Чайный гриб как сенсор

Чайный гриб, наверное, хорошо знаком многим из нас. Помнится, в советскую эпоху граждане выращивали его у себя на подоконнике, чтобы потом использовать в оздоровительных целях. Недавно исследователи из Массачусетского технологического института совместно с коллегами из Имперского колледжа Лондона обнаружили в составе чайного гриба биоматериалы, которые можно применять для самого широкого спектра задач, включая ликвидацию экологических загрязнений. Подробности работы были опубликованы в престижном научном издании Nature Materials.

Сначала немного истории. Чайный гриб, который называют также маньчжурским или японским, в сущности, представляет собой субстанцию из дрожжевых грибков и бактерий.

Первые упоминания о нем можно встретить около 220 года до н. э. в источниках, относящихся к эпохе правления китайской династии Цзинь. Если верить им, из чайного гриба получали целебный напиток, очищающий организм и наполняющий его энергией.

В Европе культура использования чайного гриба распространилась в начале прошлого века, начиная с Дальнего Востока. Европейцы почему-то стали именовать продукт комбуча (kombucha), что является отсылкой к японскому «комбутя», хотя последнее на самом деле означает напиток, изготавливаемый из водоросли комбу.

Любопытно, что поначалу ученые считали чайный гриб цельным организмом. В 1913 году немецкий миколог Густав Линдау дал этой субстанции таксономическое название Medusomyces gisevii (медузомицет).

Однако позднее специалисты пришли к выводу, что она не существовала в таком виде изначально, а представляет собой симбиоз двух различных микроорганизмов, которые в дальнейшем претерпевают генную трансформацию и, по сути, «врастают» друг в друга.
Состав гриба может варьироваться.

Чаще всего в него входят бактерии Acetobacter и Gluconobacter, относящиеся к семейству Acetobacteraceae (в переводе с латинского – «уксуснокислые»). Но встречаются и другие, причем нередко в составе присутствуют одновременно бактерии сразу нескольких видов. Да и сами грибы насчитывают до десятка разновидностей.

Чтобы получить оздоровительный напиток, культуру чайного гриба помещают для ферментации в емкость с подсахаренным чайным настоем. Затем добавляют туда небольшое количество уже ферментированного чайного гриба.

Сосуд или банку накрывают для защиты от насекомых и оставляют на несколько дней при комнатной температуре. К этому сроку на поверхности образуется плотная пленка, а настой насыщается углекислым газом и обретает кисло-сладкий вкус. Словом, получается своеобразный сладкий газированный прохладительный напиток, чем-то напоминающий квас.

С химической точки зрения так называемый чайный квас состоит из органических кислот, сахаров и других веществ. Коммерческие производители в большинстве случаев добавляют к нему экстракты трав, фруктов и ягод. Классический чайный гриб в продаже можно встретить весьма редко.

Лечебные свойства чайного гриба довольно сомнительны. Тем более полноценные клинические исследования этой субстанции не проводились, были лишь отдельные опыты на грызунах. Более того, эксперты полагают, что употребление чайного гриба в отдельных случаях может нанести даже вред.

Например, длительная ферментация может привести к повышению уровня кислотности. Кроме того, при изготовлении настоя в домашних условиях он может оказаться загрязнен сторонними микроорганизмами.

Также существуют ограничения на употребление средства при наличии определенных заболеваний. Не рекомендуется употреблять чайный квас тем, у кого ослаблен иммунитет, беременным женщинам и детям. Поскольку в составе напитка есть этанол, он несовместим с некоторыми лекарственными препаратами.

Работу над научным проектом специалисты из Массачусетса и Лондона начали еще семь лет назад. Тщательно изучив состав культуры чайного гриба, которую они называют SCOBY, исследователи обнаружили в нем особые клетки, которым они дали название Escherichia coli.

На их основе ученые разработали специальные целлюлозные биопленки, способные на микроуровне выстраиваться в инженерные структуры. Для получения более масштабных структур авторы исследования добавили в смесь ряд дополнительных ингредиентов, например пекарские дрожжи и бактерии.

Основным полезным качеством таких структур являются сенсорные свойства входящих туда ферментов. По словам разработчиков, благодаря им может выполняться широкий масштаб функций – от фиксации загрязнений в водоемах до создания «умной» упаковки и поиска световых сигналов.

Дело в том, что новая искусственно синтезированная субстанция исправно реагирует на 17‑бета-эстрадиол, являющийся распространенным загрязнителем окружающей среды, а также на светящийся белок, вырабатываемый штаммом дрожжей, – люциферазу. И это не считая массы других веществ.

Один из авторов проекта, доцент Массачусетского технологического института Тимоти Лу, считает, что одним из основных преимуществ разработки является упрощенное производство. Как и обычный чайный гриб, эти сенсорные структуры можно будет выращивать на малых локальных предприятиях и в домашних условиях, что не потребует дорогих и энергоемких технологий.

Например, они могут стать неплохой альтернативой тем же популярным фильтрам для воды. Том Эллис, профессор биоинженерии в Имперском колледже Лондона, утверждает, что для этого достаточно будет добавить к культуре чайного гриба caxap и использовать фильтр-преобразователь Syn-SCOBY mother. При желании можно будет производить субстанцию и в промышленных масштабах.

Ирина ШЛИОНСКАЯ