Эта статья входит в число добротных статей

Deinococcus radiodurans

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Deinococcus radiodurans
Deinococcus radiodurans.jpg
Deinococcus radiodurans
Научная классификация
Царство: Бактерии
Тип: Deinococcus-Thermus
Класс: Deinococci
Порядок: Deinococcales
Семейство: Deinococcaceae
Род: Deinococcus
Вид: Deinococcus radiodurans
Латинское название
Deinococcus radiodurans
(ex Raj et al. 1960) Brooks et Murray, 1981
NCBI 1299

Deinococcus radiodurans  (лат.) — грамположительный, экстремофильный кокк рода Deinococcus[en]. Является одной из самых устойчивых бактерий к действию ионизирующего излучения[1]. Впервые был выделен из консервированного мяса, подвергнутого действию гамма-излучения с целью изучения возможности стерилизации[2]. Описан в 1960 г. под названием Micrococcus radiodurans[3], переведён во вновь созданный род Deinococcus в 1981 г[4]. Разрабатываются способы использования Deinococcus radiodurans в биоочистке радиоактивно неблагополучных сточных вод.

Биологические свойства[править | править вики-текст]

Морфология[править | править вики-текст]

Окрашивается по методу Грама положительно (хотя клеточная стенка имеет строение, типичное для грамотрицательных бактерий[5][6]), неподвижный кокк диаметром 1,5—3,5 мкм. На микропрепаратах располагается по две или чаще четыре клетки, образуя тетрады. Не образует капсул и спор. Образует красный пигмент[7].

Культуральные свойства[править | править вики-текст]

Хемоорганогетеротроф, облигантный аэроб. Растёт на простых питательных средах. На агаризованных питательных средах образует гладкие, выпуклые колонии от розового до красного цвета[7]. Штаммы D. radiodurans выделялись из большого разнообразия субстратов: от помёта слонов и почвы до арктических глыб и песков пустынь[8][9], поэтому нельзя говорить о каком-либо специфическом местообитании этого микроорганизма[10].

Геном[править | править вики-текст]

Уникальной особенностью генома D. radiodurans является то, что каждая кольцевая молекула ДНК генома представлена в нескольких копиях, и они образуют вместе переплетённые кольца, каждое кольцо содержит по нескольку копий одной молекулы ДНК. Другой уникальной особенностью D. radiodurans является наличие РНК-лигаз, способных сшивать молекулы РНК в гибридном комплексе РНК-ДНК[11][12]. Геном D. radiodurans штамма R1 представлен четырьмя молекулами ДНК: двумя хромосомами и двумя плазмидами — мегаплазмидой и малой плазмидой[13]. Известно также несколько плазмид, влияющих на резистентность к лизоциму и допустимую температуру роста[14]. Микроорганизм имеет естественную компетентность к трансформации чужеродной ДНК[15]. Геном D. radiodurans весьма близок к геному Thermus aquaticus, и сравнение геномов показывает дивергентные пути к адаптации к термофильности и устойчивости к радиации[16][17].

Устойчивость к действию ионизирующих излучений[править | править вики-текст]

D. radiodurans широко известен своей высокой устойчивостью к действию радиации, являясь одним из самых устойчивых к действию радиации организмов в мире — D. radiodurans способен выживать при дозе до 10000 Грей (для человека летальная доза радиации 5 Гр, для Escherichia coli — 2000 Гр). Предположительно, высокая устойчивость к действию ионизирующего излучения возникла как следствие возникновения устойчивости к высушиванию, так как механизмы повреждения ДНК, а следовательно, и устойчивости к радиации и высушиванию сходны[18], к тому же D. radiodurans синтезирует т. н. LEA-белки[en], предотвращающие агрегацию белков во время высушивания[19].

Долгое время такой уровень устойчивости к действию радиации был не совсем понятен. Сейчас известно, что D. radiodurans хранит в клетке по нескольку копий генома, упакованных в виде тора или колец[20], дополнительные копии генома позволяют в точности восстановить геном после многочисленных одно- и двуцепочечных разрывов. Было также показано, что как минимум две копии генома при массированных двуцепочечных разрывах образуют полный геном при реассоциации образовавшихся фрагментов ДНК, затем идёт ресинтез поврежденных участков с гомологичных неповреждённых последовательностей, при этом образуется D-петля[en], после этого происходит рекомбинация между гомологичными последовательностями путём RecA-зависимой гомологичной рекомбинации. RecA[en] D. radiodurans функционирует по пути, прямо противоположному таковому в клетках E. coli; возможно, это — одна из причин чрезвычайной эффективности системы репарации D. radiodurans[21]. Определённую роль в резистентности к действию радиации оказывает также присутствие особого белка, связывающегося с одноцепочечной ДНК и предположительно играющего роль в репликации повреждённой ДНК[22], на радиорезистентность влияет также синтез белка DdrA, обеспечивающего целостность генома[23]. Белок IrrE, регулятор экспрессии гена recA, также влияет на уровень устойчивости к действию радиации[24]. Микроорганизм имеет рибонуклеопротеины[en], также оказывающие действие на устойчивость бактерии к ультрафиолетовому облучению[25]. Для защиты от окислительного стресса, сопровождающего действие ионозирующего излучения, D. radiodurans использует особый фермент тиоредоксинредуктазу[en][26], а также синтезирует супероксиддисмутазу[27].

Известно несколько бактерий, сравнимых с D. radiodurans по устойчивости к радиации, включая некоторые виды Chroococcidiopsis[en] (цианобактерии) и Rubrobacter[en] (актиномицеты); среди архей подобными же свойствами обладает Thermococcus gammatolerans[en][28].

Применение[править | править вики-текст]

Устойчивость к действию радиации D. radiodurans уникальны, микроорганизм также весьма устойчив к неблагоприятным условиям окружающей среды, что делает этот микроорганизм пригодным для биоочистки радиоктивных отходов. Есть исследования по применению D. radiodurans в биоочистке радиоактивных загрязнений, в том числе содержащие растворённые ионы ртути[29]. В 2003 году американские ученые показали, что D. radiodurans может быть использован в качестве средства хранения информации, которое может пережить ядерную катастрофу. Они перевели песню «Это маленький мир» (англ. It's a Small World) в ряд сегментов ДНК длиной в 150 пар нуклеотидов, внедрили их в бактерии, и были в состоянии получить их без ошибок 100 бактериальных поколений спустя[30].

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Rainey F. A., Ray K., Ferreira M., Gatz B. Z., Nobre M. F., Bagaley D., Rash B. A., Park M. J., Earl A. M., Shank N. C., Small A. M., Henk M. C., Battista J. R., Kämpfer P., da Costa M. S. Extensive diversity of ionizing-radiation-resistant bacteria recovered from Sonoran Desert soil and description of nine new species of the genus Deinococcus obtained from a single soil sample. (англ.) // Applied and environmental microbiology. — 2005. — Vol. 71. — № 9. — P. 5225–5235. — DOI:10.1128/AEM.71.9.5225-5235.2005 — PMID 16151108. исправить
  2. Anderson A. W., Nordan H. C., Cain R. F., Parrish G., Duggan D. Studies on a radio-resistant micrococcus. I. Isolation, morphology, cultural characteristics, and resistance to gamma radiation. // Food Technol.. — 1956. — № 10. — P. 575—577.
  3. RAJ H. D., DURYEE F. L., DEENEY A. M., WANG C. H., ANDERSON A. W., ELLIKER P. R. Utilization of carbohydrates and amino acids by Micrococcus radiodurans. (англ.) // Canadian journal of microbiology. — 1960. — Vol. 6. — P. 289–298. — PMID 14435920. исправить
  4. B. W. BROOKS, R. G. E. MURRAY Nomenclature for “Micrococcus radiodurans” and Other Radiation-Resistant Cocci: Deinococcaceae fam. nov. and Deinococcus gen. nov., Including Five Species.. — 1981. — Vol. 31. — № 3. — P. 353—360. — DOI:10.1099/00207713-31-3-353
  5. Embley, T. M., A. G. O’Donnell, R. Wait, J. Rostron. Lipid and cell wall amino acid composition in the classification of members of the genus Deinococcus. // Syst. Appl. Microbiol.. — 1987. — № 10. — P. 20-27.
  6. Thornley M. J., Horne R. W., Glauert A. M. The fine structure of Micrococcus radiodurans. (англ.) // Archiv fur Mikrobiologie. — 1965. — Vol. 51. — № 3. — P. 267–289. — PMID 5882498. исправить
  7. 1 2 Tim Lottman. "Deinococcus radiodurans".
  8. Ito H., Iizuka H., Takehisa M., Watanabe H. Isolation and identification of radiation-resistant cocci belonging to genus Deinococcus from sewage sludges and animal feeds. // Agric Biol Chem.. — 1983. — № 47. — P. 1239—1247.
  9. Krabbenhoft K. L., Anderson A. W., Elliker P. R. Ecology of Micrococcus radiodurans. (англ.) // Applied microbiology. — 1965. — Vol. 13. — № 6. — P. 1030–1037. — PMID 5866032. исправить
  10. Chan W. F., O'Toole D. K. Isolation of Deinococcus species from commercial oyster extract. (англ.) // Applied and environmental microbiology. — 1999. — Vol. 65. — № 2. — P. 846–848. — PMID 9925627. исправить
  11. Martins A., Shuman S. An RNA ligase from Deinococcus radiodurans. (англ.) // The Journal of biological chemistry. — 2004. — Vol. 279. — № 49. — P. 50654–50661. — DOI:10.1074/jbc.M407657200 — PMID 15333634. исправить
  12. Raymond A., Shuman S. Deinococcus radiodurans RNA ligase exemplifies a novel ligase clade with a distinctive N-terminal module that is important for 5'-PO4 nick sealing and ligase adenylylation but dispensable for phosphodiester formation at an adenylylated nick. (англ.) // Nucleic acids research. — 2007. — Vol. 35. — № 3. — P. 839–849. — DOI:10.1093/nar/gkl1090 — PMID 17204483. исправить
  13. White O., Eisen J. A., Heidelberg J. F., Hickey E. K., Peterson J. D., Dodson R. J., Haft D. H., Gwinn M. L., Nelson W. C., Richardson D. L., Moffat K. S., Qin H., Jiang L., Pamphile W., Crosby M., Shen M., Vamathevan J. J., Lam P., McDonald L., Utterback T., Zalewski C., Makarova K. S., Aravind L., Daly M. J., Minton K. W., Fleischmann R. D., Ketchum K. A., Nelson K. E., Salzberg S., Smith H. O., Venter J. C., Fraser C. M. Genome sequence of the radioresistant bacterium Deinococcus radiodurans R1. (англ.) // Science (New York, N.Y.). — 1999. — Vol. 286. — № 5444. — P. 1571–1577. — PMID 10567266. исправить
  14. Kikuchi M., Kitayama S., Sjarief S. H., Watanabe H. Plasmids in several strains of Deinococcus radiodurans. (англ.) // Radiation research. — 1994. — Vol. 139. — № 1. — P. 123–125. — PMID 8016301. исправить
  15. B. E. B. MOSELEY, JANE K. SETLOW Transformation in Micrococcus radiodurans and the ultraviolet sensitivity of its transforming DNA.. — 1968. — Vol. 61. — № 1. — P. 176—183.
  16. Omelchenko M. V., Wolf Y. I., Gaidamakova E. K., Matrosova V. Y., Vasilenko A., Zhai M., Daly M. J., Koonin E. V., Makarova K. S. Comparative genomics of Thermus thermophilus and Deinococcus radiodurans: divergent routes of adaptation to thermophily and radiation resistance. (англ.) // BMC evolutionary biology. — 2005. — Vol. 5. — P. 57. — DOI:10.1186/1471-2148-5-57 — PMID 16242020. исправить
  17. Makarova K. S., Aravind L., Wolf Y. I., Tatusov R. L., Minton K. W., Koonin E. V., Daly M. J. Genome of the extremely radiation-resistant bacterium Deinococcus radiodurans viewed from the perspective of comparative genomics. (англ.) // Microbiology and molecular biology reviews : MMBR. — 2001. — Vol. 65. — № 1. — P. 44–79. — DOI:10.1128/MMBR.65.1.44-79.2001 — PMID 11238985. исправить
  18. Mattimore V., Battista J. R. Radioresistance of Deinococcus radiodurans: functions necessary to survive ionizing radiation are also necessary to survive prolonged desiccation. (англ.) // Journal of bacteriology. — 1996. — Vol. 178. — № 3. — P. 633–637. — PMID 8550493. исправить
  19. Goyal K., Walton L. J., Tunnacliffe A. LEA proteins prevent protein aggregation due to water stress. (англ.) // The Biochemical journal. — 2005. — Vol. 388. — № Pt 1. — P. 151–157. — DOI:10.1042/BJ20041931 — PMID 15631617. исправить
  20. Levin-Zaidman S., Englander J., Shimoni E., Sharma A. K., Minton K. W., Minsky A. Ringlike structure of the Deinococcus radiodurans genome: a key to radioresistance? (англ.) // Science (New York, N.Y.). — 2003. — Vol. 299. — № 5604. — P. 254–256. — DOI:10.1126/science.1077865 — PMID 12522252. исправить
  21. Kim J. I., Cox M. M. The RecA proteins of Deinococcus radiodurans and Escherichia coli promote DNA strand exchange via inverse pathways. (англ.) // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. — 2002. — Vol. 99. — № 12. — P. 7917–7921. — DOI:10.1073/pnas.122218499 — PMID 12048253. исправить
  22. Bernstein D. A., Eggington J. M., Killoran M. P., Misic A. M., Cox M. M., Keck J. L. Crystal structure of the Deinococcus radiodurans single-stranded DNA-binding protein suggests a mechanism for coping with DNA damage. (англ.) // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. — 2004. — Vol. 101. — № 23. — P. 8575–8580. — DOI:10.1073/pnas.0401331101 — PMID 15159541. исправить
  23. Harris D. R., Tanaka M., Saveliev S. V., Jolivet E., Earl A. M., Cox M. M., Battista J. R. Preserving genome integrity: the DdrA protein of Deinococcus radiodurans R1. (англ.) // Public Library of Science Biology. — 2004. — Vol. 2. — № 10. — P. e304. — DOI:10.1371/journal.pbio.0020304 — PMID 15361932. исправить
  24. Earl A. M., Mohundro M. M., Mian I. S., Battista J. R. The IrrE protein of Deinococcus radiodurans R1 is a novel regulator of recA expression. (англ.) // Journal of bacteriology. — 2002. — Vol. 184. — № 22. — P. 6216–6224. — PMID 12399492. исправить
  25. Chen X., Quinn A. M., Wolin S. L. Ro ribonucleoproteins contribute to the resistance of Deinococcus radiodurans to ultraviolet irradiation. (англ.) // Genes & development. — 2000. — Vol. 14. — № 7. — P. 777–782. — PMID 10766734. исправить
  26. Obiero J., Bonderoff S. A., Goertzen M. M., Sanders D. A. Expression, purification, crystallization and preliminary X-ray crystallographic studies of Deinococcus radiodurans thioredoxin reductase. (англ.) // Acta crystallographica. Section F, Structural biology and crystallization communications. — 2006. — Vol. 62. — № Pt 8. — P. 757–760. — DOI:10.1107/S1744309106024845 — PMID 16880549. исправить
  27. Meng L., Xu X., Wang D. L., Zhan L., Pei X. F. Cloning and expression of superoxide dismutase gene from Deinococcus radiodurans in E. coli (кит.) // Sichuan da xue xue bao. Yi xue ban = Journal of Sichuan University. Medical science edition. — 2005. — Vol. 36. — № 2. — P. 200–203. — PMID 15807266. исправить
  28. Cox M. M., Battista J. R. Deinococcus radiodurans - the consummate survivor. (англ.) // Nature reviews. Microbiology. — 2005. — Vol. 3. — № 11. — P. 882–892. — DOI:10.1038/nrmicro1264 — PMID 16261171. исправить
  29. Brim H., McFarlan S. C., Fredrickson J. K., Minton K. W., Zhai M., Wackett L. P., Daly M. J. Engineering Deinococcus radiodurans for metal remediation in radioactive mixed waste environments. (англ.) // Nature biotechnology. — 2000. — Vol. 18. — № 1. — P. 85–90. — DOI:10.1038/71986 — PMID 10625398. исправить
  30. McDowell, Natasha. Data stored in multiplying bacteria (8 января 2003). Проверено 1 апреля 2011.

Ссылки[править | править вики-текст]