Deinococcus radiodurans — ekstremāli radiācijas izturīga baktērija
Deinococcus radiodurans — ekstrēmi radiācijas izturīga baktērija: DNS remonta mehānismi, Mn‑SOD atklājumi un potenciāls padarīt citas sugas radiācijas izturīgas.
Deinococcus radiodurans ir grampozitīva, nekustīga, sarkani pigmentēta baktērija, kas veido raksturīgas četrinieku (tetradu) kolonijas. To pirmo reizi identificēja 1956. gadā kā apstarotas gaļas konservu piesārņotāju. Tā nav bīstama cilvēkiem kā kūlerviela, tomēr izceļas ar neparastu izturību pret dažādiem vides stressoriem.
Deinococcus radiodurans ir īpaši efektīvas DNS labošanas un ģenētiskās dublēšanas sistēmas, kas ļauj tai atjaunot smagus ģenētiskus bojājumus. Tā spēj atgūties pēc izžūšanas (ūdens zuduma) un ilgstošas bada, kā arī iztur plašu radiācijas spektru — tajā skaitā pret gamma starojumu. D. radiodurans ir viens no visizturīgākajiem dzīvajiem organismiem pret radiāciju; akūtās gamma devas, kuras tā var izturēt, mēra tūkstošos Gray (Gy) — bieži tiek minētas devas >5 000 Gy, un atsevišķos eksperimentos pat līdz aptuveni 15 000 Gy, kamēr cilvēkam letāla deva ir aptuveni 5 Gy.
Izturības mehānismi ietver vairākus faktorus: šūnām ir vairākkārtīgas genoma kopijas (polyploidija), kas nodrošina veidlapu homologajai rekombinācijai un pareizai DNS restaurācijai; izteikta antioksidantu sistēma (piem., augsts manganija attiecībā pret dzelzi), kas aizsargā šūnu proteīnus no oksidatīvā bojājuma; kā arī vairāki īpaši DNS remonta proteīni un sistēmas, kas koordinē dubultvirknes pārrāvumu salikšanu un rekombinācijas procesus.
Tiek secināts arī, ka šīs baktērijas spēja izturēt radiāciju saistīta ne tikai ar ātru un precīzu DNS labošanas mehānismu, bet arī ar proteīnu aizsardzību — daļēji to nodrošina mazmolekulāri Mn(II)-kompleksi un antioksidatīvas sistēmas.
Ir identificēta gēna sekvence, kas kodē olbaltumvielu, kura ir ļoti līdzīga E. coli atrodamajam fermentam RecD. Šis RecD līdzīgais proteīns D. radiodurans genomā, visticamāk, ir svarīga tās DNS remonta sistēmas sastāvdaļa, jo RecD tipa helikāzes un asociētie proteīni parasti piedalās DNS rekombinācijā un dubultvirknes pārrāvumu apstrādē.
Tioredoksīna reduktāze ir enzīms, kas atrodams šūnu atbildes reakcijā uz oksidatīvo stresu un DNS bojājumiem; šādas redoks-proteīnu sistēmas palīdz uzturēt šūnas redoksstāvokli un veicina bojātu biomolekulu atjaunošanos.
Ņemot vērā D. radiodurans īpašības, pētnieki pēta iespējas pārnest tās aizsardzības elementus uz citām sugām. Piemēram, viena pētnieku grupa Ķīnā mēģina izteikt rekombinantu D. radiodurans Mn-SOD proteīnu E. coli BL21. Galvenais izaicinājums šādos pētījumos ir nodrošināt, lai pārvietotais proteīns jaunajā saimniekā darbotos pareizi, būtu integrēts šūnas fizioloģijā un nodrošinātu paredzēto aizsardzību bez nevēlamām blakusparādībām.
Praktiskās pielietošanas virzieni ietver bioremediācijas iespējas (piem., piemērotu mikrobu izmantošana radioaktīvo un toksisko atkritumu apstrādei), biotehnoloģiju un astrobioloģijas pētījumus. Tajā pašā laikā jāņem vērā biosaimnieciski un drošības aspekti — radikāla ģenētiskā modificēšana vai patogēnu mijiedarbība ar izturīgiem mikroorganismiem prasa rūpīgu risku izvērtējumu un piesardzības pasākumus laboratorijās un praktiskā pielietojumā.
Ģints
Deinococcus ģintī ir 47 sugas, kurām ir kopīgas šīs īpašības. D. radiodurans ir pirmā atklātā suga, ar kuru ir veikts visvairāk eksperimentu. Visi šīs ģints pārstāvji ir izturīgi pret radio.
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir Deinocococcus radiodurans?
A: Deinocococcus radiodurans ir grampozitīva, nekustīga, sarkanīgi pigmentēta baktērija, kas sākotnēji tika identificēta 1956. gadā kā apstarotu gaļas konservu piesārņotājs.
J: Kādas sistēmas ir Deinocococcus radiodurans un no kā tā var atgūties?
A: Deinococcus radiodurans ir DNS atjaunošanas, DNS bojājumu eksporta un ģenētiskās dublēšanas sistēmas. Tas spēj atgūties no izžūšanas (ūdens zuduma) un bada.
J: Kāda ir Deinocococcus radiodurans izturība pret radiāciju?
A: Deinococcus radiodurans ir ļoti augsta tolerance pret tādām radiācijas formām kā gamma starojums, un tas ir pazīstams kā vispret radioaktīvo starojumu izturīgākais organisms.
J: Kas ir tioredoksīna reduktāze?
A: Tioredoksīna reduktāze ir enzīms, kas atrodas šūnu reakcijā uz DNS dubultās virknes pārrāvumiem.
J: Kas ir RecD līdzīgais proteīns D. radiodurans, un ko tas liecina?
A: D. radiodurans ir gēna sekvence, kas kodē olbaltumvielu, kura ir ļoti līdzīga RecD fermentam, kas atrodams E. coli. Šis nozīmīgais atklājums liecina, ka šis RecD līdzīgais proteīns D. radiodurans ir svarīga tā izmantotās remonta sistēmas daļa.
Vai ir iespējams padarīt citas baktērijas tikpat izturīgas pret radiāciju kā D. radiodurans?
A.: Iespējams, ir iespējams padarīt citas baktērijas tikpat izturīgas pret radiāciju kā D. radiodurans, mainot to ģenētiku.
J: Kāds ir īstais izaicinājums, ievietojot D. radiodurans ekspresīvu rekombinantu Mn-SOD proteīnu E.coli BL21?
A: Īstais izaicinājums, ievietojot ekspresīvu rekombinantu Mn-SOD proteīnu no D. radiodurans E.coli BL21, ir padarīt proteīnu pašpietiekamu jaunajā sugā.
Meklēt