Promieniowanie, w tym promieniowanie radioaktywne, niesie ze sobą pewną energię, która, oddziałując z materią, może powodować jej uszkodzenie. Nie należy oczywiście wpadać w panikę na hasło „promieniowanie”, gdyż to oczywiście promienie słoneczne utrzymują życie ziemskie przy życiu;). Promieniowanie to zostało „ujarzmione” w procesie fotosyntezy.
A promieniowanie radioaktywne?
Wszystko zależy, ile jest tego promieniowania i jaką energię przenosi.
Wyobraźmy sobie, że w składzie porcelany zaczynamy rzucać piłkami. Małe pingpongowe nie wyrządzają dużych szkód, ale tenisowe, albo ciężkie kule metalowe mogą doprowadzić właściciela do bankructwa. Chyba, że posiada on wielu pracowników, którzy zwinnymi rączkami błyskawicznie naprawiają stłuczenia.
A teraz magiczna zamiana: skład porcelany to komórka, a zwinne rączki należą do różnych białek enzymatycznych. Komórki, zarówno ludzkie jak i bakteryjne, posiadają szereg mechanizmów pozwalających na szybkie i w miarę efektywne naprawianie szkód powstałych w wyniku działania takich „piłeczek” jak np. promieniowania UV, czy wolnych rodników, mają one jednak swoje ograniczenia, i nie są w stanie nic zrobić, gdy na nasz składzik bibelotów spadnie gradobicie.
Są jednak wyjątki, a ekstremalnym przykładem jest bakteria Deinococcus radiodurans.
Zyskała ona sławę jako organizm, który wytrzymuje ogromne dawki promieniowania: dla człowieka dawka śmiertelna promieniowania jonizującego wynosi ok. 5Gy (grejów), tymczasem D. radiodurans przeżywa napromieniowanie dawką 15000Gy! Bakterie te odporne są również na wysychanie, promieniowanie UV i działanie związków dla innych organizmów silnie toksycznych. Naukowcy nie wiedzą jeszcze dokładnie, jakim mechanizmom D. radiodurans zawdzięcza swoje możliwości – jest ich wiele i nie każdy został szczegółowo poznany.
Kluczowe dla przeżycia bakterii jest utrzymanie genomu w całości, jako jednej cząsteczki. Tymczasem promieniowanie jonizujące szatkuje DNA. E. coli ginie, gdy jej chromosom rozpadnie się na kilka fragmentów, a D. radiodurans przeżyje jego poszatkowanie nawet na kilkaset części – co ma miejsce także wtedy, gdy mikrob wysycha. Ważne jest, żeby móc ten genom przywrócić do stanu pierwotnego. U D. radiodurans genom składa się z dwóch chromosomów, które występują w kilku kopiach. Zwiększenie liczby kopii nie zapewnia samo w sobie oporności na promieniowanie, ale pozwala odtworzyć przynajmniej jeden pełny genom w wyniku rekombinacji, która u tej bakterii zachodzi bardzo efektywnie.
Inne mechanizmy składające się na wyjątkową odporność tej bakterii:
– bardzo efektywny system usuwania zmian nukleotydów powstałych pod wpływem UV
– wyjątkowo mocno upakowany i skondensowany genom (w porównaniu np. do E. coli, której materiał genetyczny jest inaczej uporządkowany, bardziej luźno i jest nieco rozproszony w całej komórce)
– obecność karotenoidów, m.in. deinoksantyny; karotenoidy to sprawdzona ochrona przed wolnymi rodnikami
– zdolność utrzymania stosunkowo wysokiego (w porównaniu do innych bakterii) stężenia jonów manganianowych w komórce
… i inne.
Ciekawe jest to, że nie ma mowy o jednym globalnym systemie ochrony przed promieniowaniem (tak na marginesie – bakteria ta jest wyjątkowo odporna na wysychanie, i to raczej w tym kierunku ewoluowały jej mechanizmy ochronne, a że przy okazji zapewniają one ochronę przed promieniowaniem jonizującym, to już raczej przypadek). U tej bakterii występują w zasadzie te same mechanizmy, które obecne są także u większości innych bakterii (niekoniecznie wszystkie na raz), tylko, że tutaj nastąpiła ich kumulacja i są one bardziej wydajne i skuteczne.
Komórki D. radiodurans są nieruchliwe, bakterie nie tworzą spor. Kolonie mają kolor pomarańczowo-różowy. Bakterie barwią się gramdodatnio, ale ich ściana komórkowa różni się od ścian typowych bakterii gramdodatnich, między innymi składem lipidów. Bakteria dobrze rośnie w 30 st. C na bogatych podłożach i jest bezwzględnie tlenowa. Komórki D. radiodurans są naturalnie kompetentne, czyli bakterie mogą pobierać DNA obecny w środowisku, co widać w ich genomie: wiele sekwencji, w tym te związane z odpornością na promieniowanie, zostało nabytych drogą horyzontalnego transferu genów.
PS. Niektórzy naukowcy z NASA uważają, że D. radiodurans, dzięki swojej odporności na ekstremalne warunki środowiska, może kiedyś pomoże ludziom skolonizować Marsa.
