Профессор Хосе Р. Пенадас (Jose R Penades) и его команда из Имперского колледжа Лондона на протяжении десятка лет выясняли, почему некоторые супербактерии устойчивы к антибиотикам. Когда исследование наконец было закончено, ученые сформулировали для ИИ от Google суть проблемы. И тот за два дня пришел к тем же выводам, на которые у микробиологов ушли годы.

Источник изображения: National Institute of Allergy and Infectious Diseases/Unsplash

Профессор рассказал BBC, что был шокирован результатом, поскольку его исследование не было опубликовано и нейросети не могли узнать о нем из открытых источников. Хосе Р. Пенадас даже спросил у Google, не было ли у них доступа к его компьютеру. Доступа, конечно, не было.

«Я был в магазине с кем-то из знакомых и сказал: „Пожалуйста, оставь меня одного на час, мне надо это переварить“», — рассказал он в эфире программы Today на BBC Radio Four.

По словам ученого, дело даже не в том, что ИИ предложил одну гипотезу, которая оказалась верной. Система выдала ещё четыре гипотезы, и все они имели смысл. Одна из них вообще не приходила исследователю в голову.

В итоге и микробиологи, и ИИ пришли к выводу, что супербактерии (невосприимчивые к антибиотикам микроорганизмы) могут формировать из разных фрагментов вирусов «ключи», которые позволяют им переходить «из одного дома в другой», то есть от одного вида хозяина к другому. Важно то, что эта гипотеза была уникальной для команды Пенадаса и нигде не публиковалась.

Теперь все участники проекта уверены, что ИИ изменит науку и значительно ускорит научные открытия.

Человечество столетиями использует медьсодержащие препараты для борьбы с грибковыми и бактериальными заболеваниями растений. Также медь известна способностью при контакте убивать болезнетворные бактерии человека. Добавка меди к покрытию сенсорных экранов значительно снизила бы биологическую опасность использования сенсорных дисплеев в общественных местах, что в «постковидные» времена пришлось бы весьма кстати. К сожалению, медь непрозрачна, но варианты нашлись.

Наноструктурированное антимикробное медное покрытие сенсорных дисплеев. Источник изображения: ICFO

Исследователи из испанского Каталонского института исследований и перспектив (ICREA), Института фотонных наук (ICFO) и корпорации Corning придумали, как сделать медное покрытие дисплеев прозрачным для видимого света и сохранить при этом его бактерицидные свойства. Придуманное решение назвали TANCS или, по-русски «прозрачная наноструктурированная медная поверхность».

На первом этапе процесса на подложку Corning Gorilla Glass нанесли плёнку из меди. Затем с помощью техпроцесса «быстрый термический отжиг» плёнку нагревали до 390 ℃ и выдерживали при этой температуре 10 мин, после чего охлаждали. В результате такой процедуры плёнка растекалась на множество равномерно размещённых медных наночастиц.

Проверка показала, что в таком виде покрытие сохраняет антибактериальные свойства меди, но стало прозрачным, нейтральным по цвету и сохранило электропроводность. Дополнительно поверх пленки были нанесены слои диоксида кремния и фторсиланов (водо- и жироотталкивающих соединений), что дополнительно повысило прочность покрытия и повысило его эффективность.

В ходе испытаний было установлено, что покрытие TANCS в течение 2 ч уничтожает 99,9 % бактерий золотистого стафилококка. При этом покрытие оставалось целым и эффективным даже после многократных процедур очистки чистящими средствами. Проверка по ускоренной процедуре показала, что если в течение 2 лет такое покрытие дважды в день тщательно очищать, то оно полностью сохранит свои бактерицидные и другие свойства.

«Хотя для полноценного коммерческого применения необходимы дальнейшие разработки, это шаг в правильном направлении, позволяющий создать антимикробные сенсорные экраны для общественных или персональных дисплеев», — заявили разработчики.

Очевидно, что присутствие островка жизни на орбите в виде Международной космической станции создало там особые условия для эволюции бактерий, которых никогда не было на Земле. Микрогравитация и радиация заставляют бактерии мутировать непредсказуемым для учёных образом и можно только догадываться, к чему это приведёт. Предварительные исследования показывают, что тенденции выглядят угрожающе.

Источник изображения: NASA

В сотрудничестве с Лабораторией реактивного движения NASA группа индийских учёных провела анализ бактериальных штаммов с МКС и тех же видов, полученных на Земле. Всего было выделено 13 штаммов бактерии Enterobacter bugandensis. Оказалось, что эта бактерия заселила всё внутри станции и стала доминирующей на её борту. Причём её сравнение с земными прародителями оказалось явно не в пользу последних. Космические колонии Enterobacter bugandensis стали более устойчивыми к антибиотикам, чем их земные сородичи.

Это ещё не катастрофа, но повод задуматься, что будет, когда на орбите появятся коммерческие орбитальные станции и контроль над стерильностью грузов и здоровьем путешественников ослабнет? Но это ещё не все проблемы. Также была обнаружена связь между Enterobacter bugandensis и рядом других бактерий. Так, они оказали поддержку колониям нескольких грамположительных бактерий и, в частности, Staphylococcus saprophyticus, которые могут стать возбудителями инфекций и представлять опасность для людей.

За 24 года на МКС побывало около 300 астронавтов, космонавтов и туристов. Интенсификация полётов, связанных с освоением Луны и окололунного пространства выведет проблему на новый уровень как с количественной точки зрения (в космосе побывает больше людей и грузов), так и с качественной (в отсутствие магнитного поля Земли действие радиации усиливается). Хорошо бы оказаться к этому готовыми.

Команде учёных из китайских исследовательских институтов удалось использовать бактерии для очистки сточных вод от органических загрязнителей и получения ряда химических соединений для полупроводниковой промышленности. Этот процесс может проложить путь к устойчивому и экологически чистому производству ценных полупроводниковых материалов. Результаты исследования были опубликованы 16 октября в рецензируемом журнале Nature Sustainability.

Источник изображений: Pixabay

Исследование, возглавляемое профессором Гао Сяном (Gao Xiang) из Шэньчжэньского института синтетической биологии Китайской академии наук и профессором Лу Лу (Lu Lu) из Харбинского технологического института в Шэньчжэне, продемонстрировало возможность получения материалов, используемых для изготовления полупроводников, из сточных вод с помощью генно-модифицированных бактерий. Исследователям удалось преобразовать загрязнители сточных вод в полупроводниковые биогибриды, состоящие из биологических и небиологических компонентов.

Исследовательская группа выбрала морской микроорганизм Vibrio natriegens в качестве отправной точки для модифицирования бактерий. По словам учёных, «это одни из самых быстрорастущих бактерий, которые процветают в средах с высоким содержанием соли и очень устойчивы к сточным водам. Они могут использовать более 200 типов органических материалов в качестве питательных веществ, включая сахара, спирты, аминокислоты и органические кислоты, что делает их идеальными кандидатами для этого исследования».

Затем команда «запустила» механизм восстановления сульфатов в Vibrio natriegens, обучив штамм непосредственно поглощать сульфат из окружающей среды и производить сероводород, который затем объединялся с ионами металлов в сточных водах для создания полупроводниковых наночастиц. Метод оказался универсальным и его можно было применять к ионам различных металлов, получая такие соединения, как сульфид кадмия, сульфид свинца и сульфид ртути.

Наночастицы фиксировались на поверхности бактерий, образуя полупроводниковые биогибриды. Под воздействием света полупроводниковый материал поглощал солнечную энергию и преобразовывал её в электроны, обеспечивая бактериям дополнительную энергию. В лабораторном эксперименте, в котором биогибриды использовались для очистки сточных вод, 99 % ионов кадмия были таким образом извлечены в виде частиц сульфида кадмия.

Эти типы наночастиц, также известные как квантовые точки, стали центральным элементом открытия, за которое другая группа учёных получила в этом году Нобелевскую премию по химии. «После полного цикла биогибриды в сточных водах можно собирать посредством фильтрации или седиментации (осаждения частиц) для извлечения полупроводниковых материалов, — сообщил Гао Сян. — Эта система может стать эффективным и экономически выгодным методом производства очень ценных квантовых точек».

При размножении биогибридов в сточных водах они также преобразует органические загрязнители в 2,3-бутандиол (БДО), ценный химикат, который широко применяется в косметике, сельском хозяйстве и здравоохранении. Лабораторные испытания показали, что при искусственном освещении биогибриды производят БДО в два раза быстрее, чем немодифицированные бактерии, при этом степень конверсии углерода увеличивается на 26 %.

«Дополнительная энергия, генерируемая наночастицами за счёт поглощения света, повысила эффективность синтеза биогибридов и скорость преобразования органических веществ в сточных водах. Традиционно вся энергия, необходимая для роста бактерий и производства БДО, обеспечивается самими бактериями, что включает в себя самометаболизм и переваривание органических веществ. Дополнительная энергия, полученная за счёт поглощения света, очевидно, ускоряет оба процесса» — пояснил Гао.

В эксперименте, проведённом в 5-литровом реакторе, биогибриды были успешно выращены с использованием реальных промышленных сточных вод, достигнув производительности БДО 13 граммов на литр и превзойдя результаты всех предыдущих исследований.

Сейчас учёные изучают возможности масштабирования процесса. Основным препятствием становится плохая прозрачность промышленных сточных вод. Поэтому требуются реакторы с большей площадью поверхности, чтобы обеспечить достаточное для активной деятельности бактерий освещение.

«Полупроводниковые биогибриды объединяют в себе лучшие качества биологических цельноклеточных катализаторов и полупроводниковых наноматериалов, позволяя нефотосинтетическим промышленным заводам по производству микробных клеток использовать солнечную энергию для химического производства», — резюмировали исследователи.