Conan bakteria nie przejmuje się promieniowaniem. Ten mikrob może pomóc w rozwoju medycyny

Spis treści:

1. Czym są ekstremofile?
2. Sekret wytrzymałości bakterii
3. Badania nad MDP

„Conan the Bacterium” – taki przydomek nosi mikrob Deinococcus radiodurans. To niezwykły mikroorganizm znany z wyjątkowej odporności na ekstremalne warunki środowiskowe. Bez większej szkody może przetrwać ekspozycję na toksyczne chemikalia, promieniowanie UV i ekstremalne temperatury.

Ale to nie wszystko. Conan-bakteria może przyjąć nawet do 140 tys. Gy (grejów) promieniowania jonizującego, podczas gdy dawka 10 Gy jest śmiertelna dla ludzi. I tę właściwość chce teraz wykorzystać medycyna.

Czym są ekstremofile?

D. radiourans to ekstremofil. Tak nazywamy mikroorganizmy zdolne przetrwać w najbardziej niesprzyjającym życiu środowisku, jakie tylko możemy sobie wyobrazić. Można je znaleźć w wiecznej zmarzlinie, w głębokich rowach oceanicznych, przy podwodnych, gorących kominach geotermalnych, w kwasowym środowisku obszarów wulkanicznych. I wszędzie tam gdzie my, ludzie, bardzo nie chcielibyśmy mieszkać. Jest też gatunek bakterii, który żyje, rośnie i rozwija się np. w wodzie chłodzącej reaktory jądrowe.

Mowa właśnie o Deinococcus radiodurans. Czyli bakterii odkrytej w 1956 roku przez amerykańskiego mikrobiologa Arthura Andersona i jego współpracowników z Narodowej Administracji ds. Żywności i Leków (FDA) w USA. Bakterię wyizolowano podczas eksperymentów mających na celu sterylizację żywności promieniowaniem gamma. Naukowcy próbowali ustalić dawkę promieniowania potrzebną do zabicia wszystkich mikroorganizmów w puszkowanej żywności. Ku ich zaskoczeniu, niektóre puszki zawierały bakterie, które przetrwały bardzo wysokie dawki promieniowania.

Jednym z tych organizmów był właśnie Deinococcus radiodurans. Nazwa „deinococcus” pochodzi z greckiego i oznacza „straszliwa jagoda”. Natomiast „radiodurans” oznacza „odporny na promieniowanie”. Badania sugerują m.in., że taka bakteria mogłaby przeżyć nawet pod powierzchnią Marsa.

Nazywany Conanem mikrob posiada zdolność do szybkiej i efektywnej naprawy uszkodzeń DNA. Po rozpadzie genomu w wyniku promieniowania, Deinococcus radiodurans potrafi go odbudować dzięki unikatowym mechanizmom. Jego genom zawiera wiele kopii DNA w każdej komórce, co wspiera mechanizmy naprawy i redundancję informacji genetycznej.

Sekret wytrzymałości bakterii

Nic dziwnego, że tak mocarny, choć niewielki przejaw życia, budzi zainteresowanie naukowców. Niedawno nowe analizy przeprowadzili uczeni z Northwestern University i Uniformed Services University (USU) w USA. Ich odkrycia podważają wcześniejsze założenia dotyczące tego, w jaki sposób ten ekstremofil radzi sobie z dawkami zabójczego promieniowania.

Zacznijmy od tego, że promieniowanie jonizujące powoduje uszkodzenia i rozpad związków chemicznych tworzących nasze komórki. Większość żywych istot posiada skuteczne mechanizmy naprawcze, które uruchamiają się, aby cofnąć uszkodzenia w najbardziej krytycznych systemach, takich jak materiał genetyczny. Jednak napromieniowane komórki szybko wypełniają się toksyczną formą cząsteczki tlenu powstającą w procesach metabolicznych. Bez natychmiastowej interwencji te tzw. rodniki ponadtlenkowe szybko poradzą sobie z wszelkimi mechanizmami naprawczymi i doprowadzą do narastania uszkodzeń.

Ale D. radiodurans wykształcił biologiczną polisę ubezpieczeniową od takich uszkodzeń tlenowych w postaci mieszanki przeciwutleniaczy. Niektóre z nich są oparte na manganie, który w połączeniu z różnymi innymi związkami – takimi jak fosforany – usuwa toksyczne wolne rodniki z niezwykłą skutecznością.

Badania nad MDP

Badania nad D. radiourans doprowadziły do powstania syntetycznego przeciwutleniacza o nazwie MDP. Zespół kierowany przez chemika Briana Hoffmana i patologa Michaela Daly’ego postanowił zmierzyć aktywność składników tej substancji. Badania wykazały, że najsilniej działa połącznie manganu, fosforanu i peptydu DP1, czyli krótkiego łańcucha białkowego.

– Od dawna wiemy, że jony manganu i fosforan razem tworzą silny przeciwutleniacz. Zrozumienie „magicznej” mocy zapewnianej przez dodanie trzeciego składnika jest przełomem – mówi Hoffman. Peptyd DP1 to specjalnie zaprojektowana cząsteczka złożona z 10 aminokwasów.

Dzięki tym badaniom mogą powstać nowe, jeszcze skuteczniejsze przeciwutleniacze. Do czego się przydadzą? Na Ziemi m.in. jako konserwanty żywności oraz substancje zwiększające trwałość szczepionek. Astronautom mogą pomóc ochronić się przed promieniowaniem kosmicznym podczas długich wypraw np. na Marsa. A wszystko to dzięki specyficznym mikroorganizmom.

Źródło: ScienceAlert

Nasza autorka

Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka

Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Związana z magazynami portali Gazeta.pl oraz Wp.pl. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.