống)


Bí ẩn về 10 loại vi khuẩn có siêu năng lực khó tin

Con người luôn cố gắng tìm ra cách tốt nhất để lưu trữ thông tin. Nhiều thiên niên kỷ trước, chúng ta bắt đầu chia sẻ ý tưởng của mình thông qua những bức tranh bên trong hang động. Sau đó đến sách và máy tính, và gần đây chúng tôi đã biết rằng kim cương là thiết bị lưu trữ dữ liệu tuyệt vời. Nhưng sau đó vi khuẩn xâm nhập khi các nhà khoa học tìm cách chèn thông tin vào chúng. Điều đó nghĩa là: Một số vi khuẩn có thể vận chuyển văn bản, video và hình ảnh trong cơ thể chúng, biến chúng thành máy tính sống.

Điều đó xảy ra khi vi khuẩn tiêu diệt virus của kẻ thù, chúng lưu trữ các phần nhỏ DNA của virus bên trong cơ thể của chúng. Theo cách này, vi khuẩn học cách nhận ra các mối đe dọa tương tự trong tương lai. Tận dụng cơ chế đó, các nhà khoa học từ Đại học Harvard lần đầu tiên nuôi dưỡng một quần thể 600.000 vi khuẩn Escherichia coli. Sau đó, họ mã hóa một hình ảnh bàn tay con người và một đoạn video ngắn thành một chuỗi DNA. Và cuối cùng, E. coli đã nhận được các cú sốc điện để họ kích hoạt cơ chế phòng vệ và do đó hấp thụ DNA nhân tạo .

Để kiểm tra xem phương pháp này có hiệu quả hay không, các nhà khoa học đã giải trình tự mã di truyền mới của mỗi loại vi khuẩn. Sau đó, họ chạy chuỗi trong một chương trình máy tính đọc nó và biến nó thành hình ảnh. Thật đáng kinh ngạc, các hình ảnh thu được thực tế giống như các tệp gốc, chỉ có một vài pixel khác biệt. Mặc dù kỹ thuật này nghe có vẻ khó khăn, nhưng các công nghệ giải trình tự gen hiện tại đã giúp quá trình thực hiện dễ dàng hơn.

Dù sao, đây không phải là lần đầu tiên vi sinh vật E. coli mang thông tin của chúng ta. Năm 2003, các nhà khoa học Mỹ đã giới thiệu DNA được viết với lời bài hát bên trong vi khuẩn E. coli . Và vào năm 2011, nhà văn người Canada Christian Bok đã chèn một bài thơ vào DNA của một E. coli duy nhất. Nếu bạn tự hỏi tiềm năng của khả năng này là gì, một gram DNA có thể chứa dữ liệu 455 exabyte (455 tỷ gigabyte), khoảng một phần tư thông tin của nhân loại. Vì vậy, trong tương lai không xa, chúng ta có thể sử dụng các quần thể E. coli đã được sửa đổi làm máy vi tính cá nhân.

6. Shewanella Oneidensis (Vi khuẩn điện)


Bí ẩn về 10 loại vi khuẩn có siêu năng lực khó tin

Vi khuẩn điện tử là các vi sinh vật có thể tạo ra điện một cách tự nhiên thông qua sự chuyển điện tử ngoại bào. Cho đến nay, hàng trăm loài vi khuẩn điện tử đã được tìm thấy, và chúng ở khắp mọi nơi, từ đáy hồ đến bên trong cơ thể chúng ta. Tuy nhiên, một loại vi khuẩn đặc biệt thuộc loại này có những đặc điểm độc đáo, khiến nó trở thành một đối tượng tuyệt vời của nghiên cứu khoa học.

Shewanella oneidensis là một loại vi khuẩn được phát hiện trong các hồ của New York. Trong khi hầu hết sự sống hình thức (trong đó có chúng ta) sử dụng oxy để có được năng lượng, S. oneidensis “thở” bằng các phân tử kim loại như mangan, chì, sắt. Nhiều vi khuẩn trong số này kết hợp với nhau và gắn vào bề mặt đá chứa kim loại. Sau đó, chúng giải phóng các sợi dài gọi là dây nano, sử dụng để kết nối trực tiếp với kim loại. Theo cách đó, các vi khuẩn chuyển các electron từ bên trong cơ thể chúng sang các phân tử kim loại, và dòng điện này là thứ giữ cho chúng sống. Đôi khi, vi khuẩn S. oneidensis làm ngược lại và trích xuất các electron từ các kim loại như vậy, vì vậy chúng thực sự sống bằng điện .

Người ta cho rằng các dây nano của S. oneidensis cho phép nó dẫn điện qua khoảng cách xa, cũng như cung cấp điện tử cho các vi khuẩn khác gần đó. Khả năng S. oneidensis tạo ra điện đã làm dấy lên sự quan tâm của cộng đồng khoa học. Ví dụ, một số nhà nghiên cứu đang nghiên cứu tiềm năng của vi khuẩn để xử lý nước thải. Trong khi đó, NASA đã lấy mẫu của những sinh vật này lên vũ trụ để xem chúng có thể được sử dụng trong việc xây dựng các hệ thống hỗ trợ sự sống trong tương lai hay không.

5. Pseudomonas Syringae (Máy làm đá)


Giống như Iceman của Marvel, vi khuẩn Pseudomonas syringae có thể đóng băng nước bằng cách chạm vào nó, ngay cả ở nhiệt độ trên điểm đóng băng tự nhiên. Vi khuẩn P. syringae sống chủ yếu trong các loại cây trồng nông nghiệp, cũng như trong nhiều loại cây khác. Để tự ăn, những sinh vật nhỏ này đóng băng mô của cây để dễ dàng tiếp cận các chất dinh dưỡng của chúng, do đó, có thể gây ra thiệt hại lớn cho nông nghiệp. Ngoài ra, P. syringae cũng đã được tìm thấy trong môi trường tuyết từ Châu Âu đến Nam Cực. Nhưng làm thế nào để những vi khuẩn đóng băng mọi thứ?

Năm 2016, các nhà khoa học đã biết rằng P. syringae sử dụng một số protein trong màng ngoài của nó để tạo ra nước đá. Đầu tiên, các protein này sửa đổi thứ tự của các phân tử nước, buộc chúng tạo thành một cấu trúc vững chắc hơn như băng. Và để làm cho quá trình này dễ dàng hơn, các protein cũng trích xuất nhiệt từ nước, khiến nó đóng băng bất kể nhiệt độ xung quanh .

Nước tinh khiết không bị đóng băng cho đến khi đạt tới nhiệt độ 40 độ C. Tuy nhiên, một giọt vi khuẩn P. syringae có thể đóng băng ngay lập tức 600 ml (20,3 ounce chất lỏng) nước được làm mát đến mức chỉ 7 độ C (19,4 ° F). Người ta cũng tin rằng những vi khuẩn này góp phần hình thành mưa và tuyết khi gió kéo chúng vào khí quyển. Vì vậy, chúng ta có thể nói rằng P. syringae tốt của chúng ta vừa là máy làm đá vừa là máy tạo mưa. Do khả năng phi thường của chúng, vi khuẩn P. syringae hiện đang được sử dụng để làm tuyết trong các khu nghỉ mát trượt tuyết, mặc dù chúng thậm chí có thể được sử dụng trong các quy trình công nghệ sinh học.

4. Klebsiella Planticola (Kẻ hủy diệt thế giới)



Siêu năng lực của vi khuẩn này mang đến cho nó khả năng xóa sạch mọi sự sống thực vật trên Trái đất. Vi khuẩn Klebsiella có mặt trong rễ của hầu hết các loài thực vật trên Trái đất. Những sinh vật này chịu trách nhiệm phân hủy thực vật chết, do đó làm sạch đất của chất thải hữu cơ.

Các nhà khoa học Đức đã lấy một mẫu vi khuẩn K. planticola và biến đổi gen để bằng cách phân hủy thực vật, họ đã sản xuất phân bón và ethanol cùng một lúc. Một loại vi khuẩn thuộc loại này sẽ dễ bán cho nông nghiệp và công nghiệp, vì vậy vào đầu những năm 1990, nó đã được lên kế hoạch để thử nghiệm K. planticola trên các cánh đồng.

Tuy nhiên, để kiểm tra hiệu quả của nó, một nhóm nghiên cứu tại Đại học bang Oregon đã tiến hành một thí nghiệm trong phòng thí nghiệm với một mẫu đất màu mỡ, được gieo. Một phần của đất được lấp đầy bằng K. planticola ban đầu, trong khi các vi khuẩn biến đổi được đặt ở phần khác. Kết quả cho thấy, mặc dù hạt giống nảy mầm trong cả hai loại đất, tất cả các cây trong phần vi khuẩn biến đổi đã chết sau một tuần.

K. planticola biến đổi tạo ra lượng cồn trong đất cao gấp 17 lần so với thực vật có thể chịu đựng được. Ngoài ra, thực vật sử dụng nấm để nuôi dưỡng chất dinh dưỡng trong đất, nhưng vi khuẩn sản xuất ethanol làm tăng sự hiện diện của giun ăn những loại nấm đó. Vì vậy, cây không chỉ chết vì ngộ độc mà còn chết đói.

Thêm vào các đặc điểm xấu xa của nó, người ta đã xác nhận rằng vi khuẩn K. planticola biến đổi có thể tồn tại trong đất trong một thời gian dài, không giống như các vi khuẩn biến đổi khác. Cuối cùng, sát thủ người Viking, J. K. planticola không được thương mại hóa. Nhưng nó đã từng được phát tán trên các cánh đồng, cuối cùng đã tiêu diệt tất cả hệ thực vật ở quy mô lục địa.

3. Aquifex (Vi khuẩn từ địa ngục)



Đầu những năm 1980, các nhà khoa học đã tìm thấy những sinh vật tăng thân nhiệt đầu tiên được biết đến, những sinh vật cực nhỏ có khả năng sống và sinh sản ở nhiệt độ gần 100 độ C (212 ° F). Nhưng điều xảy ra là hầu hết các vi sinh vật này thuộc về Archaea, một nhóm khác với vi khuẩn và được phát hiện vào cuối những năm 1970. Tuy nhiên, một số vi khuẩn gây tăng thân nhiệt cũng đã được phát hiện và khả năng của chúng khiến chúng bền hơn hầu hết sự sống trên Trái đất.

Chi Aquifex bao gồm các vi khuẩn có khả năng sinh sản trong các lỗ thông hơi nhiệt dưới nước và suối nước nóng, ở nhiệt độ lên tới 95 độ C (203 ° F). Chỉ cần có được một ý tưởng, một cơ thể con người chìm trong nước đó sẽ bắt đầu sôi lên cho đến khi tan biến trong vài giờ. Và ngay cả như vậy, Aquifex có thể sống trong một môi trường như vậy mà không gặp khó khăn gì, ngay cả ở nhiệt độ trên 100 độ C (212 ° F), khiến chúng trở thành vi khuẩn chịu nhiệt tốt nhất.

Như thể điều đó là không đủ, Aquifex cũng là người hiếu khí, họ có thể thở oxy. Mặc dù các vi khuẩn này chỉ chịu được nồng độ oxy thấp, nhưng chúng là một trong số ít các vi khuẩn hiếu khí hiếu khí được biết đến. Nếu môi trường không có oxy, Aquifex cũng có thể thở nitơ. Nhưng khả năng ấn tượng nhất của các vi sinh vật này là chúng tạo ra nước dưới dạng sản phẩm phụ trong khi thở. Vì lý do này, vi khuẩn đã có được cái tên Aquifex , có nghĩa là nhà sản xuất nước.

2. Vi khuẩn cổ đại



Nếu mọi thứ suôn sẻ, con người có thể sống trung bình hơn 70 năm một chút. Một số loài bò sát có thể sống gần 200 năm, trong khi một số ít cây đã sống khoảng 5.000 năm. Nhưng tất cả chỉ là một cái chớp mắt (tất nhiên là theo nghĩa bóng) đối với các vi khuẩn lâu đời nhất trên thế giới. Thật vậy, vào năm 2007, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra vi khuẩn hơn nửa triệu năm tuổi, vẫn còn sống.

Một nhóm các nhà khoa học từ Đại học Copenhagen (Đan Mạch) đã thu được các mẫu vi khuẩn này trong các lớp băng ở Canada, Nga và Nam Cực. Người ta ước tính rằng các vi khuẩn đã tồn tại khoảng 600.000 năm và khi các nhà khoa học nhìn vào DNA của họ, họ đã rất ngạc nhiên khi thấy rằng nó gần như còn nguyên vẹn. Đây là một điều cực kỳ bất thường đối với các sinh vật ở độ tuổi đó, vì DNA bắt đầu bị phá vỡ sau một thời gian. Để tồn tại trong nhiều thiên niên kỷ, nhiều vi sinh vật rơi vào trạng thái gần như không hoạt động, nhưng ngay cả như vậy, DNA của chúng sẽ tiếp tục chịu thiệt hại lớn.

Chìa khóa cho sự sống lâu dài của những vi khuẩn cũ này nằm ở khả năng tự sửa chữa DNA của chúng. Thay vì trở nên thờ ơ và đình chỉ các chức năng của nó để tồn tại, sinh vật đặc biệt này giữ một phần nhỏ trong quá trình trao đổi chất của nó hoạt động. Bằng cách này, cơ thể của vi khuẩn sẽ liên tục sửa chữa DNA của chính nó trong khi chờ môi trường trở nên thuận lợi hơn cho việc sinh sản.

Đã có những báo cáo khác về những vi khuẩn thậm chí già hơn, chẳng hạn như vi khuẩn 250 triệu năm tuổi bị mắc kẹt trong tinh thể muối. Tuy nhiên, những báo cáo này vẫn chưa được xác nhận và người ta suy đoán rằng các mẫu đã bị nhiễm vi khuẩn hiện đại khi ở trong phòng thí nghiệm. Ngược lại, vi khuẩn 600.000 năm tuổi là xác thực, vì các nhà nghiên cứu đảm bảo tránh mọi hình thức ô nhiễm trong các thử nghiệm. 

1. Staphylococcus Epidermidis (Chiến binh chống ung thư)



Ung thư là nguyên nhân gây tử vong đứng hàng thứ hai trên toàn thế giới. Năm 2018, gần mười triệu người chết vì loại bệnh này và số ca mắc ung thư hàng năm dự kiến ​​sẽ đạt 23,6 triệu vào năm 2030. Điều đó có thể thay đổi, bởi vì các nhà khoa học đã phát hiện ra một phương pháp để chống lại căn bệnh ung thư. Và bạn đã đoán đúng, phương pháp liên quan đến vi khuẩn.

Vào tháng 2 năm 2018, một nhóm các nhà nghiên cứu từ Đại học California đã phát hiện ra rằng vi khuẩn Staphylococcus cholermidis có khả năng chống ung thư. Vi khuẩn này thường được tìm thấy trong da người khỏe mạnh. Sau khi phân tích cẩn thận, các nhà khoa học lưu ý rằng S. cholermidis tạo ra một hợp chất hóa học tương tự như một thành phần DNA nhất định. Khi các nhà nghiên cứu thử nghiệm chất này (được gọi là 6-HAP) trong phòng thí nghiệm, họ nhận ra rằng nó đã ngừng sản xuất DNA. Cụ thể, hóa chất ngăn chặn các tế bào ung thư nhân lên thêm nữa. Tuy nhiên, 6-HAP không có tác dụng đối với các tế bào bình thường, vì một số enzyme trong chúng đã vô hiệu hóa hóa chất. 

Các nhà khoa học đã tiêm 6-HAP vào một nhóm chuột, trong khi một nhóm khác không bị ảnh hưởng. Các con vật sau đó đã tiếp xúc với bức xạ UV liều cao. Kết quả cho thấy, mặc dù tất cả những con chuột đều bị ung thư, khối u của những con chuột có 6-HAP nhỏ hơn 60% so với những con chuột bình thường. Các nhà nghiên cứu đã tiến hành lặp lại thí nghiệm, lần này bằng cách lây lan vi khuẩn S. cholermidis trên lưng chuột thay vì tiêm chúng. 

Ngay cả theo cách đó, những con chuột được bao phủ bởi các vi khuẩn chỉ phát triển một khối u sau liều phóng xạ, trong khi những con chuột bình thường có tới sáu con. Mặc dù vẫn cần nhiều nghiên cứu hơn về những sinh vật này, nhưng người ta tin rằng S. cholermidis có thể được sử dụng trong tương lai để ngăn ngừa nhiều bệnh ung thư khác ngoài ung thư da.
Previous Post
Next Post

post written by:

Thảo luận với Facebook:

0 nhận xét: