| |||
|
Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. | |||
|
Deinococcus radiodurans – podivná guľôčka prežívajúca rádioaktivitu
Vladimír Scholtz
|
Gy – gray, jednotka absorbovanej dávky žiarenia, energia ionizujúceho žiarenia absorbovaného v 1 kg látky. 1 Gy = 1 J/kg. Vyjadruje iba energiu absorbovaného ionizujúceho žiarenia nie jeho účinky na danú látku. DNA – Deoxyribonucleic acid, deoxyribonukleová kyselina. Jde o nukleovou kyselinu, jejíž cukernou složkou je 2'-deoxyribóza. Báze jsou tvořeny především čtveřicí adenin, thymin, guanin a cytosin; vzájemně komplementární jsou nukleotidy s adeninem a thyminem, a nukleotidy s cytosinem a guaninem. DNA vytváří dvoušroubovici z navzájem komplementárních opačně orientovaných řetězců, pracovního a paměťového. Její hlavní funkcí je uchovávání genetické informace. Escherichia coli – gramnegativní baktérie tyčinkovitého tvaru, běžně osidlující tlusté střevo teplokrevných živočichů, včetně člověka. Je fakultativně anaerobní, což znamená, že v případě potřeby dokáže převést svůj metabolismus přizpůsobený na přítomnost kyslíku na fermentaci za nepřítomnosti kyslíku. Je významná z hygienického hlediska jako jeden z indikátorů fekálního znečištění pitné vody. Její přítomnost ve střevě je pro organismus obvykle prospěšná, může však nést genetickou výbavu, která z ní činí původce závažných střevních onemocnění. Vzhledem ke svým nenáročným růstovým vlastnostem a dobře prozkoumané DNA definovaných kmenů je oblíbeným modelovým organismem či nosičem cizorodých genů. |
Rádioaktívne žiarenie poškodzuje a následne hubí všetky živé organizmy, hlavnou príčinou je narúšanie štruktúry DNADNA – Deoxyribonucleic acid, deoxyribonukleová kyselina. Jde o nukleovou kyselinu, jejíž cukernou složkou je 2'-deoxyribóza. Báze jsou tvořeny především čtveřicí adenin, thymin, guanin a cytosin; vzájemně komplementární jsou nukleotidy s adeninem a thyminem, a nukleotidy s cytosinem a guaninem. DNA vytváří dvoušroubovici z navzájem komplementárních opačně orientovaných řetězců, pracovního a paměťového. Její hlavní funkcí je uchovávání genetické informace., ktorá nesie zakódované predpisy na výrobu všetkých proteínov v živých bunkách. Človek a všetky vyššie formy života sú komplikované mnohobunkové organizmy s vysoko špecializovanými bunkami a na ich usmrtenie stačí dávka rádioaktívneho žiarenia približne 5 GyGy – gray, jednotka absorbovanej dávky žiarenia, energia ionizujúceho žiarenia absorbovaného v 1 kg látky. 1 Gy = 1 J/kg. Vyjadruje iba energiu absorbovaného ionizujúceho žiarenia nie jeho účinky na danú látku., na spoľahlivé usmrtenie kolónie baktérií Escherichia coliEscherichia coli – gramnegativní baktérie tyčinkovitého tvaru, běžně osidlující tlusté střevo teplokrevných živočichů, včetně člověka. Je fakultativně anaerobní, což znamená, že v případě potřeby dokáže převést svůj metabolismus přizpůsobený na přítomnost kyslíku na fermentaci za nepřítomnosti kyslíku. Je významná z hygienického hlediska jako jeden z indikátorů fekálního znečištění pitné vody. Její přítomnost ve střevě je pro organismus obvykle prospěšná, může však nést genetickou výbavu, která z ní činí původce závažných střevních onemocnění. Vzhledem ke svým nenáročným růstovým vlastnostem a dobře prozkoumané DNA definovaných kmenů je oblíbeným modelovým organismem či nosičem cizorodých genů. je potrebná dávka rádovo vyššia, približne 1 000 Gy. Oproti tomu však baktéria Deinococcus radiodurans je schopná prežiť dávku rádioaktívneho žiarenia až 15 000 GyGy – gray, jednotka absorbovanej dávky žiarenia, energia ionizujúceho žiarenia absorbovaného v 1 kg látky. 1 Gy = 1 J/kg. Vyjadruje iba energiu absorbovaného ionizujúceho žiarenia nie jeho účinky na danú látku. a je schopná aktívne žiť, tj. rásť a množiť sa, pri vystavení permanentnej radiácii až 60 Gy/hod. Bola objavená v roku 1956 A. W. Andersonom a jeho spolupracovníkmi v mäse prasaťa, ktoré bolo sterilizované rádioaktívnym žiarením. Neskôr bola táto baktéria izolovaná na mnohých miestach na Zemi, napr. na Severnom póle, alebo v jadrovom reaktore. Pochopiteľne to vyvolalo senzáciu a teórie o jeho mimozemskom pôvode a podobné nezmysly nenechali na seba dlho čakať. Dlhú dobu bolo záhadou, aký mechanizmus chráni túto baktériu pred takou silnou dávkou žiarenia a uspokojujúca odpoveď nie je ešte stále známa.
Fotografia baktérií Deinococcus radiodurans z elektrónového mikroskopu, baktéria tvorí tetrakoky, tj. klaster štyroch buniek. Na obrázku práve prebieha delenie. Znázornené rané štádium v pravej bunke až po pokročilé štádium postupne v smere hodinových ručičiek. Prevzaté z M. J. Daly's Lab.
Omnoho zaujímavejšou a filozofickejšou otázkou však zostáva ako a hlavne prečo sa táto baktéria vyvinula. Na Zemi sa totiž vyskytujú iba zlomky rádioaktivity v porovnaní s tou, ktorej je táto baktéria schopná odolávať. Vzhľadom k roku objavenia baktérie, 1956, už nie je ani možné zistiť, či sa táto baktéria vyvinula ako mutácia v niektorom jadrovom reaktore, alebo existovala na svete už pred tým a prispôsobila sa nejakým iným extrémnym podmienkam. Ako je uvedené vyššie, rádioaktívne žiarenie hubí živé bunky tým spôsobom, že narúša, resp. láme reťazec ich DNA. Tento typ poškodenia je však veľmi podobný poškodzovaniu živej bunky dehydratáciou. Je teda celkom možné, že sa táto baktéria v skutočnosti prispôsobila životným podmienkam v extrémne suchých miestach a to, že je vysoko odolná voči rádioaktívnemu žiareniu je len zhoda okolností. Na prežívanie extrémnych podmienok sa u niektorých baktérií vyvinula schopnosť tvoriť tzv. bakteriálne spóry, čo je veľmi odolná forma baktérií, pri ktorej sa baktéria zbaví väčšiny vody a vytvorí si okolo seba hrubý obal. Takto sporulovaná baktéria má takmer nulový metabolizmus a teda nie je schopná aktívne žiť. K tomu sa musí opäť ,,prebudiť“ a pretvoriť na pôvodnú zraniteľnú baktériu. Naproti tomu si zvolila baktéria Deinococcus radiodurans stratégiu aktívneho prežívania v nepriaznivých prostrediach. A aký je teda mechanizmus jej extrémnej odolnosti? Na túto otázku sa hľadá odpoveď už dlhú dobu a mnohí sa ju už pokúsili rozlúštiť. Pri bližšom skúmaní tejto baktérie sa zistilo, že nemá žiadne zvláštne enzýmy ani iné molekuly v porovnaní s bežnými baktériami, je kompletne známy jej genetický kód, ale ani v tom nie sú žiadne zvláštne znaky, ktoré by mohli túto jej odolnosť vysvetliť. Ale aspoň je možné s istotou tvrdiť, že nejde o žiadnu extraterestiálnu baktériu, teda mimozemšťana, ale že je to z biologického hľadiska obyčajná baktéria.
Až najnovšie výskumy z Weizmannovho ústavu v Izraeli dávajú aspoň čiastočnú odpoveď na spomínanú otázku. Pokiaľ dôjde iba k čiastočnému poškodeniu dvojzávitnice DNA, je možné ju ešte na základe paralelnej postupnosti opraviť. Pri silnejšom poškodení sa však DNA v jednom mieste preruší a opravenie takto „rozsypanej“ DNA je komplikované. Pri radiačnom poškodení je Deinococcus schopný prežiť aj pokiaľ sa jeho DNA „rozsype“ na cca 100 častí. Deinococcus nemá iba jednu ale štyri kópie DNA, pričom je vždy aspoň jedna v aktívnom stave, ktorá funguje ako u bežnej baktérie a sú podľa nej tvorené látky potrebné pre fungovanie bunky. Ostatné sú skrútené do prstencovej štruktúry, čo síce znemožní ich aktívne využívanie bunkou, ale dokáže ich ochrániť pred rozpadom. Takto skrútená DNA sa ani pri rozlámaní úplne neznehodnotí, jednotlivé kúsky rozlámanej DNA zostávajú stále pokope a tým pádom je možné ich opätovné pospájanie opravnými mechanizmami do pôvodného tvaru. Prípadné ďalšie chyby, ktoré sa nepodarilo týmto spôsobom opraviť, je ešte možné opraviť podľa ostatných troch kópií DNA.
Zaradenie baktérie Deinococcus radiodurans do základnej cytologickej klasifikácie Prevzaté z: Argonne National Lab.
Klip týdne: Štěpný reaktor
Jaderný reaktor vytváří podmínky pro jaderné štěpení, při kterém se velká jádra ostřelovaná neutrony rozpadají na menší části a uvolňuje se značné množství energie a neutronů. Ty jsou ale příliš rychlé na to, aby způsobily další štěpnou reakci a je třeba je zpomalit v látce, kterou nazýváme moderátor. V jádru reaktoru potom probíhá samovolná řetězová reakce. Zasouváním a vysouváním řídících tyčí se mění počet absorbovaných neutronů a tím i rychlost reakce a množství uvolněného tepla. Nejběžnějším typem reaktoru je vodní reaktor s dvěma okruhy. Primární okruh má chladící účinky a z reaktoru odvádí uvolněné teplo. Voda v tomto okruhu zůstává kapalná i při 300 °C, neboť je pod vysokým tlakem 150 atm. Teplo je ve výměníku předáváno sekundárnímu okruhu, kde vzniká pára pohánějící generátor. Zdroj: Ross Sheppard.
Odkazy
M. J. Daly's Lab: Deinococcus radiodurans – a radiation-resistant bacterium
