Открытие литоавтотрофии бактерий в молекулярной биологии
Литоавтотрофия - способность бактерий получать энергию при окислении неорганических соединений и усваивать углерод из углекислоты
Литоавтотрофия была впервые описана в 1887 г. русским физиологом растений С. Н. Виноградским, работавшим в то время в лаборатории де Бари в Страсбурге. Инкубируя гигантскую серную нитчатую бактерию Beggiatoa во влажной камере в присутствии сероводорода и воздуха, он наблюдал отложение в клетках глобул серы, исчезавших в отсутствие сероводорода‚ и образование серной кислоты. Виноградский заключил, что Beggiatoa окисляет соединения серы вместо органических субстратов; это свойство было признано новым способом жизни и получило название аноргоксидация, или хемосинтез; теперь оно известно, как литотрофия.
Исследуя нитрифицирующие бактерии (1891), Виноградский открыл также источник углерода‚ необходимый для биосинтетических процессов. Ему удалось выделить бактерии-нитрификаторы из почвы и получить их рост на чисто минеральной среде. Определяя количество нитрита, нитрата и образованного клеточного углерода, Виноградский установил, что имеется постоянное стехиометрическое соотношение между продуктами окисления аммиака и ассимилированным углеродом. Поскольку в среду не добавляли органический субстрат, источником клеточного углерода мог служить только диоксид углерода из воздуха. Таким образом, Виноградский открыл ассимиляцию бактериями углекислоты - свойство, до того времени известное лишь для растений.
Физиолог растений Вильгельм Пфеффер (1845-1920), работавший в Лейнциге, ввел для подобного способа роста термин автотрофия (1897). Литоавтотрофия присуща большой группе бактерий, растущих в минеральных средах с использованием неорганических доноров водорода, таких как аммиак, нитрит, сера, сероводород тиосульфат, восстановленное железо, молекулярный водород и оксид углерода, а также, в качестве единственного источника углерода - углекислоты. Отдельные представители этих бактерий были выделены и изучены еще в начале прошлого века, но многие литоавтотрофы из экстремальных местообитаний удалось обнаружить совсем недавно. Открытие этого нового способа жизни имело чрезвычайно важное значение.
Хемолитотрофные бактерии с их особыми потребностями в субстратах были первой физиологической группой организмов, выделенной с помощью селективных сред - методом, известным сейчас как метод накопительных культур. Этим методом Виноградский (1887) получил смешанную культуру бесцветных и пурпурных серных бактерий. Как прежде, так и теперь курс практических занятий по микробиологии часто начинают с демонстрации «колонки Виноградского». C помощью метода накопительных культур немецкий ученый М. Бейеринк‚ работавший в Дельфте, выделил множество видов специализированных бактерий. Принципы, разработанные Виноградским и Бейеринком, используются и в наше время для выделения микробов с особыми потребностями в источниках питания или в экстремальных условиях, причем новейшие способы выделения включают применение компьютеризированных приставок для скрининга образцов. Те же принципы лежат в основе методов отбора мутантов и рекомбинантов в современных генетических исследованиях.
