Разгадана тайна микроба, не боящегося радиации
Неповторимая способность микроба Deinococcus radiodurans
выносить громадные дозы радиации базирована на
высокоэффективной налаженности репарации (починки) ДНК. Микроб
может «починить» близкие четыре хромосомы даже затем того, как
ионизирующее излучение порвет их на сотки обрывков. Как ему
это удается, длинное период оставалось загадкой. И вот в конце концов
принцип службы репарационной налаженности дейнококка
расшифрован.
Радиоустойчивость дейнококка поистине удивительна.Неповторимая способность микроба Deinococcus radiodurans
выдерживать большие дозы радиации базирована на
высокоэффективной налаженности репарации (починки) ДНК. Микроб
может «починить» родные четыре хромосомы даже затем того, как
ионизирующее излучение порвет их на сотки обрывков. Как ему
это удается, длинное период оставалось загадкой. И вот в конце концов
принцип службы репарационной налаженности дейнококка
расшифрован.
Радиоустойчивость дейнококка поистине удивительна. Дейнококк
отлично себя ощущает затем дозы радиации в 5000 Грей (1
Грей = 1 Джоуль на 1 кг живого веса), и даже в три раза большущая
доза убивает едва лишь 2/3 клеток в колонии, в то период как
смертельная доза для жителя нашей планеты — 10 Грей, для пищеварительной палочки
— 60 Грей. Дейнококк свободно выдерживает высыхание и не гибнет
даже в вакууме.
По целой видимости, устойчивость микроба к радиации — это
необыкновенный побочный продукт приспособления к жизни в
засушливых критериях (к примеру, в пустыне). Наибольшая
проблема, тот или иной происходит с живой клеточкой под
действием радиации либо высыхания, — это разрывы,
возникающие в двойной спирали ДНК. Геном клеточки просто
рвется на кусы, что и приводит к летальному финалу.
Дейнококк способен «подлечивать» до 1000 этаких разрывов
одновременно. Как ему это удается, оставалось загадкой в
движение 50 лет — с причины открытия микроба и до 27 сентября
2006 году, иной раз на вебсайте журнальчика Nature имелась размещена
статья французских и хорватских микробиологов, разгадавших эту
загадку (правда, пока едва лишь в корпоративных чертах).
Геном дейнококка состоит из 4 кольцевых молекул ДНК
(масштабом 2,65, 0,41, 0,18 и 0,05 млн пар оснований), при этом в
каждой клеточке геном находится не в одной (как у большинства
микробов), а в пары копиях.
Исследователи облучали колонии дейнококка палитра-полупрямыми (доза
7000 Грей), в итоге что геном бактерии разрывался на
сотки фрагментов длиной по 20-30 тыщ пар оснований (в
среднем). Процессы, происходящие после чего в клеточках
дейнококка, изучались с помощью целого комплекса
различных способов. К примеру, скорость синтеза ДНК
измерялась методом прибавленья в среду меченых нуклеотидов
(3H-тимидин). Чтоб отличить «давние» фрагменты ДНК от новейших,
синтезированных теснее затем облучения, применялся аналог
тимидина — 5-бромодеоксиуридин, включение тот или иной в ДНК
восоздает в молекуле «хрупкие» участки, тот или другой рвутся под
деянием ультрафиолета. Заключительный способ, к примеру, дозволил
найти, что соединенье обрывков генома исполняется
благодаря тому, что меж связываемыми фрагментами
синтезируются de novo участки двойной спирали ДНК.
Чтоб узнать, прибывает ли синтез длинноватых одноцепочечных
фрагментов ДНК нужным шагом репарации, употребляли
меченые антитела к 5-бромодеоксиуридину, тот или другой связываются с
сиим веществом, ежели оно находится в составе одноцепочечной
ДНК, но не связываются с ним, ежели оно включено в двойную
спираль. Приноравливались также и почти все остальные хитрые способы,
о тот или другой нереально поведать в короткой заметке из-за их
трудности и многочисленности.
Как выяснилось, главные полтора часа затем облучения дейнококки
присутствуют как словно «в шоке». Синтез ДНК практически не следует. Ученые
метафорически окрестили это состояние «медицинской гибелью».
Потом начинается чрезвычайно интенсивный синтез ДНК,
сопровождающийся скорым «склеиванием» разрозненных фрагментов
генома. Все либо практически все синтезируемые de novo участки ДНК
поначалу прибывают одноцепочечными. Сквозь 3 часа затем облучения
в клеточках наблюдается наибольшее число одноцепочечных
фрагментов ДНК. В движение следующих 3-х часов
одноцепочечные участки равномерно пропадают, замещаясь
двухцепочечными. Сквозь 6 часов затем облучения геном
оказывается фактически вполне восстановленным в собственном
изначальном внешности.
Желая почти все компонента процесса остаются еще мрачными,
исследователям удалось реконструировать его главные этапы.
Поначалу у обрывков двухцепочечной ДНК образуются краткие
одноцепочечные хвосты. Для этого удаляется немного концевых
нуклеотидов на одной из 2-ух цепей. Потом эти краткие
одноцепочечные хвосты достраиваются и удлиняются. Матрицей для
синтеза длинноватых «продолжений» одноцепочечных хвостов служат
остальные двухцепочечные обрывки ДНК.
Нужным соглашением прибывает наличие в каждой клеточке
дейнококка пары копий генома, тот или другой под действием
радиации рвутся в различных участках. К примеру, ежели грызть три
обрывка: ABCD, DEFG и GHIJ, то 2-ой из этих обрывков может
служить матрицей для достраивания к главному обрывку
одноцепочечного хвоста -E, -EF либо -EFG, а к третьему обрывку
на той же матрице можнож достроить одноцепочечный хвост F-, EF-
либо DEF-.
Этот шаг репарации уникален для дейнококка. У вторых микробов
сходственные механизмы неопознаны. По-видимому, конкретно синтез
длинноватых одноцепочечных «хвостов» и дозволяет смонтировать хромосомы
поновой из чрезвычайно кратких обрывков, в то период как остальные
бактерии способны «подлечивать» едва лишь единичные разрывы в родных
хромосомах.
На последующем шаге фрагменты с гомологичными одноцепочечными
хвостами слипаются вместе по принципу
комплементарности. Так, в нашем образце могут «склеиться» товарищ
с приятелем фрагменты с одноцепочечными хвостами -Е и EF-. Затем
этого на той количества «соединительного» участка EF, тот или иной
осталась одноцепочечной (в нашем случае F), особые
ферменты достраивают вторую комплементарную цепь. Ежели затем
склеивания остаются «излишние» торчащие одноцепочечные хвостики,
они обрезаются ферментами — нуклеазами. В итоге выходит
рослый восстановленный фрагмент двухцепочечной ДНК
(ABCDEFGHIJ).
Должно, заключительный шаг починки генома — это сборка
кольцевых хромосом из получившихся длинноватых линейных
двухцепочечных фрагментов. При всем этом применяется будущая у
большинства микробов молекулярная машинка гомологичной
рекомбинации. Гомологичные участки двухцепочечной ]ДНК (в
принесенном случае — нетрудно однообразные, схожие участки),
присутствующие на различных линейных фрагментах, сближаются и
образуют крестообразные соединения. Излишние баста обрезаются, и
в баста точек восстанавливаются начальные кольцевые
хромосомы.
Творцы отмечают, что расшифровка неповторимого механизма
возобновленья разорванных хромосом дейнококка, по возможности,
сориентирует создать способы роста стойкости и продления
жизни вторых клеток, в индивидуальности неделящихся — к примеру,
нейронов мозга.
Источник: Ksenija Zahradka, Dea Slade, Adriana Bailone,
Suzanne Sommer, Dietrich Averbeck, Mirjana Petranovic, Ariel
B. Lindner, Miroslav Radman. Reassembly of shattered
chromosomes in Deinococcus radiodurans // Nature. 2006. 27
September 2006. Advanced online publication.
Сантим.. также:
Гонококки врут иммунную порядок, внося контролируемые
конфигурации в собственный геном, «Ингредиенты», 31.05.2006.
Александр Марков
Posted in ЭкоБиология by admin with comments disabled.