‘Conan the Bacterium’ is om een ​​verrassende reden extreem stralingsbestendig

Meld u aan voor de wetenschapsnieuwsbrief Wonder Theory van CNN. Verken het universum met nieuws over fascinerende ontdekkingen, wetenschappelijke ontwikkelingen en meer.

CNN
—

Een soort bacterie genaamd Deinococcus radiodurans, bijgenaamd ‘Conan the Bacterium’ vanwege zijn vermogen om de zwaarste extremen te overleven, kan stralingsdoses weerstaan ​​die 28.000 keer groter zijn dan de doses die een mens zouden doden – en het geheim van zijn succes is geworteld in een antioxidant.

Nu hebben wetenschappers ontdekt hoe de antioxidant werkt, waardoor de mogelijkheid wordt ontsloten dat deze kan worden gebruikt om de gezondheid van mensen te beschermen, zowel op aarde als van degenen die in de toekomst daarbuiten onderzoek doen.

De antioxidant wordt gevormd door een eenvoudige groep kleine moleculen die metabolieten worden genoemd, waaronder mangaan, fosfaat en een klein peptide of molecuul aminozuren.

Samen is deze krachtige trilogie effectiever in het beschermen tegen straling dan mangaan in combinatie met slechts één van de andere componenten, volgens een nieuwe studie die maandag is gepubliceerd in de Proceedings of the National Academy of Sciences.

De bevindingen zouden volgens de auteurs van het onderzoek kunnen worden gebruikt om astronauten te beschermen tegen hoge doses kosmische straling tijdens toekomstige missies in de ruimte in ons zonnestelsel.

“We weten al lang dat mangaanionen en fosfaat samen een sterke antioxidant vormen, maar het ontdekken en begrijpen van de ‘magische’ kracht die wordt geboden door de toevoeging van de derde component is een doorbraak. Deze studie heeft de sleutel opgeleverd om te begrijpen waarom deze combinatie zo’n krachtig – en veelbelovend – radioprotectief middel is”, zegt co-auteur Brian Hoffman, Charles E. en Emma H. ​​Morrison hoogleraar scheikunde en hoogleraar moleculaire biowetenschappen aan het Weinberg College van de Northwestern University. van Kunsten en Wetenschappen, in een verklaring.

Eerder onderzoek heeft aangetoond dat Deinococcus, bekend als de meest stralingsbestendige levensvorm ter wereld Guinness-wereldrecordskan overleven buiten het internationale ruimtestation voor drie jaar. De winterharde bacteriën zijn bovendien bestand tegen zuur, kou en uitdroging.

Hoffman en Michaely Daly, hoogleraar pathologie aan de Uniformed Services University of the Health Sciences, toonden ook de ongelooflijke overlevingskansen van de bacterie aan. Het rapport uit oktober 2022, waaraan het duo samen met een team van onderzoekers schreef, toonde aan dat als Deinococcus ooit op Mars had bestaan, de bevroren microben mogelijk miljoenen jaren overleefd.

Voor de vorige studie mat het team de hoeveelheid mangaan-antioxidanten in de cellen van de bacterie. De onderzoekers ontdekten dat de hoeveelheid straling die een micro-organisme kon overleven rechtstreeks verband hield met de hoeveelheid mangaanantioxidanten. Dus hoe meer mangaan-antioxidanten er aanwezig zijn, hoe beter bestand tegen straling.

Wanneer gedroogd en ingevroren kan Deinococcus radiodurans 140.000 grijzen overleven, of eenheden röntgen- en gammastraling, wat 28.000 keer groter is dan de hoeveelheid straling die een persoon zou kunnen doden.

Voor het laatste onderzoek gebruikten Hoffman, Daly en hun collega’s MDP, of van melatonine afgeleid beschermend middel, een synthetische antioxidant geïnspireerd door Deinococcus radiodurans die Daly ontwierp. Deze antioxidant is gebruikt in door straling geïnactiveerde polyvalente vaccins, die afhankelijk zijn van straling om ziekteverwekkers zoals chlamydia uit te schakelen. Daly, die jarenlang Deinococcus radiodurans heeft bestudeerd, zit ook in het Committee on Planetary Protection van de National Academies.

Het onderzoeksteam analyseerde hoe de actieve componenten van MDP, waaronder mangaan, fosfaat en een peptide genaamd DP1, cellen en eiwitten beschermen tegen blootstelling aan straling. Wanneer het peptide en het fosfaat zich binden aan mangaan, creëren ze een ternair of drievoudig complex dat zeer effectief is in het beschermen tegen straling. Samen creëren de metabolieten in MDP een ‘geheime saus’, zei Hoffman.

Dr. Tetyana Milojevic, voorzitter van de exobiologie aan de Universiteit van Orléans in Frankrijk, zei dat de studie nieuwe inzichten biedt in hoe radioprotectieve schilden door metabolieten kunnen worden gecreëerd en mogelijk in de toekomst kunnen worden verbeterd. Tetyana was niet bij het onderzoek betrokken.

“Dit nieuwe begrip van MDP zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van nog krachtigere, op mangaan gebaseerde antioxidanten voor toepassingen in de gezondheidszorg, de industrie, defensie en ruimteverkenning”, aldus Daly.

Daly merkte op dat astronauten op missies in de verre ruimte zouden worden blootgesteld aan hoge niveaus van straling, voornamelijk van energetische deeltjes die door de kosmos reizen en kosmische straling worden genoemd.

“MDP, omdat het een eenvoudige, kosteneffectieve, niet-toxische en zeer effectieve radioprotector is, zou oraal kunnen worden toegediend om deze risico’s op het gebied van straling in de ruimte te verminderen,” zei hij.

Op aarde zou de antioxidant kunnen worden gebruikt ter bescherming tegen ongelukken waarbij straling vrijkomt.

Nu is het team benieuwd of dit drievoudige complex achter de antioxidant van Deinococcus voorkomt in cellen van andere organismen, en zo ja, of ze verantwoordelijk zouden kunnen zijn voor de stralingsresistentie daarin, zei Hoffman.