Deinococcus radioduransznana również jako „Bakteria Conan”, to jedna z najtwardszych form życia w naturze, zdolna przetrwać poziom promieniowania tysiące razy wyższy niż ten, który zabiłby człowieka.
Naukowcy w końcu odkryli molekularny sekret jego odporności: unikalny kompleks przeciwutleniaczy utworzony przez mangan i określone metabolity. Odkrycie to może utorować drogę technologiom ratującym życie, od eksploracji kosmosu po metody leczenia.
„Conan bakteria”
Nazywany „Conanem Bakterią” ze względu na niesamowitą odporność, Deinococcus radiodurans może przetrwać dawki promieniowania tysiące razy silniejsze niż te, które byłyby śmiertelne dla człowieka lub innego znanego organizmu.
Ta niezwykła odporność wynika z zestawu prostych metabolitów, które łączą się z manganem, tworząc silny przeciwutleniacz. Naukowcy z Uniwersytet Północno-Zachodni i Uniwersytet Służb Mundurowych (USU) odkryli, jak działa ten naturalny mechanizm obronny.
Syntetyczny przeciwutleniacz inspirowany odpornością mikrobiologiczną
W nowym badaniu naukowcy scharakteryzowali syntetyczny przeciwutleniacz o nazwie MDP, który został zainspirowany Deinococcus radiodurans odporność. Odkryli, że składniki MDP — jony manganu, fosforan i mały peptyd — tworzą trójskładnikowy kompleks, który znacznie skuteczniej chroni przed uszkodzeniami spowodowanymi promieniowaniem niż mangan w połączeniu z którymkolwiek z pozostałych pojedynczych składników.
Odkrycie to może ostatecznie doprowadzić do opracowania nowych syntetycznych przeciwutleniaczy specjalnie dostosowanych do potrzeb człowieka. Zastosowania obejmują ochronę astronautów przed intensywnym promieniowaniem kosmicznym podczas misji w przestrzeni kosmicznej, przygotowanie na sytuacje awaryjne związane z promieniowaniem oraz produkcję szczepionek inaktywowanych promieniowaniem.
Badanie opublikowano 12 grudnia w czasopiśmie „ Postępowanie Narodowej Akademii Nauk.
Przełom w badaniach nad przeciwutleniaczami
„To właśnie ten trójskładnikowy kompleks stanowi doskonałą tarczę MDP przed skutkami promieniowania” – powiedział Brian Hoffman z Northwestern, który przeprowadził badanie wraz z Michaelem Dalym z USU. „Od dawna wiemy, że jony manganu i fosforan razem tworzą silny przeciwutleniacz, ale odkrycie i zrozumienie „magicznej” mocy, jaką zapewnia dodatek trzeciego składnika, jest przełomem. To badanie dostarczyło klucza do zrozumienia, dlaczego ta kombinacja jest tak silnym i obiecującym środkiem radioprotekcyjnym”.
Hoffman jest profesorem chemii Charlesa E. i Emmy H. Morrisonów oraz profesorem nauk biologicznych molekularnych w Weinberg College of Arts and Sciences w Northwestern. Jest także członkiem Instytutu Chemii Procesów Życiowych. Ekspert ds Deinococcus radioduransDaly jest profesorem patologii na USU i członkiem Komitetu ds. Ochrony Planetarnej Akademii Narodowych.
Niesamowity Hulk ze świata drobnoustrojów
Nowe badanie opiera się na wcześniejszych badaniach przeprowadzonych we współpracy Hoffmana i Daly’ego, podczas których starali się lepiej zrozumieć Deinococcus radiodurans przewidywana odporność na promieniowanie Mars. W badaniach tych zespół Hoffmana z Northwestern wykorzystał zaawansowaną technikę spektroskopii do pomiaru akumulacji przeciwutleniaczy manganowych w komórkach drobnoustrojów.
Według Hoffmana i Daly’ego wielkość dawki promieniowania, jaką może przeżyć mikroorganizm lub jego zarodniki, jest bezpośrednio powiązana z ilością zawartych w nim przeciwutleniaczy manganowych. Innymi słowy, więcej przeciwutleniaczy manganu oznacza większą odporność na intensywne promieniowanie.
We wcześniejszych badaniach odkryli to inni badacze Deinococcus radiodurans może przetrwać 25 000 szarości (lub jednostek promieni rentgenowskich i gamma). Wepchnąć się w swoim badaniu z 2022 rHoffman i Daly odkryli, że bakteria — wysuszona i zamrożona — jest w stanie przetrwać 140 000 szarości promieniowania, czyli dawkę 28 000 razy większą niż ta, która zabiłaby człowieka. Jeśli więc na Marsie znajdują się jakieś uśpione, zamarznięte mikroby, prawdopodobnie mogłyby one przetrwać atak galaktycznego promieniowania kosmicznego i protonów słonecznych do dziś.
Unikalne właściwości ekranowania przed promieniowaniem
Opierając się na swoich wysiłkach mających na celu zrozumienie odporności drobnoustroju na promieniowanie, zespół Hoffmana i Daly’ego zbadał designerski dekapeptyd o nazwie DP1. W połączeniu z fosforanem i manganem DP1 tworzy czynnik wychwytujący wolne rodniki MDP, który skutecznie chroni komórki i białka przed uszkodzeniami radiacyjnymi. W inne niedawne badanieDaly i jego współpracownicy odkryli, że MDP jest skuteczny w przygotowywaniu napromieniowanych szczepionek wieloważnych.
Korzystając z zaawansowanej spektroskopii rezonansu paramagnetycznego, zespół ujawnił, że aktywnym składnikiem MDP jest trójskładnikowy kompleks — precyzyjne połączenie fosforanu i peptydu związanego z manganem.
„To nowe zrozumienie MDP może doprowadzić do opracowania jeszcze silniejszych przeciwutleniaczy na bazie manganu do zastosowań w opiece zdrowotnej, przemyśle, obronności i eksploracji kosmosu” – powiedział Daly.
Odniesienie: „Trójskładnikowy kompleks Mn2+syntetyczny dekapeptyd DP1 (DEHGTAVMLK) i ortofosforan to doskonały przeciwutleniacz”, autorzy: Hao Yang, Ajay Sharma, Michael J. Daly i Brian M. Hoffman, 12 grudnia 2024 r., Postępowanie Narodowej Akademii Nauk.
DOI: 10.1073/pnas.2417389121
Badanie zostało wsparte przez Narodowe Instytuty Zdrowia (numer grantu GM111097), Narodowej Fundacji Nauki (numer grantu CHE-2333907) i Agencji Redukcji Zagrożeń Obronnych (numer grantu HDTRA1620354).
