Deinococcus radiodurans

Deinococcus radiodurans (בעבר נקרא Micrococcus radiodurans), חיידק אקסטרמופיל והאורגניזם בעל החסינות הגבוהה ביותר נגד קרינה. בעוד שמינון של 10 גריי מספיק להרג אדם, ומינון של 60 גריי מספיק להרג כל התאים בתרבית חיידקי E. coli, חיידק D. radiodurans מסוגל לשאת מינון מיידי של עד 5,000 גריי בלי לאבד את יכולת הקיום, ועד 15,000 גריי עם 37% שרידות. החיידק מסוגל לשרוד תנאי חום, קור, יובש, ואקום וחומצה, ועקב זאת הוא ידוע כחיידק פוליאקסטרמופיל (polyextremophile), בעל עמידות ליותר ממצב קיצוני אחד. מספר מינים נוספים בסוג זה תוארו, והם קשורים לחיידקים חסיני חום כגון Thermus; הקבוצה קרויה לפיכך Deinococcus-Thermus. D. radiodurans התגלה ב-1956 על ידי ארתור אנדרסון בתחנת ניסויים חקלאיים באורגון. בניסויים שנערכו כדי לקבוע האם ניתן לעקר מזון משומר באמצעות מינונים גבוהים של קרינת גמא, נחשף בשר למינוני קרינה שנחשבו כמסוגלים להרוג כל צורת חיים מוכרת, ואולם לאחר מכן התקלקל הבשר. מן הבשר בודד החיידק D. radiodurans. Deinococcus radiodurans משיג את עמידותו לקרינה הודות לכך שהוא מחזיק מספר עותקים של הגנום שלו והודות למנגנוני תיקון דנ"א מהירים. לרוב מתקן החיידק שברים בכרומוזומים שלו תוך 12-24 שעות בתהליך דו-שלבי. ראשית מחבר החיידק מחדש כמה קטעי כרומוזומים בתהליך הקרוי single-strand annealing (אנ'). בשלב השני חלבון מתקן שברים בשני הגדילים באמצעות רקומבינציה המולוגית (אנ'). בשל "קשיחותו" זכה לכינוי "קונאן החיידק" (בעקבות קונאן הברברי). שאלה שעלתה ביחס ל-Deinococcus radiodurans היא כיצד יכולה הייתה להתפתח יכולת עמידות כה טובה נגד קרינה. רמות של קרינת רקע טבעית נמוכות מאוד, ברוב המקומות במידה של 0.4mGy לשנה ובמקום בו ידועה קרינת הרקע הגבוהה ביותר, גוארפארי שבברזיל הקרינה מגיעה ל-175mGy בלבד לשנה. עם רמות קרינה כה נמוכות המופיעות בטבע, בלתי סביר שאורגניזמים יפתחו מנגנונים מיוחדים למניעת השפעות קרינה במינון גבוה. ואלרי מטימור וג'ון בטיסטה מאוניברסיטת לואיזיאנה שיערו כי העמידות בפני קרינה של Deinococcus radiodurans היא תוצאת לוואי של מנגנון להתמודדות עם יובש תאי ממושך. כתמיכה להשערה, הם ערכו ניסוי שבו הראו כי מוטנטים של החיידק אשר רגישים במיוחד לפגיעה מקרינה מייננת, הם גם רגישים מאוד לפגיעה מייבוש ממושך, בעוד שזן הבר בעל עמידות משני גורמים אלו. בנוסף לתיקון דנ"א D. radiodurans משתמש בביטוי חלבון LEA ‏(Late Embryogenesis Abundant) להגנה מפני התייבשות. מייקל דאלי מאוניברסיטת השירותים המזוינים של מדעי הבריאות (USUHS) שיער כי החיידק משתמש במנגן כדי להגן על עצמו מפגיעת קרינה. קבוצת חוקרים מהמחלקה לכימיה אורגנית במכון ויצמן גילתה בעזרת ניתוח סריקות במיקרוסקופ אלקטרוני שהדנ"א ב-D. radiodurans ארוז היטב במבנה דמוי טבעת שייתכן שמאפשר תיקון דנ"א ביתר קלות. אחד השימושים האפשריים בחיידקי Deinococcus מהונדסים גנטית הוא עיכול ופירוק ממסים ומתכות כבדות, במיוחד באתרים רדיואקטיביים. הגן החיידקי mercuric reductase הועבר מ-Escherichia coli אל Deinococcus כדי לסלק יוני כספית המצויים לעיתים קרובות בפסולת רדיואקטיבית הנוצרת בתעשיית הנשק הגרעיני. חוקרים אלו פיתחו זן חדש של Deinococcus, הזן המהונדס מסוגל לטהר גם רעלי כספית וגם שיירי טולואן הנמצאים באתרי פסולת רדיואקטיבית מעורבת. מדיה וקבצים בנושא Deinococcus radiodurans בוויקישיתוף Deinococcus radiodurans, באתר ITIS (באנגלית) Deinococcus radiodurans, באתר NCBI (באנגלית) Deinococcus radiodurans, באתר האנציקלופדיה של החיים (באנגלית) Deinococcus radiodurans, באתר GBIF (באנגלית) Microbial Biorealm, Kenyon College הגנום של Deinococcus radiodurans Mattimore V, Battista JR (1996). "Radioresistance of Deinococcus radiodurans: functions necessary to survive ionizing radiation are also necessary to survive prolonged desiccation". JOURNAL OF BACTERIOLOGY 178 (3): 633–637. PMID 8550493 Battista JR, Park MJ, McLemore AE (2001). "Inactivation of two homologues of proteins presumed to be involved in the desiccation tolerance of plants sensitizes Deinococcus radiodurans R1 to desiccation". CRYOBIOLOGY 43 (2): 133–139. PMID 11846468 Pearson, Helen (30 September 2004). Secret of radiation-proof bugs proposed. Internal antioxidants may shield cells from radiation damage. Levin-Zaidman S, Englander J, Shimoni E, Sharma AK, Minton KW, Minsky A (2003). "Ringlike structure of the Deinococcus radiodurans genome: a key to radioresistance?". SCIENCE 299 (5604): 254–256. PMID 12522252 Brim H, McFarlan SC, Fredrickson JK, Minton KW, Zhai M, Wackett LP, Daly MJ (2000). "Engineering Deinococcus radiodurans for metal remediation in radioactive mixed waste environments". NATURE BIOTECHNOLOGY 18 (1): 85–90. PMID 10625398