Mikrob, o którym mowa, może wytrzymać około 5 000 grejów (Gy), czyli około 1500 razy więcej niż dawka, która zabiłaby człowieka.

D. radiodurans jest niezwykły nawet w świecie ekstremofilów, ponieważ ewoluował nie rozwijając się w jednym wyjątkowo trudnym środowisku, ale w wielu. Na przykład ekstremofil Pyrolobus fumarii można znaleźć prawie wyłącznie w pobliżu otworów hydrotermalnych na głębokim morzu.

Naukowcy określają D. radiodurans zdolnym do przetrwania w warunkach długotrwałego narażenia na wszystko – od toksycznych chemikaliów i żrących kwasów po pustynne upały i temperatury poniżej zera.

W ciągu dziesięcioleci od eksperymentu z rozkładem mięsa znaleziono kolonie bakterii zajmujące zbiorniki wody chłodzącej reaktory jądrowe i rozwijające się na wyblakłym granicie suchych dolin Antarktydy. Ta sama super-bakteria stawiła czoła ekspozycji na promieniowanie słoneczne i próżni kosmicznej na pokładzie satelity Europejskiej Agencji Kosmicznej, przetrwała symulację życia na Marsie w niemieckim centrum lotniczym w Kolonii.

 

Dziesięciolecia badań

Sposób, w jaki D. radiodurans dokonała tego wszystkiego jest wciąż kontrowersyjnym tematem wśród małej międzynarodowej społeczności badaczy, którzy ją badają – ale niewielu poświęciło tyle dziesięcioleci na udzielenie odpowiedzi na to pytanie, co Mike Daly, biolog molekularny na Uniformed Services University z Maryland.

– Być może jednym z powodów, dla których tak niewielu ludzi nad tym pracuje, jest to, że wiele tajemnic zostało rozwiązanych. Wielkie pytania, które stawialiśmy 20 lat temu na temat tego, co czyni tę rzecz tak odporną na promieniowanie – zostały całkowicie rozwiązane w tym sensie, że oparliśmy je teraz na tych spostrzeżeniach – powiedział Daly.

Z biegiem lat zarówno NASA, jak i National Academy of Sciences zasięgały porady Daly'ego w sprawie usuwania D. radiodurans z sond kosmicznych, aby uniknąć zanieczyszczenia innych światów. Daly przygotował zmodyfikowany szczep D. radiodurans do prac związanych z czyszczeniem miejsc odpadów radioaktywnych, redukowaniem toksycznego sześciowartościowego chromu do nietoksycznego chromu i rozkładaniem zanieczyszczeń rozpuszczalnikiem toluenowym na bezpieczniejsze substancje w rozległym kompleksie produkcji jądrowej Hanford w stanie Waszyngton.

 

Mangan i szczepionki

W ostatnich latach Daly szukał sposobów na wykorzystanie wniosków wyciągniętych z wyjątkowej odporności tej bakterii na promieniowanie do produkcji szybszych, tańszych i bezpieczniejszych szczepionek. Na początku tego roku Daly i jego grupa z USU opublikowali wyniki swoich wysiłków na rzecz wyprodukowania inaktywowanej szczepionki przeciw polio, projektu podjętego przez firmę biotechnologiczną Biological Mimetics, założoną przez kilku naukowców z National Cancer Institute.

U podstaw nowej metody produkcji szczepionek Daly jest kluczowy (ale nie szczególnie intuicyjny) mechanizm, dzięki któremu D. radiodurans chroni się przed promieniowaniem kosmicznym i innymi formami promieniowania jonizującego. Przez dziesięciolecia wśród radiobiologów dominowało założenie, że kluczowa strategia drobnoustroju w zakresie przeciwdziałania uszkodzeniom spowodowanym promieniowaniem dotyczyła aktywnych mechanizmów komórkowych do bezpośredniej ochrony DNA, w tym zestawu nowych białek naprawczych DNA i RNA wytwarzanych w odpowiedzi na ekspozycję na promieniowanie.

Ale, jak Daly i jego koledzy zaczęli zauważać, D. radiodurans ma bardziej pośrednie podejście: koncentrowało się przede wszystkim na izolowaniu wszystkich tych białek naprawczych, chroniąc „ekipę ratunkową” przed uszkodzeniem, gdy wyruszali odbudowywać genom.

Możesz pomyśleć o tym, jak ostre promieniowanie zachodzi w komórce, tak jakby był to mikroskopijny odpowiednik gotowania makaronu do momentu, aż wszystkie kluski rozpuszczą się w papkowatą paćkę. Zarówno promienie gamma, jak i promieniowanie rentgenowskie energetyzują i rozbijają cząsteczki wody wewnątrz komórki podczas bombardowania radioaktywnego, generując wysoce reaktywne związki „utleniające” ze wszystkich nowo uwolnionych jonów wodoru i tlenu.

Bardziej niż samo promieniowanie, to te związki utleniające sieją spustoszenie we wszystkich małych organellach i użyteczne makrocząsteczki wewnątrz komórki. Aby temu przeciwdziałać i uratować białka naprawcze D. radiodurans, każda bakteria wytwarza specjalny związek przeciwutleniający zawierający dodatnio naładowany mangan. (Niektóre z kluczowych przeciwutleniaczy w organizmie człowieka, takie jak enzym dysmutaza ponadtlenkowa, również wykorzystują ten sam pierwiastek mineralny. Sam mangan poza tymi związkami jest bardzo silnym przeciwutleniaczem.)

– Wykazaliśmy, że te kompleksy manganu są fenomenalnie dobre w ochronie białek przed utleniaczami wytwarzanymi podczas promieniowania. Ale te same przeciwutleniacze manganowe nie chroniły DNA ani RNA. Gdy tylko stało się to bardzo oczywiste, powiedziałem sobie: „To brzmi jak idealny sposób na zrobienie szczepionki” – powiedział Daly.

Każda dobra szczepionka musi przypominać zakaźny drobnoustrój, który trenuje układ odpornościowy organizmu do wyszukiwania i niszczenia, przy czym nie jest tak szkodliwy jak prawdziwy.

– Jeśli potrafisz wyhodować patogen (cokolwiek to jest), to jeśli zmieszasz go z tymi manganowymi przeciwutleniaczami powinieneś być w stanie zatrzeć genom, niezależnie od tego, czy jest to RNA, czy DNA, i uczynić go całkowicie innym – infekcyjny i sterylny, zachowując jednocześnie wszystkie struktury i peptydy, wszystkie ligandy i wszystkie rzeczy, które składają się na powierzchnię wirusa lub bakterii – powiedział Daly.

 

Zdania są podzielone

W całej gamie teoretycznie obiecujących koncepcji opracowywania szczepionek pojawia się wiele pracochłonnych czynności: w praktyce należy zidentyfikować i porównać szczepy wirusa; genomy muszą zostać zmapowane, aby znaleźć kod dla tych najbardziej użytecznych białek powierzchniowych; metody inaktywacji muszą zostać zmodyfikowane, dostosowane lub całkowicie przemyślane pod kątem danego wirusa. Zespół Daly'ego wymyślił sposób na ominięcie większości tego, aby zrobić klasyczną inaktywowaną szczepionkę z pełnym wirusem, bardzo szybko i z nieznacznym uszkodzeniem krytycznych białek antygenowych na powierzchni patogenu.

Thanh Nguyen, inżynier z University of Connecticut, którego praca koncentruje się na drobnych biodegradowalnych strukturach do dostarczania szczepionek, opisał tę złożoną metodę jako „naprawdę ekscytującą” i „zdecydowanie znaczącą”. Ta metoda produkcji może być wyjątkowo odpowiednia do przyspieszenia stworzenia szczepionki podczas pandemii, podobnie jak przy obecnym kryzysie COVID-19.

Niektóre z najbardziej sceptycznych poglądów na koncepcję złożonej szczepionki manganowej Daly'ego pochodzą od jego dawnych kolegów w dziedzinie radiobiologii, którzy badali również D. radiodurans, ale koncentrowali się na genetycznej ekspresji bakterii – prawdopodobnie unikatowych lub wyjątkowych białek naprawiających DNA i RNA . Chociaż niektórzy z nich odrzucili pogląd Daly'ego, że te przeciwutleniacze manganowe wykazują pełną zmianę paradygmatu w naszym zrozumieniu, w jaki sposób D. radiodurans i inne organizmy są odporne na promieniowanie, od tego czasu wpadli na pomysł, że obecność tych związków odgrywa kluczową rolę w tym procesie.

Mimo miliardów dolarów w funduszach Billa i Melindy Gates nadal nie ma niezawodnej szczepionki przeciwko malarii. Według danych Światowej Organizacji Zdrowia w 2018 r. 405 000 osób na całym świecie zmarło z powodu malarii, w większości w wieku poniżej pięciu lat. Syncytialny wirus oddechowy, wspólny prekursor zarówno wirusowego zapalenia oskrzelików, jak i zapalenia płuc, zabija rocznie około 250 000 osób na całym świecie. Na to też nie ma szczepionki. Yak jak na HIV / AIDS i zapalenie wątroby typu C.

 

Źródło: gizmodo.com