Tutustu uusiin työkavereihisi: Bakteerit tarttuvat toimeen

Betonin halkeamien korjaus, elimistön puhdistus taudinaiheuttajista ja miinanraivaus. Tutkijat ovat kesyttäneet joukon bakteereja ja opettaneet ne suorittamaan tärkeitä tehtäviä, joista ihmisen on vaikea tai jopa mahdoton selviytyä omin avuin.

Tieteen Kuvalehti

Rakentaja

Bakteerirakkulat paikkaavat betonia

Siltoja, tunneleita, patoja ja perustuksia tehdään betonista, koska se kestää, mutta sää ja muut ympäristötekijät voivat vähitellen hajottaa rakenteita. Kun halkeamia syntyy, vesi ja haitta-aineet pääsevät betonin sisään ja aiheuttavat lisää vahinkoa.

Siksi vauriot on hyvä korjata pikimmiten. Tutkijat ovat kouluttaneet tähän tehtävään mikroskooppisia rakentajia, jotka ovat aina valmiina huolehtimaan betonirakenteiden huollosta ja korjauksesta.

Biobetonina tunnettu rakennusmateriaali sisältää lepotilaisia bakteereja ja luonnollista orgaanista yhdistettä ureaa, jota esiintyy virtsassa. Bakteerit aktivoituvat, kun betoniin syntyy halkeama tai siihen tihkuu vettä, sillä silloin niitä ympäröivät kapselit hajoavat.

Bakteerit ovat lepotilassa mikrokapseleissa, jotka liukenevat, kun niihin sekoittuu vettä.

© KUNAMINENI VIJAY ET AL.

Bakteerit alkavat hetimmiten täyttää aukkoa kerrostamalla siihen kalkkia. Ne käyttävät täytteeseen ja ravinnokseen sekä ureaa että betonissa luontaisesti esiintyvää kalsiumia.

Toiminnan ainoa sivutuote on ammoniakki, joka on tässä yhteydessä harmiton aine. Halkeaman korjanneet bakteerit jättävät jälkeensä lepomuotoja, itiöitä, jotka heräävät, kun kunnostusta tarvitaan.

Tehtävään sopivat monenlaiset bakteerit, jotka pystyvät hajottamaan ureaa ja kestävät jopa useita vuosisatoja betonin voimakkaasti emäksistä ympäristöä. Bacillus subtilis -lajilla tehtyjen kokeiden mukaan kerrostumat paitsi korjaavat vaurioita myös vahvistavat betonia.

Näin bakteerit toimivat

Näppärät bakteerit voivat täyttää reikiä ja siten vahvistaa rakenteita sisältäpäin aineilla, jotka jo sisältyvät betoniin.

Halkeama herättää bakteerit

Lepotilaisia bakteereja sisältävät mikrokapselit on sekoitettu betoniin, joka sisältää lisäksi typpipitoista ureaa. Kun betoni vaurioituu, sisään pääsee vettä, joka liuottaa kapseleita ja vapauttaa näin bakteerit.

Bakteerit aiheuttavat reaktion

Bakteerit sitovat pintaansa kalsiumia ja ottavat ureaa. Tästä syntyy niiden aineenvaihdunnassa hiilipitoista karbonaattia, joka poistuu. Kun kalsium reagoi karbonaatin kanssa, muodostuu kalkkia.

Kalkki täyttää aukon

Niin kauan kuin bakteerit saavat ilmaa ja vettä, ne lisääntyvät ja tuottavat kalkkia. Kun halkeama on ummessa, jäljellä on bakteerien lepomuotoja. Niiden ansiosta biobetoni voi vähentää korjaustarvetta kauan.

Lääkäri

Ihobakteeri osaa säädellä verensokeria

Syvällä ihossa viihtyvät bakteerit voivat ottaa hoitaakseen riittämättömästi insuliinia erittävien haimasolujen tehtävän.

Insuliinipumput voivat pian kuulua menneisyyteen ykkös-tyypin diabetesta sairastavilla stafylokokkien ansiosta. Bakteerit voivat elää oletettua syvemmällä ihossa eli verinahassa. Muuntogeeniset stafylokokit pystyvät havaitsemaan liiallisen verensokerin nousun ja tuottamaan reaktiona insuliinia.

Tämä sokeriaineenvaihdunnan säätelyhormoni siirtyy suoraan verenkiertoon verinahan suonien kautta ja kulkeutuu veren mukana kudoksiin. Koska bakteerit elävät luonnostaan syvällä ihossa, ne eivät ole terveysriski.

Toisin kuin insuliinipumpusta tai haimansiirrosta potilaalle ei aiheudu ärsytystä, arpia eikä immuunireaktioita. Vielä pitää kuitenkin tutkia, kuinka paljon bakteereja tarvitaan insuliinintarpeen tyydyttämiseen.

Salmonella pommittaa syöpäkasvainta

Tutkijat värväävät muuntogeenisiä salmonellabakteereja itsemurhapommittajiksi, jotka tuhoavat sairaita soluja.

Uusi syöpähoito tukeutuu tuttuun suolistomikrobiin: salmonellabakteeriin. Tutkijat ovat muuntaneet sen perimää niin, että se uhraa itsensä taistellessaan syöpää vastaan. Kokeissa, jotka on tehty maksasyöpää sairastavilla hiirillä, on saatu lupaavia tuloksia. Kun hiirille syötettiin bakteereja, nämä hakeutuivat niihin kasvainten osiin, joissa ei ole verisuonia eikä siten happeakaan.

Salmonellabakteerit voivat elää myös siinä vähähappisessa ympäristössä, johon syöpälääkkeet eivät vaikuta. Bakteerien arsenaali sisältää erilaisia aseita, joilla ne muun muassa hajottavat syöpäsoluja suojaavia kalvoja ja aktivoivat immuunijärjestelmän.

1 / 3

undefined

123
© Claus Lunau

Bakteerit osoittavat joukkovoimaa sitten, kun niitä on kertynyt runsaasti paikalle. Hiirikokeissa bakteereihin ja syöpälääkkeisiin perustuva yhdistelmähoito esti kasvainta kasvamasta tai pienensi sen kokoa. Sen ansiosta sairaat hiiret saivat jopa 50 prosenttia enemmän elinpäiviä. Koska bakteerit tekevät itsemurhan, kanta pysyy jatkuvasti kurissa.

Jätteenkäsittelijä

Mutanttibakteerit syövät muovia

Vasta vähän aikaa tunnettu bakteeri on oppinut hajottamaan muovia ravinnokseen. Pieneliöstä saattaa olla apua luonnon puhdistamisessa.

Muovisaaste on vakava ympäristöongelma. Sen ratkaisu voi olla mikroskooppinen. Tutkijat ovat todenneet, että Ideonella sakaiensis -bakteerilaji erittää pakkausteollisuuden suosimaa kestomuovia hajottavaa entsyymiä, PETaasia.

Muovipulloon liimautunut Ideonella sakaiensis pilkkoo sitä erittämällään PETaasilla MHET:ksi. Molekyylejä bakteeri hajottaa vielä yksinkertaisemmiksi ja harmittomammiksi aineiksi, kuten hiilidioksidiksi ja sokeriksi.

© Kohei Oda/Kyoto Institute of Technology

Sittemmin on luotu bakteerin mutanttiversioita, jotka hajottavat PET-muovin parissa päivässä, eli entsyymi vaikuttaa 20 prosenttia ärhäkämmin. PET-muovinen juomapullo hajoaa normaalisti meressä tai metsässä 450–1 000 vuodessa.

Ideonella sakaiensis on kehittänyt 60:n viime vuoden aikana jätteenkäsittelylaitoksissa ja kaatopaikoilla kantoja, jotka eivät tarvitse muita ravinnonlähteitä kuin muoveja. Tutkimalla niiden PETaasin tuotantoa pyritään löytämään tehokkaita keinoja hävittää muovijätettä luonnosta. Muun muassa vesistöjen mikromuovia pidetään terveysuhkana.

Viimeisten noin 60 vuoden aikana bakteeri on oppinut hajottamaan muovia, jota on valtamerissä myös murusina.

Shutterstock

Kokki

Bakteeri parantaa ravintoarvoa

Monet bakteerit on päästetty keittiöön niiden terveyttä edistävien ominaisuuksien vuoksi.

Oliivi, hapankaali, soijakastike ja jogurtti ovat bakteerien jalostamia elintarvikkeita. Bakteerit hoitavat myös fermentointina tunnetun käymisen, joka on ruoan makuun ja ravintokoostumukseen vaikuttava kemiallinen prosessi.

Juuston valmistukseen käymistä alettiin käyttää jo vuoden 8000 eaa. tienoilla. Nykytiedon mukaan käyminen hajottaa aineita, jotka estävät ravintoaineiden talteenottoa, ja säilyttää vitamiinit, jotka muut ruoanvalmistusmenetelmät tuhoavat.

Natto on hapatettuja soijapapuja. On saatu viitteitä siitä, että sen sisältämä nattokinaasi-entsyymi alentaa verenpainetta.

© Shutterstock

Hapatettaessa kurkkua, soijapapua (natto) ja kaalia bakteerit tuottavat K2-vitamiinia, jota ihmisen on saatava ravinnosta, koska elimistö ei sitä valmista. Käymisbakteereista voi olla hyötyä myös verenkiertoelimistölle, immuunijärjestelmälle ja aineenvaihdunnalle.

Bakteerien avulla valmistetaanhapanmaitotuotteita, kuten piimää. Laktoosiin perustuva maitohappo saa maitoproteiinit kokkaroitumaan ja kiinteyttää rakennetta.

Etsivä

Kolibakteerit alkavat paljastaa miinoja

Escherichia coli johtaa ajatukset ruokamyrkytykseen, mutta bakteerista voi tulla hyväntekijä. Muuntamalla perimää tutkijat ovat saaneet taudinaiheuttajat paikantamaan maamiinoja.

Yli 100 miljoonaa maamiinaa on kylvetty eri puolille maailmaa, ja entisten konfliktialueiden asukkaat ovat jatkuvassa hengenvaarassa miinoitusten takia. Piilevän uhkan paljastamiseen voidaan käyttää muuntogeenisiä kolibakteereja.

Bakteerit etsivät miinat

  • Bakteerit levitetään

    Yöllä tutkittavalle alueelle eli miinakentälle kylvetään leväpalloja, jotka sisältävät muuntogeenisiä kolibakteereja.

  • Räjähde sytyttää valon

    Kolmessa tunnissabakteerit saavat vihiä pienistäkin TNT-määristä. Räjähdysaine käynnistää niissä GFP-proteiinin tuotannon. Sen ansiosta syntyy fluoriloiste, kun leväpalloon suunnataan lasersäde skannerista, joka voi sijaita vaikkapa lennokissa.

  • Hohde on miinan merkki

    Lennokin kamerat kartoittavat hohtavat pallot, jotka ilmaisevat miinojen sijainnin kahden metrin tarkkuudella. Sitten ne voidaan raivata.

Miinojen räjähdysaineesta, TNT:stä, vapautuu kaasua, joka kertyy maahan. Kun bakteereihin siirretään geeni, joka ohjaa itsevalaisevien proteiinien tuotantoa, hohde paljastaa, milloin bakteerit ovat tekemisissä TNT:n hajoamistuotteen DNT:n kanssa. Bakteerit levitetään tutkittavalle alueelle leväpalloina. Skanneri erottaa miinojen kohdalle osuneet pallot.

Miinojen etsintään sopivat kolibakteerit reagoivat loisteella räjähdysaineeseen.

Shutterstock

Muuntogeenisten etsivien takana olevat tutkijat hiovat yhä tekniikkaa. He muun muassa kehittävät keinoja tunnistaa myös muita räjähdysaineita ja selvittävät mahdollisuuksia laajentaa kerralla skannattavaa aluetta lennokin avulla.

Lisäksi tavoitteena on rajoittaa bakteerien elinaikaa, jotta ne kuolevat heti tehtävän suorittamisen jälkeen. Näin estetään muuntogeenisten pieneliöiden asettuminen pysyvästi luontoon.

Lue myös:

ruuti
Teknologia

Miten paukkupatruunoilla syntyy sarjatuli?

1 minuuttia
Ruoka-aineet

Tästä syystä tuoremehu maistuu pahalta hampaiden harjauksen jälkeen

1 minuuttia
ENIAC - Ensimmäinen tietokone oli omakotitalon kokoinen
Tietokoneet

Ensimmäinen tietokone oli omakotitalon kokoinen

1 minuuttia
Suosituimmat

Kirjaudu sisään

Virhe: Tarkista sähköpostiosoite
Salasana vaaditaan
NäytäPiilota

Oletko jo tilaaja? Oletko jo lehden tilaaja? Napsauta tästä

Uusi käyttäjä? Näin saat käyttöoikeuden!