Proč Deinococcus radiodurans odolává ionizujícímu záření

Pozornost již dlouho poutá bakterie Proč Deinococcus radiodurans odolává ionizujícímu záření, která (jak ukazuje druhový název) vyniká mimořádnou odolností k ionizujícímu, např. rentgenovému záření. Přežívá dávku až 15 000 Gy, zatímco běžně k usmrcení bakterie stačí 10 Gy. Dosud přitom nebyly prokázány žádné zvláštní genetické ani fyziologické vlastnosti, které by zmíněnou odolnost vysvětlovaly. Dlouho se předpokládalo, že má D. radiodurans k dispozici systémy, které dokážou poškozenou molekulu DNA opravit. Zatím se to nepotvrdilo, i když byl již publikován celý genom D. radiodurans. Většina opravných systémů funguje jen tehdy, jestliže jeden řetězec dvoušroubovice DNA zůstane v určitém místě nepoškozen a pro opravu téhož místa na druhém řetězci poslouží jako matrice. Při vysokých dávkách ionizujícího záření je molekula DNA rozlámána na stovky úseků. Zlomy mnohde postihují oba řetězce v tomtéž místě, a proto chybí matrice – fragmenty většinou ani nemohou být správně pospojovány.

Teprve letos začátkem roku publikovali badatelé z Weizmannova ústavu v Izraeli výsledky, které by mohly vysokou odolnost D. radiodurans vysvětlit. Zjistilo se, že tato bakterie má zvláštní strukturu buněk, které jsou složeny ze čtyř oddílů neúplně oddělených přepážkami plazmatické membrány. Každý oddíl má svůj vlastní nukleoid, tedy svoji molekulu DNA, která je uzavřena do kružnice a nese úplnou genetickou informaci. Jak ukázaly snímky z elektronového mikroskopu, v rozptýlené podobě je DNA jen v jednom nebo dvou oddílech, které zřejmě zajišťují životní funkce celé buňky. Ve zbývajících dvou oddílech je DNA naopak silně kondenzována do zvláštní prstencové (toroidální) struktury. Po silném ozáření zůstávají tyto prstence asi hodinu beze změny, pak se zvolna otvírají do podoby písmene S, přesouvají se k otvorům spojujícím sousední oddíly, a nakonec splynou dva nukleoidy z těchto oddílů v jeden. Po delší době se dělením nukleoidů a celých buněk obnoví původní struktura ze čtyř oddílů s vlastní DNA, a životaschopnost bakterií zůstane zachována.

Autoři studie předpokládají, že v prstencové struktuře jsou molekuly DNA velmi hustě paralelně uspořádány. Když se po silném ozáření obě vlákna zlámou a vzniknou stovky oddělených fragmentů, zabrání prstencová struktura posunu ulomených konců. Fragmenty pak mohou být reparačními mechanizmy spojeny v původním pořadí, aniž vznikne větší počet mutací. Tato fáze trvá asi hodinu. Potom se DNA uvolní a spojí se vždy dva nukleoidy, tudíž je genetická informace dvojnásobná. Pak snad působí další opravné mechanizmy, které pracují na základě porovnávání dvou identických molekul DNA. Hypotéza samozřejmě vyžaduje další experimenty a pozorování, přinejmenším však povzbudí výzkum studia odolnosti buněk k ionizujícímu záření včetně záření radioaktivního. (Science 299, 254, 2003)