А.В. Гальченко1,2, Е.Н. Терёхина1

1 Российский университет дружбы народов (Москва, Россия)

2 Центр биотической медицины (Москва, Россия)

Постановка проблемы. Уже более 30 лет научная общественность обсуждает загадочные марсианские «организмы», найденные в Антарктиде на остатках метеорита, который, как считается, был выбит с поверхности Марса 15 млн лет назад при столкновении планеты с другим небесным телом. Похожие образования были обнаружены ещё в 1981 г. в морской воде. Из-за своих малых размеров (10–7…10–8 м) «организмы» сначала получили название «ультра-микробактерии», впоследствии больше прижился термин «нанобактерии». Первоначально полагалось, что такая компактность является элементом адаптации к жизни в соленой воде. В составе подобных «организмов» нередко находили нуклеиновые кислоты, в частности 16S рРНК. Высказывались предположения, что они могут быть таксоном, принадлежащим α-2 протеобактериям. Более того, последующие исследования показали, что «нанобактерии» могут вызывать множество патологических процессов у людей. Так, обнаружено, что «нанобактериальный» «инфекционный» процесс может являться причиной рассеянного склероза, болезни Альцгеймера, сердечно-сосудистых заболеваний, артритов, образования зубного камня и конкрементов в почках. Сообщалось, что они даже могут вызвать специфический иммунный ответ.

Цель работы – осветить историю изучения «нанобактерий»; представить исследовательские находки, позволяющие разобраться в структуре данных объектов; описать их свойства, опираясь на результаты актуальных работ; привести аргументы «за» и «против» отнесения «нанобактерий» к, собственно, бактериям и к живым объектам вообще.

Результаты. В 2008 г. была окончательно расшифрована структура «нанобактерий». Ими оказались наночастицы, состоящие из белка – фетуина-А – и апатита, а следы нуклеиновых кислот в предыдущих исследованиях были признаны контаминацией проб вполне земными прокариотами, такими как Phyllobacterium mysinacearum. Тогда было предложено отказаться от термина «нанобактерия» в пользу слова «нанон».

Наноны образуются в биологических средах при оптимальных соотношениях фетуина-А и ионов кальция. Они неустойчивы к УФ-облучению, а их белковая часть разрушается под действием протеаз. В условиях многоклеточного организма наноны способны вызывать обызвествление тканей, таким образом приводя к развитию упомянутых ранее патологических процессов. По иронии судьбы, в физиологических условиях роль самого белка – фетуина-А – как раз, и состоит в том, чтобы препятствовать отложению кальция в тканях.

Практическая значимость. Обнаруженные факты позволяют снова вернуться к размышлениям о том, насколько подобные объекты являются «живыми». Наноны не способны к поддержанию постоянства внутренней среды или репродукции. Однако они являются самоорганизующимися структурами, могут расти и образовывать агломераты. Схожим образом неполноценный набор «атрибутов жизни» наблюдается и у других структур, начиная с коацерватных капель Опарина-Холдейна и микросфер Фокса или прионов, заканчивая вирусами и даже некоторыми клеточными организмами, например, Chlamydia spp. или Rickettsia spp. Такая размытость границ живого и неживого заставляет задуматься о самом определении жизни и о том, что же мы хотим найти на других планетах, когда ищем «следы жизни».

Гальченко А.В., Терёхина Е.Н. Нанобактерии: истинная структура и место во Вселенной // Технологии живых систем. 2022.
Т. 19. № 1. С. 63-72. DOI: https://doi.org/10.18127/j20700997-202201-08

1. Torrella F., Morita R.Y. Microcultural study of bacterial size changes and microcolony and ultramicrocolony formation by heterotrophic bacteria in seawater // Appl. Environ. Microbiol. 1981. V. 41. № 2. P. 518–527.
2. Folk R.L. SEM Imaging of Bacteria and Nannobacteria in Carbonate Sediments and Rocks // SEPM J. Sediment. Res. 1993. V. 63. № 5. P. 990–999.
3. Patent № US-5135851-A. USA. 1992.
4. Ciftcioglu N., Kuronen I., Akerman K., Hiltunen E., Laukkanen J., Kajander E.O. A New Potential Threat in Antigen and Antibody Products: Nanobacteria // Vaccines. 1997. V. 97. P. 99–103.
5. Gill P. Nanocarriers, nanovaccines, and nanobacteria as nanobiotechnological concerns in modern vaccines // Sci. Iran. 2013. V. 20.
   № 3. P. 2003–2013.
6. McKay D.S., Gibson E.K., Thomas-Keprta K.L., Vali H., Romanek C.S., Clemett S.J., Chillier X.D.F., Maechling C.R., Zare R.N. Search for Past Life on Mars: Possible Relic Biogenic Activity in Martian Meteorite ALH84001 // Science. 1996. V. 273. № 5277. P. 924–930.
7. Turner G., Knott S.F., Ash R.D., Gilmour J.D. Ar-Ar chronology of the Martian meteorite ALH84001: evidence for the timing of the early bombardment of Mars // Geochim. Cosmochim. Acta. 1997. V. 61. № 18. P. 3835–3850.
8. Ciftcioglu N., Kajander E.O. Growth factors for nanobacteria // Instr., Meth., and Miss. Astrobio. II. 1999. V. 3755. P. 113–119.
9. Demirdöğen B.C. Potential role of calcifying nanoparticles in the etiology of multiple sclerosis // Med. hypotheses. 2019. V. 128. P. 25–27.
10. Majidpour A., Rasouli S., Sardarabadi H. The First Identification of Nanobacteria-Like Structures in Vascular Plaques of Atherosclerosis Patients in Iran, Archives of Clinical // Med. Hypotheses. 2019. V. 14. № 4. P. 1–5.
11. Qian B., Pokhrel G., Wang Q., Liu J. Establishment of a male Wistar rat model of nanobacteria-induced kidney stones // Trop. J Pharm. 2019. V. 18. № 5. P. 1061–1068.
12. Dorrell S. Nanobacteria linked to kidney disease // Molec. Med. today. 1999. V. 5. P. 373.
13. Hjelle J.T., Miller-Hjelle M.A., Poxton I.R. Endotoxin and nanobacteria in polycystic kidney disease // Kidn. Intern. 2000. V. 57.
    № 6. P. 2360–2374.
14. Kajander E.O., Ciftcioglu N., Miller-Hjelle M.A., Hjelle J.T. Nanobacteria: controversial pathogens in nephrolithiasis and polycystic kidney disease // Curr. Opin. in Nephrol. and Hyperten. 2001. V. 10. № 3. P. 445–452.
15. Sommer A.P., Kajander E.O. Nanobacteria-induced kidney stone formation: Novel paradigm based on the FERMIC mode // Cryst. Grow. & des. 2002. V. 2. № 6. P. 563–565.
16. Kajander E.O., Ciftcioglu N., Aho K. Characteristics of nanobacteria and their possible role in stone formation // Urol. Res. 2003.
    V. 31. № 2. P. 47–54.
17. Zeng J.F., Zhang W., Jiang H.W., Ling J.Q. Isolation, cultivation and initial identification of Nanobacteria from dental pulp stone // Chin. J. of Stomat. 2006. V. 41. № 8. P. 498–501.
18. Li W.F., Xiong T., Fang H., Zhang N.J. Effect of nanobacterial infection on the expression of serum biomarkers in patients with rheumatoid arthritis // J. Hainan Med. 2018. V. 24. № 19. P. 42–45.
19. Shi Q., Lu R., Yu Q., Zhu R., Tu X. Research on pathogenesis of arthritis by Nanobacterial infection // Chin. J. Health. 2013. V. 4. P.
20. Miller V.M., Rodgers G., Charlesworth J.A. Evidence of nanobacterial-like structures in calcified human arteries and cardiac valves // Americ. J. Physiol.-Heart and Circul. Physiology. 2004. V. 287. № 3. P. 1115–1124.
21. Kajander E.O., Çiftçioglu N. Nanobacteria: an alternative mechanism for pathogenic intra-and extracellular calcification and stone formation // PNAS. 1998. V. 95. № 14. P. 8274–8279.
22. Kajander E.O., Çiftçioglu N. Interaction of nanobacteria with cultured mammalian cells // Pathophysiology. 1998. V. 4. P. 259–270.
23. Kajander E.O., Bjorklund M. Mineralization by nanobacteria // Instr., Meth., and Miss. Astrobio. 1998. V. 3441. P. 86–94.
24. Akerman K.K., Kuikka J.T., Ciftcioglu N. Radiolabeling and in vivo distribution of nanobacteria in rabbits // Meth., and Miss. Astrobio. 1997. V. 3111. P. 436–442.
25. Cisar J.O., Xu D.Q., Thompson J. An alternative interpretation of nanobacteria-induced biomineralization // PNAS. 2000. V. 97.
    № 21. P. 11511–11515.
26. Kajander E.O., Ciftcioglu N., Aho K., Garcia-Cuerpo E. Characteristics of nanobacteria and their possible role in stone formation // Urol. res. 2003. V. 31. P. 47–54.
27. Raoult D., Drancourt M., Azza S., Nappez C. Nanobacteria are mineralo fetuin complexes // PLOS plospathogens. 2008. V. 4. № 2.
    P. 0001–0008.
28. Zhang Q.-H., Shen X.-C., Zhou Z.-S., Chen Z.-W., Lu G.-S., Song B. Decreased nanobacteria levels and symptoms of nanobacteria-associated interstitial cystitis/painful bladder syndrome after tetracycline treatment // Intern. Urogynecol. J. 2009. V. 21. P. 103–109.
29. Jahnen-Dechent W., Heiss A., Schäfer C., Ketteler M., Towler D.A. Fetuin-A Regulation of Calcified Matrix Metabolism // Circulation Res. 2011. V. 108. P. 1494–1509.
30. Ketteler M., Bongartz P., Westenfeld R. Association of low fetuin-A (AHSG) concentrations in serum with cardiovascular mortality in patients on dialysis: a cross-sectional study // The lancet. 2003. V. 361. P. 827–833.
31. Wu C.Y., Martel J., Young D., Young J.D. Fetuin-A/albumin-mineral complexes resembling serum calcium granules and putative nanobacteria: demonstration of a dual inhibition-seeding concept // Plos One. 2009. V. 4. № 11. P. 1–40.
32. Heiss A., Pipich V., Jahnen-Dechent W., Schwahn D. Fetuin-A is a mineral carrier protein: small angle neutron scattering provides new insight on fetuin-A controlled calcification inhibition // Biophysical J. 2010. V. 99. P. 3989–3995.
33. Bode W., Engh R., Musil D., Thiele U., Huber R., Karshikov A., Brzin J., Kos J., Turk V. The 2.0 A X-ray crystal structure of chicken egg white cystatin and its possible mode of interaction with cysteine proteinases // EMBO J. 1988. V. 7. №8. P. 2593–2599.
34. Serre L., Verbree E.C., Dauter Z., Stuitje A.R., Derewenda Z.S. The Escherichia coli malonyl-CoA:acyl carrier protein transacylase at 1.5-A resolution. Crystal structure of a fatty acid synthase component // The J. Bio. Chem. 1995. V. 270. P. 12961–12964.
35. Sharma O.P. Nanobacteria – Not life forms but nano-particulate nidi for calcification // Ind. j microbio. 2007. V. 47. №1. P. 92.
36. Martel J., Peng H.H., Young D., Wu C.Y., Young J.D. Of nanobacteria, nanoparticles, biofilms and their role in health and disease: facts, fancy and future // Nanomedicine. 2014. V. 9. № 4. P. 483–499.
37. Jerman I. What Nanobacteria and Nanovesicles May Tell Us about the Origin of Life? // Open Access Library J. 2017. V. 4. № 1. P. 1–13.
38. Engels F. Dialectic of nature. M.: Publishing house of political literature. 1975. 352 p.
39. Volkenshtein M.V. Molecules and life. M.: Science, 1965. 485 p.
40. Lyapunov A.A. About cybernetic issues of biology. M.: Science. 1972. 264 p.
41. Ferracin A., Panichelli E., Benassi M., Nallo A.D., Steindler C. Self-organizing ability and living systems // Biosystems. 1978.
    V. 10. № 4. P. 307–317.
42. Franklin M.H. The way of the cell: molecules, organisms, and the order of life. NY.: Oxford university press, 2003. 320 p.
43. Marcel E., Dinger D., Gascoigne J., Mattick S. The evolution of RNAs with multiple functions // Biochimie. 2011. V. 93. № 11. P. 2013–2018.
44. Ipsen J.H., Mouritsen O.G., Bloom M. Relationships between lipid membrane area, hydrophobic thickness, and acyl-chain orientational order. The effects of cholesterol // Biophys. Soc. 1990. V. 57. P. 405–412.
45. Dreher-Lesnick S.M., Ceraul S.M., Rahman M.S., Azad A.F. Genome-wide screen for temperature-regulated genes of the obligate intracellular bacterium, Rickettsia typhi // BMC Microbiology. 2008. V. 8. № 61. P. 1–12.
46. Schmitz-Esser S., Linka N., Collingro A., Beier C.L., Neuhaus H.E., Wagner M., Horn M. ATP/ADP translocases: a common feature of obligate intracellular amoebal symbionts related to Chlamydiae and Rickettsiae // Americ. Soc. Microbio. 2004. V. 186. № 3. P. 683–691.
47. Forterre P. To be or not to be alive: How recent discoveries challenge the traditional definitions of viruses and life // Stud. Hist. Philos. Biol. Biomed. Sci. 2016. V. 59. P. 100–108.
48. Fraser P.E. Prions and Prion-like Proteins // The J. of Bio Chem. 2014. V. 289. P. 19839–19840.