位于高加索地区的巴克桑中微子天文台不寻常的望远镜位于四公里长的安迪尔基山下，处于深谷中。太阳的光线永远不会到达那里，这并不妨碍望远镜“看到”遥远的星星。岩体保护探测器免受外界的影响，使它们能够探测到几乎不与物质相互作用的神秘粒子中微子。除了难以捉摸的中微子宇宙流外，科学家们还在这台望远镜的矿井的遥远角落发现了……不寻常的生命：以前科学界未知的微生物已经适应了极端条件。将来，这些微生物可能会被证明对医学和生物技术研究有用。

埃琳娜·克拉夫琴科 天文台的交通道路

几十年来，位于高加索山脉峡谷之一的俄罗斯科学院核研究所巴克桑中微子天文台（BNO INR RAS）一直在研究一种最神秘、最难以捉摸的基本粒子- 中微子。它们中的大多数是在太阳上的热核反应中形成的，还有一些是从遥远的地方来到我们身边的，甚至来自其他星系。每秒大约有 600 亿个中微子穿过我们身体的每平方厘米，但我们根本没有注意到这一点——它们与普通物质的相互作用如此微弱。

在地球上，中微子很难被探测到。它们不仅几乎不与任何东西相互作用，而且还需要以某种方式与其他宇宙粒子流分开。为了解决这个问题，科学家们决定通过在山下的隧道中安装中微子探测器来隐藏地下。巴克桑中微子观测站就是这样建成的，它位于两条平行的水平隧道中（安德尔基的高度超过 4 公里，山洞的长度约为 4 公里）。现在有两个中微子探测器和一个低背景研究实验室。

位于山脚下巴克桑天文台入口附近的中微子科学家定居点全景图

DULB-4900低背景深渊实验室是俄罗斯唯一的低背景物理实验室，也是世界上最深的地下实验室之一。它位于水平隧道的最远点，距离BNO的主入口3700 m。DULB-4900 是一个 6 m x 6 m x 40 m 的大厅。在这里，屏蔽岩体的厚度将宇宙线通量密度降至最低。实验室内有八个独立的房间。他们的墙壁、地板、天花板和门上覆盖着几层聚乙烯、镉和高纯度铅。

由于这个低背景实验室，生物学家进入了物理学家的地下领域。三年前，来自 JINR 的生物学家与来自 BNO 的物理学家一起在俄罗斯进行了第一个关于低水平辐射对生物体影响的实验。在对果蝇的研究过程中，科学家们发现背景辐射水平的降低不会对生物体产生显着影响。这一发现为有关辐射影响的科学讨论提供了新的动力。

科学家是非常好奇的人。当他们参观 BNO 矿山的废弃部分时，那里绝对黑暗，氧气很少（没有强制通风，就像 BNO 的主要房间一样），矿山充满了恶臭，然后，他们站在齐膝深的海水中，突破了热盐源，他们想知道：这里有生命吗？

关于极端条件下的生命的问题绝不是无所事事：活的有机体通常非常成功地应对侵略性环境。最近，研究人员的注意力越来越多地被生活在这种侵略性环境中的细菌群落的代表所吸引（他们被称为极端微生物，极端条件的“爱好者”）。

极端微生物用来生存的机制已经对人们生产新药、实验室诊断、法医等有用。对于许多感染的诊断，使用 PCR 方法（聚合酶链反应）。PCR的主要成分是DNA聚合酶。它复制了几个原始 DNA 分子，多达数十亿份，易于检测和分析。在此复制过程中（30-40 次，取决于循环次数），将反应混合物加热到 95 摄氏度。只有生活在极热条件下的细菌的酶才能承受这样的温度而不会变性并保持活跃。例如，在黄石国家公园的温泉中发现了水生栖热菌。从中分离出耐热聚合酶。多亏了这种酶，世界各地的医生现在都在诊断冠状病毒感染。

埃琳娜·克拉夫琴科

JINR 核问题实验室细胞分子遗传学部门负责人、生物科学候选埃琳娜·弗拉基米罗夫娜·克拉夫琴科，“即使在洗衣粉中，我们也使用一种特殊的酶——脂肪酶，它是从极端细菌，在60度洗涤时用于去除油渍。”

然后，在 2020 年 9 月，由埃琳娜·弗拉基米罗夫娜领导的部门员工在 BNO 矿场的远处进行了一次真正的实地考察。

“它很热，很闷，闻起来很臭，你必须在热咸水中行走。画面仿佛来自塔可夫斯基的电影：断了的铁轨，长满钟乳石和石笋，黑色无处可去……我们从各处采集样本：我们从湖中收集悬浮物，从墙上敲下泥土，以及钟乳石和石笋碎片......” - 回忆起他的巴克桑埃琳娜克拉夫琴科之旅。

BNO 隧道的未使用部分，进行研究的地方，距离入口 4200 米

然后科学家们将这些样本冷冻起来，并用特殊的容器将它们运送到杜布纳的实验室，在那里开始了研究中最耗时的部分——样本分析。

从每个样本中提取大量信息。如果不使用生物信息学对个体基因组进行检测性重建，就绝对不可能理解和理解它。首先，生物学家从样本中分离出总 DNA 并对其进行完全测序（设置 DNA 分子中的核苷酸序列），然后生物信息学家开始着手工作，他们从这一巨大的信息堆中收集个体生物的基因组。事实证明，站在齐膝深的热水中，在从矿井壁收集沉积物样本时吸入恶臭的烟雾，将样本运送到实验室，从中分离 DNA 并为测序做准备并不是这项研究中最困难的事情。最困难的是做生物信息学分析。

“对于人类大脑来说，这通常是一项绝对不切实际的任务，”Elena Vladimirovna 指出。数据分析在基于集群和计算机场的 JINR 中央计算机综合体上进行。从测序结果获得的一系列数据中，生物信息学家提取信息，然后由微生物学家和遗传学家进行分析。他们想知道这些基因组中编码了什么，哪些代谢途径可能是有趣的、重要的、必要的，以及哪些基因是独特的。所得结果的描述如下。在从巴克桑带来的样本中，科学家们发现了一个微生物群落，其中包含以前未描述的细菌类型，以及一种新型噬菌体。

“我们进行了初步的宏基因组分析，发现在这个庞大的数据集中有新的细菌属。现在我们了解它们的新陈代谢。我们从这些样本中提取生物量并尝试在实验室中培养它：分别培养这些微生物。在一个案例中，我们成功了。而且这种细菌已经被分析和测序。有它的基因组。在这里，它已经得到了很好的研究，”埃琳娜·弗拉基米罗夫娜继续她的故事。

在 JINR 核问题实验室

原来，开放的细菌有自己特殊的噬菌体。噬菌体是细菌的病毒。任何噬菌体的任务都很简单：找到合适的细胞，穿透它并产生新的病毒，从而破坏细胞。为了保护自己免受此类入侵者的侵害，细菌已经形成了许多抗性和抗性机制。一种这样的机制是针对称为 CRISPR-Cas 的外来遗传物质的细菌防御系统。具有噬菌体 DNA 片段的区域被构建到细菌染色体中。这些位点作为合成 CRISP-RNA 的模板，与 Cas 酶结合，当 RNA 识别噬菌体 DNA 时，Cas 酶“切割”它，从而清除入侵者的细菌。

一段时间以来，这个卓越的系统一直是最有效的基因组编辑工具之一的核心。JINR 的分子生物学家目前正在分析他们发现的新细菌物种中这种系统的组成部分，以便将来在基因编辑任务中使用它们（这些系统在不同的细菌中可能略有不同，有机会找到新人中独一无二的东西）。

“细菌不仅含有巨大的环状DNA分子，还含有各种辅助环状DNA分子，称为质粒。它们也为对细菌生存至关重要的东西编码。这种新细菌有这样一个质粒，它编码了一整套非常有趣的基因，这些基因负责从细胞中去除重金属，因为元素周期表的一半溶解在它们生活的水中，包括细菌想要的摆脱。现在我们也在做这个：这个途径的鉴定，基因的分析，已经对这个细菌对铅、镉和铜的抗性进行了一些重要的测试。这些信息很有可能被用于创建土壤生物修复和废水处理系统，”埃琳娜·弗拉基米罗夫娜继续她的故事。

从 BNO 的极端微生物群落中分离出的一种地方性细菌的照片

“早期地球的条件有点类似于巴克桑中微子天文台隧道未使用的远端部分的条件：那里也很热，有温泉，只有无机基质存在。微生物群落适应 BNO 条件的一些方式也可能反映了古代生命如何适应早期地球的条件。画出这样的相似之处，我们可以谈论很久以前我们的祖先是如何进化的，”埃琳娜·克拉夫琴科指出。

有趣的是，研究火星的天体生物学家认为，地球上地下实验室、洞穴和矿山的条件最接近这颗红色星球上的恶劣环境条件，那里的生命只能存在于地表以下深处。

因此，研究最近在 BNO 矿井中发现的细菌的生命并继续记录中微子，科学家们将目光转向遥远的太空，试图了解宇宙的秘密。