13-10-2023
Deinococcus radiodurans | ||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Научная классификация | ||||||||||||||
|
||||||||||||||
Латинское название | ||||||||||||||
Deinococcus radiodurans (ex Raj et al. 1960) Brooks et Murray, 1981 |
||||||||||||||
|
Deinococcus radiodurans — грамположительный, экстремофильный кокк рода Deinococcus. Является одной из самых устойчивых бактерий к действию ионизирующего излучения[1]. Впервые был выделен из консервированного мяса, подвергнутого действию гамма-излучения с целью изучения возможности стерилизации[2]. Описан в 1960 г. под названием Micrococcus radiodurans[3], переведён во вновь созданный род Deinococcus в 1981 г. [4]. Разрабатываются способы использования Deinococcus radiodurans в биоочистке радиоактивно неблагополучных сточных вод.
Содержание |
Окрашивается по методу Грама положительно (хотя клеточная стенка имеет строение, типичное для грамотрицательных бактерий[5][6]), неподвижный кокк диаметром 1,5—3,5 мкм. На микропрепаратах располагается по две или чаще четыре клетки, образуя тетрады. Не образует капсул и спор. Образует красный пигмент[7].
Хемоорганогетеротроф, облигантный аэроб. Растёт на простых питательных средах. На агаризованных питательных средах образует гладкие, выпуклые колонии от розового до красного цвета[8]. Штаммы D. radiodurans выделялись из большого разнообразия субстратов: от помёта слонов и почвы до арктических глыб и песков пустынь[9][10], поэтому нельзя говорить о каком-либо специфическом местообитании этого микроорганизма[11].
Уникальной особенностью генома D. radiodurans является то, что каждая кольцевая молекула ДНК генома представлена в нескольких копиях и образуют вместе переплетённые кольца, каждое кольцо содержит по нескольку копий одной молекулы ДНК[12]. Другой уникальной особенностью D. radiodurans является наличие РНК-лигаз, способных сшивать молекулы РНК в гибридном комплексе РНК-ДНК[13][14]. Геном D. radiodurans штамма R1 представлен четырьмя молекулами ДНК: двумя хромосомами и двумя плазмидами — мегаплазмидой и малой плазмидой[15]. Хромосома 1 D. radiodurans представляет собой кольцевую двуцепочечную молекулу ДНК размером 2648638 п.н., которая содержит 2687 генов, из которых 2629 кодируют белки[16]. Хромосома 2 меньше размерами (412348 п.н.) и содержит 369 генов, из которых 368 кодируют белки[17]. Мегаплазмида MP1 является двуцепочечной кольцевой молекулой ДНК размером 177466 п.н. и содержит 148 генов, из которых 145 кодируют белки[18]. Плазмида CP1 представлена кольцевой двуцепочечной молекулой ДНК размером 45704 п.н. и содержит 40 генов, из которых 39 кодируют белки[19]. Известно также несколько плазмид, влияющих на резистентность к лизоциму и допустимую температуру роста[20]. Микроорганизм имеет естественную компетентность к трансформации чужеродной ДНК[21]. Геном D. radiodurans весьма близок к геному Thermus aquaticus и сравнение геномов показывает дивергентные пути к адаптации к термофильности и устойчивости к радиации[22][23].
D. radiodurans широко известен своей высокой устойчивостью к действию радиации, являясь одним из самых устойчивых к действию радиации организмов в мире — D. radiodurans способен выживать при дозе до 10000 Грей. (для человека летальная доза радиации 5 Гр., для Escherichia coli — 2000 Гр)[24]. Предположительно, высокая устойчивость к действию ионизирующего излучения возникла как следствие возникновения устойчивости к высушиванию, так как механизмы повреждения ДНК, а следовательно и устойчивости к радиации и высушиванию сходны[25], к тому же D. radiodurans синтезирует т. н. LEA-белки, предотвращающие агрегацию белков во время высушивания[26].
Долгое время такой уровень устойчивости к действию радиации был не совсем понятен. Сейчас известно, что D. radiodurans хранит в клетке по нескольку копий генома, упакованных в виде тора или колец[27], дополнительные копии генома позволяют в точности восстановить геном после многочисленных одно- и двуцепочечных разрывов. Было также показано, что как минимум две копии генома при массированных двуцепочечных разрывах образуют полный геном при реассоциации образовавшихся фрагментов ДНК, затем идёт ресинтез поврежденных участков с гомологичных неповреждённых последовательностей, при этом образуется D-петля, после этого происходит рекомбинация между гомологичными последовательностями путём RecA-зависимой гомологичной рекомбинации[28]. RecA D. radiodurans может экспрессироваться только в клетках своего вида, для E.coli, например, он оказывает летальное действие[29]. Определённую роль в резистентности к действию радиации оказывает также присутствие особого белка, связывающегося с одноцепочечной ДНК и предположительно играющего роль в репликации повреждённой ДНК[30], на радиорезистентность влияет также синтез белка DdrA, обеспечивающего целостность генома[31]. Белок IrrE, регулятор экспрессии гена recA влияет также на уровень устойчивости к действию радиации[32]. Микроорганизм имеет рибонуклеопротеины, также оказывающие действие на устойчивость бактерии к ультрафиолетовому облучению[33]. Для защиты от окислительного стресса, сопровождающего действие ионозирующего излучения D. radiodurans использует особый фермент тиоредоксин редуктазу[34], а также синтезирует супероксиддисмутазу[35].
Известно несколько бактерий, сравнимых с D. radiodurans по устойчивости к радиации, включая некоторые виды Chroococcidiopsis (цианобактерии) и Rubrobacter (Актиномицеты); среди археев, подобными же свойствами обладает Thermococcus gammatolerans[36].
Устойчивость к действию радиации D. radiodurans уникальны, микроорганизм также весьма устойчив к неблагоприятным условиям окружающей среды, что делает этот микроорганизм пригодным для биоочистки радиоктивных отходов. Есть исследования по применению D. radiodurans в биоочистке радиоактивных загрязнений, в том числе содержащие растворённые ионы ртути[37]. В 2003 году американские ученые показали, что D. radiodurans может быть использован в качестве средства хранения информации, которое может пережить ядерную катастрофу. Они перевели песню Это маленький мир (It's a Small World ) в ряд сегментов ДНК длиной в 150 пар нуклеотидов, внедрили их в бактерии, и были в состоянии получить их без ошибок 100 бактериальных поколений спустя[38].
Чудо-бактерия может справиться с болезнями века
Это заготовка статьи по бактериологии. Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив её. |
Deinococcus radiodurans.