Zaliczany do ekstremofili mikroorganizm Deinococcus radiodurans, nazywany też Conanem Bakterią, jest najbardziej odpornym na promieniowanie jonizujące organizmem znanym nauce. Może wytrzymać dawki promieniowania tysiące razy wyższe niż te, które zabiłyby człowieka i każdy inny organizm na Ziemi. W nowych badaniach naukowcy odkryli sekrety tej imponującej odporności.
Deinococcus radiodurans to dość powszechna bakteria, ale posiada wyjątkową zdolność. Potrafi przetrwać naprawdę trudne warunki środowiskowe, w których DNA żywych organizmów ulega uszkodzeniom – na przykład dawki promieniowania jonizującego tysiące razy większe niż te, które zabiłyby zwykłą ludzką komórkę. Co więcej, drobnoustroje te potrafią też naprawić już uszkodzone DNA.
W niedawno opublikowanych badaniach naukowcy z Northwestern University i Uniformed Services University (USU) ustalili, iż Conan Bakteria posiada w swoim asortymencie bardzo silne przeciwutleniacze, które usuwają reaktywne formy tlenu, zanim te zdołają uszkodzić białka krytyczne dla procesu naprawy komórki.
Opis oraz rezultaty badań ukazały się na łamach pisma „Proceedings of the National Academy of Sciences” (DOI: 10.1073/pnas.2417389121).
Conan Bakteria
Sekret tej imponującej odporności Conana Bakterii tkwi w zdolności łączenia prostych metabolitów z manganem, co w efekcie daje silny przeciwutleniacz. Naukowcy w niedawnych badaniach odkryli, jak działa ten mechanizm. Ich odkrycia podważają wcześniejsze założenia dotyczące tego, w jaki sposób bakteria radzi sobie z wysokimi dawkami promieniowania jonizującego.
Promieniowanie jonizujące pochłaniane przez żywe organizmy wyrządza im poważne szkody. W wyniku jego działania uszkodzeniu może ulec DNA. Większość żywych organizmów ma wydajne mechanizmy, które naprawiają szkody w najbardziej krytycznych systemach. Narażone na promieniowanie jonizujące komórki gwałtownie wypełnią się toksyczną formą tlenu określaną jako rodniki tlenowe. jeżeli nie zostaną one wyeliminowane, gwałtownie poradzą sobie z wszelkimi mechanizmami naprawczymi i doprowadzą do narastania szkód.
Wiele organizmów, w tym także Deinococcus radiodurans, wyewoluowało mechanizm naprawy takich uszkodzeń, który kryje się pod postacią przeciwutleniaczy. Niektóre z nich opierają się na manganie, który w połączeniu z innymi związkami, jak chociażby z fosforanem, łagodzą skutki działania rodników.
Tarcza chroniąca przed promieniowaniem
Nowe badania opierają się na pracach sprzed dwóch lat tego samego zespołu, w których naukowcy symulowali środowisko Marsa, by sprawdzić, jak długo wysuszone i zamrożone bakterie mogłyby przeżyć w tych trudnych warunkach. Uczeni ustalili, iż Conan Bakteria byłby w stanie wytrzymać promieniowanie na Marsie (więcej na ten temat w tekście: Naukowcy sugerują, iż starożytne bakterie mogą przez cały czas czaić się pod powierzchnią Marsa).
We poprzednich pracach naukowcy wykazali, iż peptyd wzbogacony manganem i fosforanem, zwany MDP, może być kluczowym składnikiem tarczy ochronnej Conana Bakterii. W nowych badaniach zmierzyli aktywność poszczególnych elementów MDP. Odkryli, iż składniki MDP – jony manganu, fosforan i mały peptyd – tworzą kompleks potrójny, który jest znacznie silniejszym środkiem ochronnym przed uszkodzeniami spowodowanymi promieniowaniem jonizującym niż mangan w połączeniu z każdym z pozostałych składników osobno.
– To właśnie ten trójskładnikowy kompleks jest doskonałą tarczą przed skutkami promieniowania — powiedział Brian Hoffman z Northwestern, który przeprowadził badanie z Michaelem Daly z USU. – Od dawna wiemy, iż jony manganu i fosforan razem tworzą silny przeciwutleniacz, ale odkrycie i zrozumienie „magicznej” mocy zapewnianej przez dodanie trzeciego składnika jest przełomem. To badanie dostarczyło klucza do zrozumienia, dlaczego ta kombinacja jest tak silnym i obiecującym środkiem – dodał.
Przeciwutleniacze manganowe
Według badaczy, wielkość dawki promieniowania jonizującego, jaką mikroorganizm może przetrwać, bezpośrednio koreluje z ilością przeciwutleniaczy manganowych, które zawiera. Innymi słowy, więcej przeciwutleniaczy manganowych oznacza większą odporność na promieniowanie jonizujące.
To odkrycie może ostatecznie doprowadzić do powstania nowych syntetycznych przeciwutleniaczy specjalnie dostosowanych do potrzeb człowieka. Mogą one znaleźć zastosowanie w ochronie astronautów przed intensywnym promieniowaniem kosmicznym podczas misji w głębokiej przestrzeni. Mogą przydać się też na wypadek różnych awarii. – Nowe zrozumienie MDP może doprowadzić do opracowania jeszcze silniejszych przeciwutleniaczy na bazie manganu do zastosowań w opiece zdrowotnej, przemyśle, obronie i eksploracji kosmosu — powiedział Daly.
Inni naukowcy ustalili, iż Deinococcus radiodurans może przetrwać 25 000 grejów. Jednak w swoim badaniu z 2022 roku Hoffman i Daly odkryli, iż bakteria, po wysuszeniu i zamrożeniu, może przetrwać 140 000 grejów, dawkę 28 000 razy większą niż ta, która zabiłaby człowieka.
Źródło: Northwestern University, fot. USU/Michael Daly
