Интересный факт дня: Устойчивость к радиации можно создать искусственно

Ученые вырастили бактерии, которые устойчивы к радиоактивному излучению.

Самые стойкие организмы на Земле, называемые экстремофилами, могут выжить в экстремальных условиях, таких как сильная засуха, экстремальный холод, космический вакуум, кислота или даже высокий уровень радиации. Пока что самой стойкой из всех, кажется, является бактерия Deinococcus radiodurans, способная выдержать дозы радиации, в тысячу раз превышающие смертельные для человека. Но до сих пор ученые были озадачены тем, как устойчивость к радиоактивному излучению могла возникнуть у некоторых организмов на нашей планете, естественным образом защищенных от солнечного излучения своим магнитным полем. Хотя некоторые ученые предполагают, что радиорезистентность у экстремофильных организмов могла развиваться вместе с другими видами устойчивости, такими как устойчивость к высыханию, оставался вопрос: какие гены конкретно участвуют в радиорезистентности?

Чтобы ответить на этот вопрос, команда доктора Кокса из Университета Висконсин-Мэдисон решила "позволить клеткам сказать им". Исследователи начали с естественно неустойчивых бактерий E. coli и подвергли их многократным циклам высокоуровневого облучения. После многих раундов радиационного облучения и роста появилось несколько радиорезистентных популяций. Используя полногеномное секвенирование, исследователи изучили генетические изменения, присутствующие в каждой радиорезистентной популяции, и определили, какая мутация обеспечивает радиорезистентность бактерий.

В своем первом исследовании команда доктора Кокса начала с воздействия на E. coli 50 циклов ионизации. Примерно через 10 циклов появились некоторые радиорезистентные популяции, а после 50 изучение их генетического профиля выявило три мутации, ответственные за радиорезистентность — все в генах, связанных с механизмами репарации ДНК. В новом исследовании ученые подвергли бактерии еще 50 циклам радиационного воздействия и селекции.

Результаты, опубликованные в Frontiers in Microbiology, показывают, что популяции радиорезистентных E. coli продолжали развиваться и формировались субпопуляции. Удивительно, хотя радиорезистентность, вызванная первой серией ионизации, может быть в основном связана с тремя мутациями, вторая индуцировала сотни мутаций, включая большие делеции и дупликации нескольких генов. "Четыре популяции, которые мы развиваем в этом новом испытании, теперь достигли уровней радиорезистентности, которые приближаются к уровням, наблюдаемым с Deinococcus radiodurans. По мере того, как текущее испытание продвигалось, геномные изменения оказались намного более сложными, чем ожидалось". 

Хотя на этот раз сложнее точно определить все мутации, способствующие повышению радиорезистентности, исследователи показывают, что затронуты больше клеточного метаболизма (синтез АТФ, биогенез кластера железа и серы, синтез кадаверина и реакция активных форм кислорода). Кроме того, это исследование доказывает, что радиорезистентность может развиваться до уровня Deinococcus radiodurans, независимо от устойчивости к засухе. По мере того, как воздействие радиации и экспериментальная эволюция продолжается, собирается все больше данных о том, как вызвать радиоустойчивость у бактерий. Однажды это может стать ценным набором мутаций для создания радиорезистентных пробиотиков, помогающих, например, пациентам, получающим лучевую терапию, или астронавтам, подвергшимся воздействию космического излучения.