Radiorezistentní organismy

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 4. ledna 2020; kontroly vyžadují 12 úprav .

Radiorezistentní organismy jsou organismy , které žijí v prostředí s velmi vysokou úrovní ionizujícího záření . Radiorezistence je opakem radiosenzitivity .

Na rozdíl od všeobecného přesvědčení má mnoho organismů úžasnou radiorezistenci. Například v průběhu studia prostředí, rostlin a zvířat v oblasti černobylské havárie bylo zjištěno, že i přes vysokou úroveň radiace mnoho druhů přežilo zcela nepředvídatelně. Brazilská studia kopce ve státě Minas Gerais s přirozeně vysokými úrovněmi radiace kvůli ložiskům uranu také ukázala mnoho radiorezistentních hmyzů , červů a rostlin [1] [2] . Některé extrémofily , jako je bakterie Deinococcus radiodurans a tardigrades , jsou schopny odolat nejvyšší dávce ionizujícího záření v řádu 5000 Gy [3] [4] [5] .

Získaná radiorezistence

Radiorezistenci lze navodit vystavením studovaného objektu malým dávkám ionizujícího záření. Několik prací popsalo takový účinek u kvasinek , bakterií , protistů , řas , rostlin a hmyzu, stejně jako u savčích a lidských buněk in vitro , laboratorních zvířat. To aktivuje několik buněčných radioprotektivních mechanismů, jako jsou změny v hladinách určitých cytoplazmatických a jaderných proteinů , zvýšená genová exprese , opravy DNA a další procesy.

Mnoho organismů má samoléčebné mechanismy, které se aktivují při vystavení záření za určitých podmínek. Dva takové samoléčebné procesy u lidí jsou popsány níže.

Devair Alves Ferreira dostal velkou dávku (7,0 Gy) během radioaktivní kontaminace v Goianii a žil, zatímco jeho žena, která dostala dávku 5,7 Gy, zemřela. Nejpravděpodobnějším vysvětlením je, že dostával svou dávku v malých dávkách po dlouhou dobu, zatímco jeho žena byla více v domě a byla vystavena nepřetržitému ozařování bez přerušení, což dávalo samoléčebným mechanismům v jejím těle méně času, aby opravit škody způsobené radiací. Stejně tak někteří lidé, kteří pracovali ve sklepích Černobylu, dostávali dávky až 10 Gy, ale dostávali je po malých částech, takže záření nemělo akutní účinek.

Při experimentech v radiobiologii bylo zjištěno, že čím větší dávka záření je ozářena skupinou buněk, tím menší je počet přeživších buněk. Navíc bylo zjištěno, že pokud jsou buňky ozařovány zářením, které dlouho nebylo pod jeho vlivem, pak je záření méně schopné způsobit buněčnou smrt. Lidské tělo obsahuje mnoho typů buněk a smrt jedné tkáně v životně důležitém orgánu vede k jeho smrti. Mnoho rychlých úmrtí v důsledku ozáření (3 až 30 dnů) je způsobeno ztrátou buněk, které tvoří krevní buňky ( kostní dřeň ) a buněk trávicího systému , které tvoří střevní stěnu .

V níže uvedeném grafu je nakreslen oblouk dávka/přežití pro hypotetickou skupinu buněk pro případy, kdy buňky měly nebo neměly čas se zotavit. Kromě doby pro zotavení z radiace byly buňky těchto dvou skupin ve stejných podmínkách.

Evoluce radiorezistence

Z hlediska evoluční historie a příčinné souvislosti se radiorezistence nejeví jako adaptivní vlastnost, protože neexistuje žádný zdokumentovaný přirozený selekční tlak, který by propůjčoval adaptabilitu schopnosti organismů odolávat dávkám ionizujícího záření v rozsahu, ve kterém mají určité extremofilní druhy. bylo pozorováno, že přežívá. Je to především proto, že magnetické pole Země chrání všechny její obyvatele před ionizujícím slunečním zářením a galaktickým kosmickým zářením, které jsou dvěma hlavními zdroji tohoto typu záření v naší sluneční soustavě, a to včetně všech známých pozemských zdrojů ionizujícího záření, jako je radon. plyn a primordiální radionuklidy v horninách, které jsou považovány za přirozeně se vyskytující objekty s vysokou úrovní radiace, zůstává roční dávka přirozeného záření na pozadí desetitisíckrát nižší než úrovně ionizujícího záření, které může odolat mnoho velmi radiorezistentních organismů.

Jedním z možných vysvětlení existence radiorezistence je, že jde o příklad kooptované adaptace nebo exaptace , kde radiorezistence může být nepřímým důsledkem evoluce jiné, příbuzné adaptace, která byla pozitivně zvolena evolucí. Jedna hypotéza například naznačuje, že adaptace na vysychání způsobené extrémními teplotami přítomnými v biotopech hypertermofilů , jako je De inococcus radiodurans, vyžaduje boj proti poškození buněk, které je téměř totožné s poškozením způsobeným ionizujícím zářením, a že mechanismy buněčné opravy, které byly vyvinuty pro takové opravy lze také použít pro radiační poškození, což umožňuje D. radiodurans odolat extrémním dávkám ionizujícího záření. Vystavení gama záření má za následek poškození buněčné DNA, včetně změn v dusíkatých párech bází, poškození cukr-fosfátové kostry a poškození dvouvláknové DNA . Extrémně účinné mechanismy buněčné opravy, které se vyvinuly u některých druhů Deinococus, jako je D. radiodurans, aby opravily buňku po tepelném poškození, pravděpodobně také dokážou zvrátit účinky poškození DNA způsobené ionizujícím zářením, například tím, že spojí jakékoli složky jejich genomu. které byly roztříštěny radiací. [6] [7] [8] [9] [10]

Léky, které zvyšují radiorezistenci

En:Ex-Rad (ON 01210.Na) je silná radiační ochrana . Chemicky se jedná o sodnou sůl 4-karboxystyryl-4-chlorbenzylsulfonu. Kromě tohoto léku mají en:CBLB502 , amifostin ( en:amifostin ) 'WR2721', Filgrastim ( en:Filgrastim ) ('Neupogen'), Pegfilgrastim ( en:Pegfilgrastim ) ('Neulasta'), kyselina kojová [11] radioprotektivní vlastnosti .

Dědičná radiorezistence

Je dobře známo, že radiorezistence může být geneticky podmíněna a zděděna alespoň u některých organismů. Heinrich Nöthel, genetik na Svobodné univerzitě v Berlíně , vytvořil nejrozsáhlejší práci o mutacích radiorezistence pomocí ovocné mušky Drosophila melanogaster v sérii 14 publikací.

Radiorezistence v radiační onkologii

Termín "radiorezistence" se někdy používá v medicíně ( onkologie ) pro rakovinné buňky, které jsou špatně eliminovány radioterapií . Radiorezistentní buňky mohou mít tuto vlastnost samy nebo ji produkovat v reakci na radioterapii.

Radiorezistence v různých organismech

Níže uvedená tabulka poskytuje informace o radiorezistenci u různých druhů. Mezi údaji získanými v různých experimentech jsou velké rozdíly, protože počet použitých vzorků je malý, navíc je někdy nemožné kontrolovat prostředí, ve kterém byla data odebrána (např. data pro lidi byla převzata z bombardování Hirošimy a Nagasaki ).

Letální dávka záření, Gy
organismus Smrtelná dávka LD 50 LD 100 Třída/říše
Pes   3.5 (LD 50/30 dní ) [12]   savců
Člověk 4-10 [13] 4.5 [14] 10 [15] savců
Krysa   7.5   savců
Myš 4,5-12 8,6-9   savců
Králičí   8 (LD 50/30 dní ) [12]   savců
Želva   15 (LD 50/30 dní ) [12]   plazi
zlaté ryby   20 (LD 50/30 dní ) [12]   Ryba
Escherichia coli 60   60 bakterie
červený šváb   64 [13]   Hmyz
škeble   200 (LD 50/30 dní ) [12]   -
ovocný let 640 [13]     Hmyz
Améba   1000 (LD 50/30 dní ) [12]   -
Braconids 1800 [13]     Hmyz
Milnesium tardigradum 5000 [16]     Eutardigrada
Deinococcus radiodurans 15 000 [13]     bakterie
Thermococcus gammatolerans 30 000 [13]     Archaea

LD 50 je střední letální dávka, tzn. dávka, která zabije polovinu organismů v experimentu;
LD 100 je smrtelná dávka, která zabije všechny organismy v experimentu [17] .

Viz také

Poznámky

  1. ↑ Cordeiro, AR; Marques, E. K.; Veiga-Neto, AJ Radiorezistence přirozené populace Drosophila willistonižijící v radioaktivním prostředí. (anglicky)  // Mutation research : journal. - 1973. - Sv. 19 , č. 3 . - str. 325-329 . - doi : 10.1016/0027-5107(73)90233-9 . — PMID 4796403 .
  2. ↑ Moustacchi, E. Indukce mutací pro radiorezistenci fyzikálními a chemickými činiteli u Saccharomyces cerevisiae  //  Mutation research : journal. - 1965. - Sv. 2 , ne. 5 . - str. 403-412 . - doi : 10.1016/0027-5107(65)90052-7 . — PMID 5878261 .
  3. ↑ Moseley BEB, Mattingly A. Oprava ozářené transformující deoxyribonukleové kyseliny u divokého typu a mutanta Micrococcus radiodurans citlivého na záření  //  Journal of Bacteriology : deník. - 1971. - Sv. 105 , č. 3 . - str. 976-983 . — PMID 4929286 .
  4. ↑ Murray RGE. 1992. Čeleď Deinococcaceae. V The Prokaryotes, ed. A Ballows, HG Truper, M Dworkin, W Harder, KH Schleifer 4:3732–44. New York: Springer-Verlag. doi : 10.1007/978-1-4757-2191-1_42
  5. ↑ Ito H., Watanabe H., Takeshia M., Iizuka H. Izolace a identifikace radiačně odolných koků rodu Deinococcus z čistírenských kalů a krmiv pro zvířata  // Zemědělská a biologická  chemie : deník. - 1983. - Sv. 47 , č. 6 . - S. 1239-1247 . - doi : 10.1080/00021369.1983.10866087 .
  6. ↑ Mattimore, V.; Battista, JR (únor 1996). "Radiorezistence Deinococcus radiodurans: funkce nezbytné k přežití ionizujícího záření jsou také nezbytné k přežití pokročilého vysychání . " Journal of Bacteriology . 178 (3): 633-637. DOI : 10.1128/jb.178.3.633-637.1996 . ISSN  0021-9193 . PMC  177705 . PMID  8550493 .
  7. ↑ Friedberg, Errol C. Oprava a mutageneze DNA  / Errol C. Friedberg, E. C. Friedberg, G. C. Walker ... [ a další ] . - ASM Press, 1995. - ISBN 9781555810887 .
  8. ↑ Minton, KW (červenec 1994). „Oprava DNA u extrémně radiorezistentní bakterie Deinococcus radiodurans“ . Molekulární mikrobiologie . 13 (1): 9-15. DOI : 10.1111/j.1365-2958.1994.tb00397.x . ISSN  0950-382X . PMID  7984097 .
  9. ↑ Slade, Dea; Radman, Miroslav (březen 2011). „Odolnost proti oxidativnímu stresu u Deinococcus radiodurans“ . Recenze mikrobiologie a molekulární biologie . 75 (1): 133-191. DOI : 10.1128/MMBR.00015-10 . ISSN  1098-5557 . PMC  3063356 . PMID  21372322 .
  10. ↑ Agapov, A.A.; Kulbachinskiy, AV (říjen 2015). „Mechanismy odolnosti vůči stresu a genové regulace u radiorezistentní bakterie Deinococcus radiodurans“. biochemie. Biochemie . 80 (10): 1201-1216. DOI : 10.1134/S0006297915100016 . ISSN  1608-3040 . PMID  26567564 . S2CID  14981740 .
  11. ↑ Kai Wang, Peng-Fei Li, Chun-Guang Han, Li Du, Chao Liu, Ming Hu, Shi-Jie Lian a Yong-Xue Liu (2014). Ochranné účinky kyseliny kojové na periferní krev a přežití psů bíglů po vystavení smrtelné dávce gama záření. Radiation Research, 182(6), 666-673. doi : 10.1667/RR13823.1
  12. ↑ 1 2 3 4 5 6 Radiochemie a jaderná chemie , G. Choppin, JO. Liljenzin a J. Rydberg, vydání třetí, str. 481, ISBN 0-7506-7463-6
  13. ↑ 1 2 3 4 5 6 Švábi a záření . Získáno 13. května 2006. Archivováno z originálu 30. září 2012.
  14. ↑ Radiation Notes: Radiation Damage and Dose Measurement (odkaz není dostupný) . Získáno 13. května 2006. Archivováno z originálu 30. září 2012. 
  15. ↑ Radiační mimořádné události CDC, akutní radiační syndrom: Informační list pro lékaře (odkaz není k dispozici) . Získáno 25. července 2012. Archivováno z originálu 30. září 2012. 
  16. ↑ Horikawa DD, Sakashita T., Katagiri C., Watanabe M., Kikawada T., Nakahara Y., Hamada N., Wada S., Funayama T., Higashi S., Kobayashi Y., Okuda T., Kuwabara M Radiační tolerance v tardigrade Milnesium tardigradum  (anglicky)  // International Journal of Radiation Biology : deník. - 2006. - Sv. 82 , č. 12 . - S. 843-848 . - doi : 10.1080/09553000600972956 . — PMID 17178624 .
  17. ↑ R. G. Gosmanov, A. K. Galiullin, A. Kh. Volkov, A. I. Ibragimova. Mikrobiologie. - 2011. - S. 241. - 494 s. - 1500 výtisků.

Literatura