Deinococcus radiodurans

Deinococcus radiodurans
Deinococcus radiodurans.jpg

Deinococcus radiodurans

Systematikk
Domene : Bakterier (bakterier)
Avdeling : Deinococcus Thermus
Bestilling : Deinokokker
Sjanger : Deinokokker
Type : Deinococcus radiodurans
Vitenskapelig navn
Deinococcus radiodurans
(ex Raj et al. 1960) Brooks og Murray 1981

De Deinococcus radiodurans (tidligere som Micrococcus radiodurans henvist til) er en polyextremophiles bakterie som mot ioniserende stråling er motstandsdyktig selv i meget høye doser. Den tilhører de grampositive kokkene , men har en cellevegg som er typisk for gramnegative bakterier. Lipiden A i den gramnegative celleveggen mangler.

motstand

D. radiodurans er fortsatt i stand til å vokse og trives ved kroniske (langvarige) stråledoser på 60  Gy per time. Den gjennomsnittlige dødelige dosen LD 50 , dvs. den akutte (kortvarige) strålingsdosen som statistisk fører til døden hos 50 prosent av de eksponerte organismer, er over 10 000 Gy for disse bakteriene, noen av organismer overlever til og med akutte stråledoser på opptil 17.500 Gy. Til sammenligning: med akutt stråling fra 6 Gy uten massiv medisinsk intensivbehandling har folk liten sjanse for å overleve (opptil 90% dødelighet ); med stråledoser på 7-10 Gy, dør 100 prosent av de berørte innen en til to uker ( LD 100/14). Se også artikkelen strålesyke . I et eksperiment på ISS klarte bakterien å overleve i rommet i tre år, noe som for eksempel støtter hypotesen om panspermi .

På grunn av dens egenskaper kalles det også Conan, bakterien , etter filmhelten med samme navn fra Conan the Barbarian , som unnslapp den nesten uunngåelige døden flere ganger.

oppdagelse

Deinococcus radiodurans ble oppdaget av Arthur W. Anderson i 1956 da hermetisk kjøtt ble behandlet med ioniserende stråling for å drepe bakterier. Bakterien ble ikke drept av den ganske høye, men av sine egne standarder relativt lav, stråledose og ble deretter undersøkt mer detaljert. En tidligere ukjent motstand mot ultrafiolett og røntgen ble funnet.

fordeling

Deinococcus radiodurans og dens nære slektninger er ordspråklige generalister og globetrottere: I tillegg til hermetisk kjøtt, kan de også finnes i vev fra atlantisk hyse , lama-avføring , antarktiske bergarter og andre ugjestmilde steder. Sammen med cyanobakterier av arten Chroococcidiopsis , danner de en spesiell gruppe organismer som er i stand til å trives under de tøffeste leveforholdene ( ekstremofiler ). De er i stand til å finne økologiske nisjer selv på de mest fiendtlige stedene i verden og er derfor allestedsnærværende , inkludert i kjølevannskretsen til kjernefysiske reaktorer og i tarmen til mennesker.

Genom

Genomet til D.radiodurans består av 4 sirkulære molekyler:

Det antas at kromosom II er viktig for organismen.

Strålingsmotstand

Hovedårsaken til den ekstreme strålingsmotstanden mot ioniserende stråling er evnen til å gjøre DNA- reparasjon eksepsjonelt effektiv. DNA og deler av kromosomer forårsaket av mutagene stoffer som stråling , kjemisk angrep eller utilsiktede årsaker skader blir, ved hjelp av visse enzymer, spesielt raskt og effektivt reparert igjen. Denne reparasjonsmekanismen gjør det mulig å reparere dobbeltstrengspauser, en spesielt alvorlig form for DNA-skade. På denne måten er Deinococcus radiodurans i stand til å utføre 500 slike reparasjoner samtidig, mens tarmbakterien Escherichia coli for eksempel bare klarer to til tre. D. radiodurans har fire eksemplarer av genomet i den stasjonære fasen og åtte til ti eksemplarer under eksponentiell vekst. Andre bakterier har også flere genomkopier ( Micrococcus luteus , Micrococcus sodonensis ), men disse er strålingsfølsomme. Derfor har mangfoldet av genomet ingen innflytelse på strålingsmotstand. Så langt er de molekylære faktorene som muliggjør dette uvanlige reparasjonsarbeidet ennå ikke avklart tilstrekkelig. DNA, som er ordnet i form av en ring, spiller en rolle her, og forhindrer at biter av genetisk materiale som brytes ut ved bestråling, blir vasket bort i cellevæsken.

I tillegg har bakterien en veldig sterk cellevegg , som også beskytter den mot UV-stråling.

En annen ekstremt strålingsresistent bakterie er den halofile Halobacterium sp. NRC-1, hvorav det er mutanter som overlever akutte stråledoser på opptil 11.000 Gy.

betydning

Astrobiologi

For astrobiologer som leter etter spor etter utenomjordisk liv, er overlevende som Deinococcus radiodurans og Chroococcidiopsis av stor interesse, da det kan tenkes at slike organismer gjemt i meteorittbergarter kan overleve lange reiser gjennom rommet uskadd . Dette vil styrke hypotesen om panspermi , som sier at enkle livsformer er i stand til å overleve langdistanseranser gjennom universet. Noen kunne ha funnet veien til jorden for omtrent 3,5 milliarder år siden og dermed dannet opprinnelsen til livet på denne planeten. I et eksperiment utenfor ISS klarte bakteriene å overleve i rommet i tre år.

Informasjonsteknologi

Deres spesielle motstand mot skadelige effekter av alle slag kan gjøre Deinococcus radiodurans interessante for bruk som datalagring i informasjonsteknologi . Det forskes for tiden på hvordan data i form av kunstig DNA kan lagres i bakteriene og hentes ut igjen. Amerikanske dataforskere oversatte teksten til det engelske barnerimet It's a Small World til den genetiske koden og smuglet den tilsvarende DNA-sekvensen inn i genomet til bakteriene. Selv etter rundt hundre generasjoner av bakterier, kunne strofene leses ut igjen i uendret form ved hjelp av standard sekvenseringsteknologi , dvs. Med andre ord ble informasjonen som ble introdusert lagret på en stabil måte, og i tillegg økte multiplikasjonen av bakteriene redundansen.

litteratur

weblenker

Individuelle bevis

  1. ↑ KS Makarova, L Aravind, YI Wolf, RL Tatusov, KW Minton, EV Koonin, MJ. Daly: Genom av den ekstremt strålingsresistente bakterien Deinococcus radiodurans sett fra perspektivet til komparativ genomikk. I: Microbiol Mol Biol Rev. Volume 65 , nr. 1. mars 2001, s. 44-79 , PMID 11238985 .
  2. ↑ MJ Daly, KW. Minton: Rekombinasjon mellom et fast plasmid og kromosomet etter bestråling av den strålresistente bakterien Deinococcus radiodurans. I: Gener . teip 187 , nei. 2 , mars 1997, s. 225-229 , PMID 9099885 .
  3. ↑ a b Ashley Strickland: Bakterier fra jorden kan overleve i verdensrommet og kunne tåle turen til Mars, ifølge ny studie . I: CNN News , 26. august 2020. 
  4. ↑ a b Yuko Kawaguchi et al.: DNA Damage and Survival Time Course of Deinococcal Cell Pellets During 3 Years of Exposure to Ytre Space . I: Frontiers in Microbiology . 11. 26. august 2020. doi : 10.3389 / fmicb.2020.02050 .
  5. ↑ a b Lukas Wieselberg: Strålebestandig: Conan, bakterien. I: science.ORF.at. Januar 2003, åpnet 21. juli 2014 (Basert på Ringlike Structure of Deinococcus radiodurans Genome: A Key to Radioresistance? In: Science , Volume 299, s. 254).
  6. ↑ Patrick Huyghe: Bakterien Conan . I: The Sciences . New York Academy of Sciences, juli 1998, s. 16–19 (engelsk, usuhs.edu [PDF; åpnet 25. juli 2014]).
  7. ↑ EM Bik, PB Eckburg, SR Gill, KE Nelson, EA Purdom, F. Francois, G. Perez-Perez, MJ Blaser, DA Relman: Molekylær analyse av bakteriebakterieflora i magesekken hos mennesket . I: Proceedings of the National Academy of Sciences i USA . teip 103 , nr. 3 , 17. januar 2006, s. 732-737 , PMID 16407106 .
  8. ↑ a b R. Froböse: Når frosker faller fra himmelen: de sprøeste naturfenomenene. Wiley-VCH, Weinheim 2007, ISBN 978-3-527-31659-5 , s. 19 ff. ( Books.google.de ).
  9. ↑ Owen White et al.: Genome Sequence of the Radioresistant Bacterium Deinococcus radiodurans R1 . I: Vitenskap . teip 286 , nr. 5444 , 19. november 1999, s. 1571-1577 .
  10. ↑ M Blasius, S Sommer, U. Hübscher: Deinococcus radiodurans: hva hører til overlevelsessettet? I: Crit Rev Biochem Mol Biol. Bind 43 , nei 3 , 2008, s. 221-228 , PMID 18568848 .
  11. ↑ Harsojo, S. Kitayama, A. Matsuyama: Genome mangfoldighet og strålingsmotstand i Micrococcus radiodurans . I: Journal of Biochemistry . teip 90 , nei. 3 , 1981, s. 877-880 , PMID 7309705 .
  12. De LC DeVeaux, JA Müller, J Smith, J Petrisko, DP Wells, S. DasSarma: Ekstremt strålingsresistente mutanter av en halofil arkeon med økt enkeltstrenget DNA-bindende protein (RPA) genuttrykk . I: Radiat Res . teip 168 , nr. 4. oktober 2007, s. 507-514 , PMID 17903038 .
  13. ↑ B. Diaz et al. Mikrobielle overlevelse av Escherichia coli og Deinococcus radiodurans henhold lav temperatur, lavt trykk, og UV-bestrålingsbetingelser, og deres relevans for mulig Mars liv. I: Astrobiologi. Bind 6, nr. 2, april 2006, s. 332-347, PMID 16689650 .
  14. ↑ Sammenlignende overlevelsesanalyse av D. radiodurans, N. magadii og H. volcanii utsatt for vakuum ultrafiolett bestråling . spaceref.com, åpnet 5. oktober 2011.
  15. ↑ Strålebestandige bakterier som permanent datalagring. (Ikke lenger tilgjengelig online.) I: Netzeitung . 10. januar 2003, arkivert fra originalen 11. februar 2013 ; Hentet 11. februar 2009 .