Ochrona przeciwko promieniowaniu i superbakteria

Nowe prace badawcze potwierdzają, że odporność na promieniowanie, która jest charakterystyczna dla bakterii Deinococcus radiodurans, wynika z mechanizmu obrony jej protein, a nie z jej DNA, jak do tej pory myślano. Jest to ogromna niespodzianka dla naukowców. Ponad to, co jest jeszcze bardziej zaskakujące, mechanizm ten może zostać przeniesiony na komórki ludzkie, w celu ulepszenia ich własnej odporności. Bakterie Deinococcus radiodurans w rzeczywistości nawet nie musiały zdawać sobie sprawy z wybuchu elektrownii atomowej w Czarnobylu.

Tak naprawdę, bakteria ta, charakteryzująca się dość banalnym wyglądem, jest odporna na promieniowanie równe tysiąc razy takiej dawce, która jest w stanie zabić człowieka. Ale to nie jest jedyny atut bakterii Deinococcus radiodurans. Dlaczego? Ponieważ ten mikroorganizm znosi tak ektremalne warunki jak zimno, susza, próżnia czy też kwas. Te właśnie właściwości uczyniły z niego zagadkę, i to już od 1956 roku, czyli od momentu, kiedy bakteria Deinococcus radiodurans została odkryta w puszkach konserwowych z mięsem wołowym, napromieniowanym promieniami gamma. Ale, krok po kroku, naukowcy powoli odkrywają jej tajemnice.

Na dzień dzisiejszy, uczeni z Uniformed Services University of the Health Sciences w Bethesda w Stanach Zjednoczonych zaczynają powoli wyjaśniać tajemnicę tej niezwykłej ochrony, z której dobrodziejstw korzysta bakteria Deinococcus radiodurans. Co więcej, naukowcy mają nadzieję, że przysłuży się ona także w medycynie.

Prace uczonych z Uniformed Services University of the Health Sciences potwierdzają to, co wykazały poprzednie badania: ochrona nie działa bezpośrednio na DNA, czyli na główną substancję, zawierającą informacje genetyczne. Ochrona działa raczej na proteiny, a w szczególności na te proteiny, które biorą udział w reparacji DNA. Aby dotrzeć do tych wniosków, naukowcy wykonali serię badań. Relacja z tych prac została opublikowana w dzienniku Plos One.

Badania zaczęły się ultrafiltracją (filtracja molekularna) bakterii. Proceder ten pozwala wyeliminować wielkie elementy komórek, a w szczególności proteiny, których rozmiar jest większy od jednego kilodaltona (dalton to umowna względna jednostka masy atomowej, która nie należy do układu SI, stosuje się ją do oznaczenia względnej masy cząsteczkowej, 1 kDa = 1000 Da). W uproszczeniu oznacza to, że naukowcy starali się wyeliminować elementy peptydowe, które zawierały więcej niż dziesięć aminokwasów.

Otrzymany roztwór, nazwany ultrafiltratem, został przetestowany jako czynnik chroniący przed promieniowaniem. W porównaniu z ultrafiltratem, który uczeni otrzymali z bakterii wrażliwej, ultrafiltrat otrzymany z bakterii Deinococcus radiodurans, chroni proteiny przed oksydacją przez wolne rodniki. Wolne rodniki są konsekwencją promieniowania jonizującego.

Ultrafiltrat otrzymany z bakterii Deinococcus radiodurans zawiera duże ilości manganu, fosfatu, nukleozydów, baz oraz peptydów. Zawartość tych wszystkich składników jest o wiele wyższa niż w ultrafiltracie otrzymanym z bakterii wrażliwej. Czy więc można przypuszczać, że to właśnie te elementy są odpowiedzialne za odporność bakterii Deinococcus radiodurans na promieniowanie?

Zastosowanie mieszanki imitującej skład filtratu z bakterii Deinococcus radiodurans na oczyszczonych białkach, pozwolił naukowcom wykazać, że ta czwórka partnerów, czyli mangan, fosfat, peptydy oraz nukleozydy, chronią w sposób synergiczny działalność enzymatyczną protein (w sposób synergiczny oznacza w uproszczeniu, iż efekt działania różnych czynników, w tym przypadku omawianej czwórki partnerów, jest większy niż suma poszczególnych oddzielnych działań).

Działanie ochronne osiągnięto, nawet mimo zastosowania 50 000 jednostek Gray (1 Gray lub też 1Gy określa średnią wartość energii zaabsorbowanej w przeliczeniu na jednostkę masy napromieniowanego produktu, a 1 Gy odpowiada energii 1 J (dżula) pochłoniętej przez 1 kg materii).

W ten oto sposób, działając niemalże po omacku, naukowcy wykazali, że działanie ochronnej mieszanki może być także przeniesiona na inne gatunki. W rzeczywistości, naukowcy zaobserwowali, iż dorzucenie ultrafiltratu do środowiska bakterii Escherichia coli hodowanych laboratoryjnie, zmniejsza poziom śmiertelności komórkowej, po wystawieniu tych bakterii na działanie promieniowania. Podobne rezultaty otrzymano w przypadku dorzucenia ultrafiltratu do środowiska komórek ludzkich, a dokładniej, limfocytów T, także z hodowli laboratoryjnej. Uczeni zaobserwowali, iż komórki ludzkie stały się odporne na promienowanie! Co prawda, w bardzo niewielkim stopniu, ale wszystko przed nami.

Rezultaty te mogą, zdaniem naukowców biorących udział w tych badaniach, pozwolić na ochronę bakterii niezbędnych do procesu recyklingu odpadów radioaktywnych. Ochronę tę można przecież zapewnić tym bakteriom jedynie poprzez proste dodanie ochronnych składników do środowiska tychże bakterii, bez konieczności liczenia na „działanie geniuszu genetycznego”.

Ponad to, ultrafiltrat być może znajdzie także zastosowanie w produkcji bardzo skutecznej szczepionki, której będzie można użyć w terapiach, które polegają na niszczeniu DNA wirusowego poprzez promieniowanie. A to wszystko bez konieczności niszczenia protein, których rolą jest aktywacja systemu odpornościowego.

Jednakże, produkcja ludzi i zwierząt genetycznie zmodyfikowanych tak, aby mogły się one oprzeć działaniu bomby atomowej, nie jest jeszcze, niestety, rozważana...