Deinococcus radiodurans

Deinococcus radiodurans
clasificare stiintifica
Domeniu:bacteriiTip de:Deinococcus-ThermusClasă:Deinococci Garrity și Holt 2002Ordin:DeinococaleFamilie:DeinococcaceaeGen:DeinococVedere:Deinococcus radiodurans
Denumire științifică internațională
Deinococcus radiodurans ( ex Raj și colab. 1960) Brooks și Murray 1981

Deinococcus radiodurans  (lat.)  - Coc gram -pozitiv , extremofil din genul Deinococcus . Este una dintre cele mai rezistente bacterii la acțiunea radiațiilor ionizante [1] . A fost mai întâi izolat din carnea conservată expusă la radiații gamma pentru a studia posibilitatea sterilizării [2] . Descris în 1960 sub denumirea de Micrococcus radiodurans [3] , transferat la nou-creatul gen Deinococcus în 1981 [4] . Sunt în curs de dezvoltare metode pentru utilizarea Deinococcus radiodurans în tratarea biologică a apelor uzate radioactive.

Proprietăți biologice

Morfologie

Se colorează pozitiv conform metodei Gram (deși peretele celular are o structură tipică bacteriilor gram-negative [5] [6] ), un coc imobil cu un diametru de 1,5–3,5 μm. Pe micropreparate, două sau mai des sunt localizate patru celule, formând tetrade. Nu formează capsule și spori . Formează un pigment roșu [7] .

Proprietăți culturale

Chemoorganoheterotrop, aerob obligatoriu . Crește pe medii nutritive simple. Pe agar mediul nutritiv formează colonii netede, convexe de la roz la roșu [7] . Tulpinile de D. radiodurans au fost izolate dintr-o mare varietate de substraturi, de la excremente de elefant și sol până la bolovani arctici și nisipuri deșertice [8] [9] , deci este imposibil să vorbim despre vreun habitat specific pentru acest microorganism [10] .

Genomul

O caracteristică unică a genomului D. radiodurans este că fiecare moleculă circulară de ADN a genomului este reprezentată în mai multe copii și formează împreună inele împletite, fiecare inel conținând mai multe copii ale unei molecule de ADN. O altă caracteristică unică a D. radiodurans este prezența ligazelor ARN capabile să reticuleze moleculele de ARN în complexul hibrid ARN-ADN [11] [12] . Genomul tulpinii R1 de D. radiodurans este reprezentat de patru molecule de ADN: doi cromozomi și două plasmide  , o megaplasmidă și o plasmidă mică [13] . Se știe, de asemenea, că mai multe plasmide afectează rezistența la lizozim și temperatura de creștere admisibilă [14] . Microorganismul are o competență naturală de a transforma ADN-ul străin [15] . Genomul D. radiodurans este foarte apropiat de cel al Thermus aquaticus , iar compararea genomurilor arată căi divergente de adaptare la termofilitate și toleranță la radiații [16] [17] .

Rezistenta la radiatii ionizante

D. radiodurans este cunoscut pe scară largă pentru rezistența sa ridicată la radiații , fiind unul dintre cele mai rezistente la radiații organisme din lume - D. radiodurans este capabil să supraviețuiască la o doză de până la 10.000 Gy (pentru om, o doză letală de radiații). este de 5 Gy, pentru Escherichia coli  - 2000 Gy) . Se presupune că rezistența ridicată la acțiunea radiațiilor ionizante a apărut ca urmare a apariției rezistenței la uscare, deoarece mecanismele de deteriorare a ADN-ului și, în consecință, rezistența la radiații și desicare sunt similare [18] , mai mult, D. radiodurans sintetizează asa numitul. Proteine ​​LEA care previn agregarea proteinelor în timpul uscării [19] .

Multă vreme, acest nivel de rezistență la radiații nu a fost bine înțeles. Acum se știe că D. radiodurans stochează mai multe copii ale genomului într- o celulă , împachetate sub formă de tor sau inele [20] ; copii suplimentare ale genomului fac posibilă restaurarea cu acuratețe a genomului după numeroase simple și duble. -ruperea suvitei. S-a demonstrat, de asemenea, că cel puțin două copii ale genomului în timpul pauzelor masive dublu-catenar formează un genom complet la reasociere a fragmentelor de ADN formate, apoi regiunile deteriorate sunt resintetizate din secvențe intacte omoloage, cu formarea unei D. , după care se produce recombinarea între secvențele omoloage prin recombinare omoloagă dependentă de RecA. RecA D. radiodurans funcționează într-un mod direct opus celui din celulele E. coli ; poate acesta este unul dintre motivele eficienței extraordinare a sistemului de reparații D. radiodurans [21] . Prezența unei proteine ​​speciale care se leagă de ADN-ul monocatenar și care probabil joacă un rol în replicarea ADN-ului deteriorat joacă, de asemenea, un anumit rol în rezistența la radiații [22] .Radiorezistența este afectată și de sinteza proteinei DdrA, care asigură integritatea genomului [23] . Proteina IrrE, un regulator al expresiei genei recA , afectează, de asemenea, nivelul de rezistență la radiații [24] . Microorganismul are ribonucleoproteine , care au un efect și asupra rezistenței bacteriilor la radiațiile ultraviolete [25] . Pentru a proteja împotriva stresului oxidativ care însoțește acțiunea radiațiilor ionizante, D. radiodurans folosește o enzimă specială tioredoxin reductază [26] și, de asemenea, sintetizează superoxid dismutaza [27] .

Se știe că mai multe bacterii sunt comparabile cu D. radiodurans în ceea ce privește rezistența la radiații, inclusiv unele specii de Chroococcidiopsis ( cyanobacteria ) și Rubrobacter ( actinomycetes ); printre arhei , Thermococcus gammatolerans [28] are proprietăți similare .

Aplicație

Rezistenta la radiatii D. radiodurans este unica, este si foarte rezistenta la conditiile de mediu nefavorabile, ceea ce face ca acest microorganism sa fie potrivit pentru tratarea biologica a deseurilor radioactive. Există studii privind utilizarea D. radiodurans în tratamentul biologic al contaminării radioactive, inclusiv a celor care conțin ioni de mercur dizolvați [29] . În 2003, oamenii de știință americani au arătat că D. radiodurans ar putea fi folosit ca mediu de stocare a informațiilor care ar putea supraviețui unui holocaust nuclear. Ei au tradus cântecul „ It’s a Small World ” într- o  serie de segmente de ADN de 150 bp, le-au introdus în bacterii și au reușit să le producă fără erori 100 de generații bacteriene mai târziu [30] .

Note

  1. ↑ Rainey FA , Ray K. , Ferreira M. , Gatz BZ , Nobre MF , Bagaley D. , Rash BA , Park MJ , Earl AM , Shank NC , Small AM , Henk MC , Battista JR , Kämpfer P. , da Costa MS Diversitate extinsă de bacterii rezistente la radiații ionizante recuperate din solul deșertului Sonoran și descrierea a nouă specii noi din genul Deinococcus obținute dintr-o singură probă de sol.  (engleză)  // Microbiologie aplicată și de mediu. - 2005. - Vol. 71, nr. 9 . - P. 5225-5235. - doi : 10.1128/AEM.71.9.5225-5235.2005 . — PMID 16151108 .
  2. ^ Anderson AW, Nordan HC, Cain RF, Parrish G., Duggan D. Studies on a radio-resistant micrococcus. I. Izolarea, morfologia, caracteristicile culturale și rezistența la radiațiile gamma // Food Technol. - 1956. - Nr. 10 . - P. 575-577.
  3. ↑ Raj HD , Duryee FL , Deeney AM , Wang CH , Anderson AW , Elliker PR Utilizarea carbohidraților și aminoacizilor de către Micrococcus radiodurans  //  Jurnalul canadian de microbiologie. - 1960. - Vol. 6. - P. 289-298. — PMID 14435920 .
  4. ↑ BW Brooks, RGE Murray. Nomenclatura pentru „Micrococcus radiodurans” și alți coci rezistenți la radiații: Deinococcaceae fam. nov. și Deinococcus gen. nov., inclusiv cinci specii . - 1981. - Vol. 31, nr. 3 . - P. 353-360. - doi : 10.1099/00207713-31-3-353 .  (link indisponibil)
  5. ↑ Embley, T.M., A.G. O'Donnell, R. Wait, J. Rostron. Compoziția lipidelor și a aminoacizilor peretelui celular în clasificarea membrilor genului Deinococcus. // Syst. Aplic. Microbiol.. - 1987. - Nr. 10 . - P. 20-27.
  6. ↑ Thornley MJ , Horne RW , Glauert AM Structura fină a Micrococcus radiodurans.  (engleză)  // Archiv fur Mikrobiologie. - 1965. - Vol. 51, nr. 3 . - P. 267-289. — PMID 5882498 .
  7. ↑ 12 Tim Lottman . „Deinococcus radiodurans” (link indisponibil) . Preluat la 28 decembrie 2014. Arhivat din original la 26 martie 2009. 
  8. ↑ Ito H., Iizuka H., Takehisa M., Watanabe H. Izolarea și identificarea cocilor rezistenți la radiații aparținând genului Deinococcus din nămolurile de canalizare și hrana animalelor. // Agric Biol Chem.. - 1983. - Nr. 47 . - P. 1239-1247.
  9. ↑ Krabbenhoft KL , Anderson AW , Elliker P. R. Ecology of Micrococcus radiodurans.  (engleză)  // Microbiologie aplicată. - 1965. - Vol. 13, nr. 6 . - P. 1030-1037. — PMID 5866032 .
  10. ↑ Chan WF , O'Toole DK Izolarea speciilor de Deinococcus din extractul de stridii comercial.  (engleză)  // Microbiologie aplicată și de mediu. - 1999. - Vol. 65, nr. 2 . - P. 846-848. — PMID 9925627 .
  11. ↑ Martins A. , Shuman S. An ARN ligase from Deinococcus radiodurans.  (Engleză)  // Jurnalul de chimie biologică. - 2004. - Vol. 279, nr. 49 . - Str. 50654-50661. - doi : 10.1074/jbc.M407657200 . — PMID 15333634 .
  12. ↑ Raymond A. , Shuman S. Deinococcus radiodurans ARN ligaza exemplifică o nouă cladă de ligază cu un modul N-terminal distinct, care este important pentru etanșarea 5’-PO4 și adenilizarea ligazei, dar nu este necesar pentru formarea fosfodiesterului la o nick adenilată.  (engleză)  // Cercetarea acizilor nucleici. - 2007. - Vol. 35, nr. 3 . - P. 839-849. doi : 10.1093 / nar/gkl1090 . — PMID 17204483 .
  13. ↑ White O. , Eisen JA , Heidelberg JF , Hickey EK , Peterson JD , Dodson RJ , Haft DH , Gwinn ML , Nelson WC , Richardson DL , Moffat KS , Qin H. , Jiang L. , Pamphile W. , Crosby M. , Shen M. , Vamathevan JJ , Lam P. , McDonald L. , Utterback T. , Zalewski C. , Makarova KS , Aravind L. , Daly MJ , Minton KW , Fleischmann RD , Ketchum KA , Nelson KE , Salzberg S. , Smith HO , Venter JC , Fraser CM Secvența genomului bacteriei radiorezistente Deinococcus radiodurans R1.  (engleză)  // Știință (New York, NY). - 1999. - Vol. 286, nr. 5444 . - P. 1571-1577. — PMID 10567266 .
  14. ↑ Kikuchi M. , Kitayama S. , Sjarief SH , Watanabe H. Plasmide în mai multe tulpini de Deinococcus radiodurans.  (Engleză)  // Cercetarea radiațiilor. - 1994. - Vol. 139, nr. 1 . - P. 123-125. — PMID 8016301 .
  15. ↑ BEB MOSELEY, JANE K. SETLOW. Transformarea în Micrococcus radiodurans și sensibilitatea la ultraviolete a ADN-ului său transformator. . - 1968. - Vol. 61, nr. 1 . - P. 176-183.
  16. ^ Omelchenko MV , Wolf YI , Gaidamakova EK , Matrosova VY , Vasilenko A. , Zhai M. , Daly MJ , Koonin EV , Makarova KS Genomica comparativă a Thermus thermophilus și Deinococcus radiodurans: căi divergente de rezistență la radiație și adaptare la termofie  (engleză)  // BMC evolutionary biology. - 2005. - Vol. 5. - P. 57. - doi : 10.1186/1471-2148-5-57 . — PMID 16242020 .
  17. ↑ Makarova KS , Aravind L. , Wolf YI , Tatusov RL , Minton KW , Koonin EV , Daly MJ Genomul bacteriei extrem de rezistente la radiații Deinococcus radiodurans privit din perspectiva genomicii comparative.  (Engleză)  // Recenzii de microbiologie și biologie moleculară: MMBR. - 2001. - Vol. 65, nr. 1 . - P. 44-79. - doi : 10.1128/MMBR.65.1.44-79.2001 . — PMID 11238985 .
  18. ↑ Mattimore V. , Battista JR Radiorezistența Deinococcus radiodurans: funcțiile necesare pentru a supraviețui radiațiilor ionizante sunt, de asemenea, necesare pentru a supraviețui uscării cu experiență.  (engleză)  // Jurnal de bacteriologie. - 1996. - Vol. 178, nr. 3 . - P. 633-637. — PMID 8550493 .
  19. ↑ Goyal K. , Walton LJ , Tunnacliffe A. Proteinele LEA previn agregarea proteinelor din cauza stresului hidric.  (Engleză)  // Jurnalul Biochimic. - 2005. - Vol. 388, nr. Pt 1 . - P. 151-157. - doi : 10.1042/BJ20041931 . — PMID 15631617 .
  20. ↑ Levin-Zaidman S. , Englander J. , Shimoni E. , Sharma AK , Minton KW , Minsky A. Ringlike structure of the Deinococcus radiodurans genome: a key to radioresistance?  (engleză)  // Știință (New York, NY). - 2003. - Vol. 299, nr. 5604 . - P. 254-256. - doi : 10.1126/science.1077865 . — PMID 12522252 .
  21. ↑ Kim JI , Cox MM Proteinele RecA ale Deinococcus radiodurans și Escherichia coli promovează schimbul de catene de ADN prin căi inverse.  (engleză)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 2002. - Vol. 99, nr. 12 . - P. 7917-7921. - doi : 10.1073/pnas.122218499 . — PMID 12048253 .
  22. ^ Bernstein DA , Eggington JM , Killoran MP , Misic AM , Cox MM , Keck JL Structura cristalină a proteinei monocatenar de legare ADN-ului Deinococcus radiodurans sugerează un mecanism pentru a face față leziunilor ADN.  (engleză)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 2004. - Vol. 101, nr. 23 . - P. 8575-8580. - doi : 10.1073/pnas.0401331101 . — PMID 15159541 .
  23. ^ Harris DR , Tanaka M. , Saveliev SV , Jolivet E. , Earl AM , Cox MM , Battista JR Păstrarea integrității genomului: proteina DdrA a Deinococcus radiodurans R1.  (engleză)  // Public Library of Science Biology. - 2004. - Vol. 2, nr. 10 . — P. e304. - doi : 10.1371/journal.pbio.0020304 . — PMID 15361932 .
  24. ↑ Earl AM , Mohundro MM , Mian IS , Battista JR Proteina IrrE a Deinococcus radiodurans R1 este un nou regulator al expresiei recA.  (engleză)  // Jurnal de bacteriologie. - 2002. - Vol. 184, nr. 22 . - P. 6216-6224. — PMID 12399492 .
  25. ↑ Chen X. , Quinn AM , Wolin SL Ro ribonucleoproteinele contribuie la rezistența Deinococcus radiodurans la iradierea ultravioletă.  (engleză)  // Gene și dezvoltare. - 2000. - Vol. 14, nr. 7 . - P. 777-782. — PMID 10766734 .
  26. ↑ Obero J. , Bonderoff SA , Goertzen MM , Sanders DA Exprimarea, purificarea, cristalizarea și studiile cristalografice cu raze X preliminare ale tioredoxinei reductazei Deinococcus radiodurans.  (engleză)  // Acta crystallographica. Secțiunea F, Biologie structurală și comunicații de cristalizare. - 2006. - Vol. 62, nr. Pt 8 . - P. 757-760. - doi : 10.1107/S1744309106024845 . — PMID 16880549 .
  27. ↑ Meng L. , Xu X. , Wang DL , Zhan L. , Pei XF Clonarea și expresia genei superoxid dismutază din Deinococcus radiodurans în E. coli  (chineză)  // Sichuan da xue xue bao. Yi xue ban = Jurnalul Universității Sichuan. editie de stiinta medicala. - 2005. - Vol. 36,第2数. - P. 200-203. — PMID 15807266 .
  28. ↑ Cox MM , Battista JR Deinococcus radiodurans - supraviețuitorul desăvârșit.  (engleză)  // Recenzii de natură. microbiologie. - 2005. - Vol. 3, nr. 11 . - P. 882-892. - doi : 10.1038/nrmicro1264 . — PMID 16261171 .
  29. ↑ Brim H. , McFarlan SC , Fredrickson JK , Minton KW , Zhai M. , Wackett LP , Daly MJ Engineering Deinococcus radiodurans pentru remedierea metalelor în medii de deșeuri mixte radioactive.  (engleză)  // Biotehnologia naturii. - 2000. - Vol. 18, nr. 1 . - P. 85-90. - doi : 10.1038/71986 . — PMID 10625398 .
  30. ↑ McDowell, Natasha . Date stocate în bacterii care se înmulțesc  (8 ianuarie 2003). Arhivat din original pe 7 octombrie 2011. Preluat la 1 aprilie 2011.

Link -uri