Как «Конан-Бактерия» выдерживает экстремальную радиацию
Новое открытие показывает, что простые метаболиты объединяются, образуя мощный антиоксидант
Бактерия Deinococcus radiodurans, получившая прозвище «Бактерия Конан» за свою необычайную способность переносить самые суровые условия, может выдерживать дозы радиации, в тысячи раз превышающие те, которые могут убить человека, да и любой другой организм, если уж на то пошло.
Секрет этой впечатляющей устойчивости заключается в наличии набора простых метаболитов, которые в сочетании с марганцем образуют мощный антиоксидант. Теперь химики из Northwestern University обнаружили, как работает этот антиоксидант.
В новом исследовании ученые охарактеризовали синтетический антиоксидант, названный MDP, который был вдохновлен устойчивостью Deinococcus radiodurans. Они обнаружили, что компоненты MDP — ионы марганца, фосфат и небольшой пептид — образуют тройной комплекс, который является гораздо более мощным защитным средством от радиационного повреждения, чем марганец в сочетании с любым из других отдельных компонентов по отдельности.
Это открытие может в конечном итоге привести к появлению новых синтетических антиоксидантов, специально разработанных для нужд человека. Применения включают защиту людей от интенсивной космической радиации во время миссий в дальнем космосе, подготовку к радиационным чрезвычайным ситуациям и производство вакцин, инактивированных радиацией.
«Именно этот тройной комплекс является великолепным щитом от воздействия радиации», — сказал Брайан Хоффман из Northwestern. «Мы давно знали, что ионы марганца и фосфат вместе создают сильный антиоксидант, но открытие и понимание «волшебной» силы, обеспечиваемой добавлением третьего компонента, является прорывом. Это исследование дало ключ к пониманию того, почему эта комбинация является таким мощным — и многообещающим защитником».
Новое исследование, основывается на предыдущих, в ходе которых ученые стремились лучше понять прогнозируемую способность Deinococcus radiodurans выдерживать радиацию на Марсе. В новой работе научная команда использовала передовую технику спектроскопии для измерения накопления антиоксидантов марганца в клетках микробов.
По словам исследователей, размер дозы радиации, которую может пережить микроорганизм или его споры, напрямую коррелирует с количеством содержащихся в нем антиоксидантов марганца. Другими словами, чем больше антиоксидантов марганца, тем выше устойчивость к интенсивному излучению.
В более ранних исследованиях было обнаружено, что Deinococcus radiodurans может выдерживать 25 000 грей (или единиц рентгеновского и гамма-излучения). Но позже ученые обнаружили, что бактерия — будучи высушенной и замороженной — может выдержать 140 000 грей радиации, дозу в 28 000 раз большую, чем та, которая убила бы человека. Так что, если на Марсе есть какие-либо спящие, замороженные микробы, они, возможно, могли бы пережить космическую радиацию и существовать по сей день.
Основываясь на своих усилиях по пониманию устойчивости микроба к радиации, ученые исследовали декапептид под названием DP1. В сочетании с фосфатом и марганцем DP1 образует агент MDP, поглощающий свободные радикалы, который успешно защищает клетки и белки от повреждения радиацией. В другом недавнем исследовании ученые обнаружили, что MDP эффективен при изготовлении облученных поливалентных вакцин.
Используя современную парамагнитно-резонансную спектроскопию, команда обнаружила, что активный ингредиент MDP представляет собой тройной комплекс — точную совокупность фосфата и пептида, связанных с марганцем.
Исследование было опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences.