Радиорезисцентные бактерии

Мир, который нас окружает, давно стал для человека родным домом. Он чувствует себя на планете полновластным хозяином и, как настоящий хозяин, пытается навести в своем доме порядок и уют. Мы, люди, привыкли к комфортным условиям, чтобы на улице всегда было тепло, но не слишком жарко. Если за окном мороз, мы укутываемся в шубки и дубленки. Если дождь – прячемся под зонтиками. Но на Земле существуют места, где, в нашем понимании, жизнь просто невозможна. Но она есть, существует! Она очень разнообразна и порой кажется нам невероятной. К числу таких фантастических земных обитателей относятся бактерии.

С самого начала моей учебы в университете на специальности «микробиология» меня удивляли микроорганизмы, которые способны были выживать в горячих источниках, где температура воды превышает 100 °C , на дне Марианской впадины и в покрытой льдами Антарктиде. Да и не просто выживать, а вполне себе комфортно существовать.

Изначально при изучении курса экологии микроорганизмов я планировала писать об экстремальных барофилах или термофилах. Меня очень интересовало, как они способны существовать в условиях повышенного давления и высоких температур. Но все больше углубляясь в причудливый мир микробиологи, я с удивлением открыла для себя бактерии, о существовании которых даже не могла раньше и представить. Это так называемые радиорезистентные микроорганизмы – бактерии, которые способны выживать при высоких дозах радиации. Меня поразила их способность сопротивляться облучению до 15000 грей, а ведь для человека доза в 10 грей уже будет летальна. Одним из главных механизмов их устойчивости являются эффективная система репарации и содержание нескольких копий генома, причем эти копии упакованы в специальную структуру тороидальной формы, которые могут облегчить восстановление ДНК. Обычно системы восстанавливают повреждения в хромосомах в течение суток с помощью двухэтапного процесса. На первом этапе бактерия повторно соединяет некоторые фрагменты. На втором множественные белки (в том числе и RecA) восстанавливают двухцепочечные разрывы через гомологичную рекомбинацию. Эта репарационная система получила название рекомбинационной репарации. В 2007 году было установлено, что бактерии используют марганцевые комплексы в качестве антиоксидантов для защиты от радиационного повреждения. Высокие внутриклеточные уровни марганца (II) у Deinococcus radiodurans защищают белки от окисления излучением. Для защиты от окислительного стресса, сопровождающего действие ионизирующего излучения, D. radiodurans использует особый фермент тиоредоксинредуктазу, а также синтезирует супероксиддисмутазу. В 2009 году также сообщалось, что оксид азота играет важную роль в восстановлении генетического материала: газ необходим для деления и пролиферации после репарации повреждения ДНК. Был описан ген, увеличивающий после облучения образование оксида азота, и в отсутствие этого гена бактерии все еще сохраняли способность исправлять повреждения ДНК, но теряли способность к росту. Было также установлено, что эти бактерии устойчивы к ультрафиолетовому излучению, хотя у них нет системы фотореактивации. За повреждение димеров, которые возникали при обработке ультрафиолетом, ответственны альтернативные системы эксцизионной репарации.

Все эти механизмы устойчивости к действию радиации позволяют бактериям приспособиться к неблагоприятным условиям окружающей среды, что дает возможность использовать эти организмы для отчистки радиоактивных отходов. D. radiodurans генетически сконструирован так, чтобы употреблять растворители и тяжелые металлы в радиоактивных средах в качестве источника питания. Над этой бактерией проводили всяческие генетические манипуляции, чтобы повысить эффективность биоремедиации. В Deinococcus клонировали ген редуктазы ртути из Escherichia coli для детоксикации