Baktērija – Konans
Publicēts: 19.01.2003
Veismana institūta zinātnieki ir atklājuši kādēļ baktērija Deinococcus radiodurans ir visizturīgākā pret radiāciju: mikroba DNS ir sapakots un noslēpts gredzenveida struktūrā. Šis atklājums atrisināja noslēpumu, kas ilgu laiku nodarbināja zinātnieku prātus.
Šī sārtā baktērija izdzīvo 1,5 miljons radu lielu apstarojumu, kas tūkstošiem reižu pārsniedz devu, ko spēj izturēt jebkura cita dzīvības forma uz Zemes. Tās veselīgā apetīte ir to radījusi par izturīgu kodolatkritumu krātuvju strādnieku, kas apēd kodolatkritumus un pārstrādā tos drošākos derivātos. Spēja izdzīvot citos ekstrēmos apstākļos – dehidratācijā un zemās temperatūrās – padara šo būtni par vienu no dzīvības formām, kas mīt Ziemeļpolā. Tas nav pārsteigums, ka šī baktērija ir radījusi tādu ažiotāžu. Pēdējās diskusijās starp NASA un Krievijas zinātniekiem tiek izvirzīta hipotēze, ka šī baktērija iespējams ir cēlusies uz Marsa, kur radiācija ir ievērojami augstāka nekā uz Zemes.
DNS gredzenveida struktūra
Tā kā DNS ir primārā šūnas daļa, kuru bojā radiācija un visbīstamākais ir DNS struktūras pilnīgs pārrāvums, tad zinātnieki pastiprināti pētīja DNS labošanas mehānismus, lai atrastu atbildi, kādēļ šis mikrobs ir tik dzīvotspējīgs. Šūnas, ieskaitot cilvēka šūnas, var salāpīt ļoti mazu skaitu pilnīgu DNS pārrāvumu. Mikrobi var salabot 3-5. Baktērija D. radiodurans var salabot vairāk nekā 200 šādu bojājumu. Tādēļ zinātnieki uzskatīja, ka mikrobs acīmredzot veido kādus unikālus fermentus, kas labo DNS. Tomēr, eksperimentu sērijas rezultātā tika noskaidrots, ka mikroba labošanas fermenti ir ļoti līdzīgi kā parastajām baktērijām.
Izmantojot gan optisko, gan elektronisko mikroskopiju, profesors Avi Minskijs no Veismana institūta atrada, ka mikroba DNS ir sakārtota unikālā gredzenveida struktūrā, kas nodrošina to, ka bojātie un atšķeltie DNS fragmenti neaizpeld šūnas šķidrumā. Atšķirībā no citiem organismiem, kuru DNS fragmenti zūd radiācijas ietekmes rezultātā, mikrobs nezaudē savu ģenētisko informāciju, jo atšķeltos DNS fragmentus glabā slēgtā struktūrā. Šie fragmenti, tā kā atrodas ļoti tuvu viens otram, vēlāk saplūst atpakaļ pareizā, sākotnējā kārtībā, atjaunojot DNS ķēžu struktūru.
Lai cik aizraujoši arī nebūtu šie atklājumi, tie tomēr nesniedza idejas cilvēka aizsardzība pret radiāciju, kā tas bija gaidīts. "Mūsu DNS ir būvēta pavisam savādākā veidā," teica Minskijs. Tomēr šādi rezultāti varētu mums aplīdzēt saprast DNS aizsardzības mehānismus spermas šūnās, kur arī ir novērota DNS gredzenveida struktūra.
Vēl daži izdzīvošanas triki
Miskija komanda atklāja, ka mikrobā notiek divas DNS labošanas fāzes. Pirmās fāzes laikā DNS salabo struktūru gredzena ietvaros, kā tas bija aprakstīts iepriekš. Pēc tam tas veic vēl neparastāku triku.
Baktērija ir veidota no četriem komponentiem, no kuriem katrs satur DNS kopiju. Minskija grupas zinātnieki atklāja divas sīkas pārejas starp šīm sastāvdaļām. Aptuveni pusotru stundu pēc labošanas gredzena ietvaros, DNS atritinās migrē uz piesaistīto nodalījumu, kur tā sajaucas ar tur esošo DNS kopiju. Tad nāk “ierastā” labošanas mašinērija, sastopama arī cilvēku un citu baktēriju šūnās. Labošanas fermenti salīdzina abas DNS kopijas, lietojot katru no tām kā matricu, lai salabotu otru. Tā kā DNS virkne daļēji jau ir salabota un daudzi pārrāvumi ir fiksēti, tad šī fāze notiek relatīvi viegli.
Kas tālāk?
Gredzenveida struktūras atradums radīja jaunu jautājumu – kā baktērija spēj dzīvot un funkcionēt normālos apstākļos? DNS virknēm ir jāatritinās, lai ražotu olbaltumvielas. Kā tas ir iespējams, ja tur tik tikko pietiek vietas, lai nedaudz pakustētos? Šis jautājums noveda pie vēl viena atklājuma par mikroba izdzīvošanas stratēģiju. No visām DNS kopijām trīs ir cieši sapakotas, kamēr viena ir brīvi peldoša. Tādejādi vienlaicīgi ir DNS kopijas, kas spēj piedalīties proteīnu ražošanā, un DNS, kas ir neaktīvas, bet pasargātas.
Minskijs un citi zinātnieki tic, ka baktērijas spēja izdzīvot ekstrēmos apstākļos ir radusies uz Zemes. Šī ir viena no tām retajām dzīvības formām, kas atrastas ļoti sausos apgabalos. Unikālais aizsardzības mehānisms pret dehidratāciju ir izrādījies noderīgs arī cīņā pret radiācijas kaitīgo ietekmi.
Deinococcus radiodurans tika atklāta konservos, kas tika sterilizēti ar radiāciju. Bundžās tika atrastas sarkanas svītras – baktērijas kolonijas – radot jautājumu, kā gan tās tur varēja izdzīvot. Lai gan šis jautājums tagad ir atbildēts, joprojām notiek spekulācija ap noslēpumu – kā un kur šis aizsardzības mehānisms ir radies.
Ekstrēmās dzīvības formas un to iecienītās vides
Karstākā: 113 C Pyrolobus fumarii (Vulkāna sala, Itālija)
Aukstākā: -15 C Cryptoendoliths (Antarktīda)
Spēcīgākā radiācija: (5 MRad vai 5000 reizes lielāka deva, kas nogalina cilvēku) Deinococcus radiodurans
Dziļākā: 3,2 km zem zemes
Skābākā: pH 0.0
Sārmainākā: pH 11.0
Visilgāk kosmosā: 6 gadus Bacillus subtilis (NASA satelīts)
Visaugstākais spiediens: (1200 reizes pārsnedz atmosfēras spiedienu)
Sāļākā: 30% sāls, jeb 9 reizes sāļāks nekā cilvēka asinis. Haloarcula
Mazākā: <0,1 mikrons jeb 500 šādu formu satilptu vienā cilvēka mata šķērsgriezumā (pikoplanktons)
Komentāri
