Не всі супергерої носять плащі. Мікроб Deinococcus radiodurans здатний витримувати екстремальний холод, кислоту та зневоднення, а також поглинати дози радіації, що здатні вбити людину в десятки тисяч разів. Його прозвали «Конан Бактеріумом» на честь відважного персонажа з фентезі.
Таємниця сили цього мікроба криється в наборі потужних антиоксидантів, які нейтралізують активні кисневі радикали, перш ніж вони зможуть пошкодити білки, критично важливі для процесу відновлення клітин.
Щоб краще зрозуміти, як ці речовини забезпечують захист, дослідники з Північно-західного університету та Університету військових служб (США) провели детальне дослідження хімії цього процесу.
Їхні висновки кидають виклик попереднім уявленням про те, як цей «брутальний» мікроб без будь-яких сумнівів справляється з радіаційними ударами, як його іменитий герой.
Deinococcus radiodurans мікрофотографія
Радіація завдає шкоди, перевантажуючи зв’язки в нашій біологічній системі, що призводить до її руйнування. У відповідь на це більшість живих організмів мають ефективні механізми відновлення, що включають найважливіші системи, такі як генетичний матеріал.
Під впливом іонізуючої енергії або процесів, таких як зневоднення, клітини швидко заповнюються токсичними молекулами кисню, які виникають через хімічні пошкодження та інші метаболічні процеси. Якщо їх не усунути швидко, ці «супероксидні радикали» знищать будь-які механізми відновлення і дозволять пошкодженням накопичуватися.
Як і багато інших організмів, D. radiodurans розробив «страховий запас» від таких пошкоджень у вигляді суміші антиоксидантів. Деякі з них ґрунтуються на елементі марганцю, який у поєднанні з іншими матеріалами, такими як фосфат, ефективно знижує стрес від «запальних» молекул кисню.
Попередні дослідження визначили пептид, збагачений марганцем і фосфатами (MDP), як важливий компонент захисного механізму, що дозволяє створювати нові сполуки для збереження форми антигенних білків у вакцинах, що потребують стерилізації за допомогою гамма-радіації.
Структура пептиду в MDP з марганцевими іонами
Хоча MDP явно працює чудово для мікроба та розробників вакцин, порівняльна сила цієї героїчної «роботи» базується на кількох припущеннях.
Щоб перевірити їх, хіміки з Північно-західного університету Брайан Хоффман і патолог Майкл Дейлі очолили команду вчених, щоб виміряти активність компонентів MDP, перевіряючи, як сильно кожен з них утримується в місці, при взаємодії з іншими елементами та як ці матеріали накопичуються в тілі мікроба для боротьби з пошкодженнями.
Вони довели, що потрійна комбінація марганцю, фосфату та пептиду значно перевищує будь-які пари з цих компонентів.
«Ми давно знали, що марганцеві іони і фосфат разом утворюють потужний антиоксидант, але відкриття та розуміння «магії» потужності, яку надає третій компонент, – це прорив», – каже Хоффман.
«Це дослідження дало ключ до розуміння, чому ця комбінація є такою потужною – і обіцяючою – для радіозахисту».
У дослідженні, опублікованому в 2022 році, Хоффман і Дейлі виявили, що висушені й заморожені зразки D. radiodurans можна відновити після поглинання 140,000 грей радіації. Для порівняння, лише кілька грей буде достатньо, щоб вбити людину.
Майбутні дослідження можуть показати, що матеріали на основі марганцю можна вдосконалити для того, щоб наділити нас силою Конана, або використовувати їх у інших галузях, таких як зберігання їжі або ліків для подорожей на Марс і за його межі.
«Це нове розуміння MDP може призвести до розробки ще більш потужних антиоксидантів на основі марганцю для застосування в охороні здоров’я, промисловості, обороні та космічних дослідженнях», – додає Дейлі.
Це дослідження опубліковане в PNAS.
