地球上最艰难的生物：耐辐射性的演变比以前的思考更加复杂

时间：2022-05-08 13:25:07 来源：

诱导的抗辐射大肠杆菌随着实验的发展和抗辐射水平的提高而进化出复杂的突变谱。

细菌的放射抗性可以独立地诱导到达力灭球菌（Deinococcus radiodurans）（最强的细菌之一）的水平。

地球上最坚韧的生物称为极端微生物，可以在极端条件下生存，例如极端干燥（干燥），极端寒冷，太空真空，酸或什至高强度辐射。迄今为止，最艰难的似乎是细菌迪诺球菌（Deinococcus radiodurans），它能够承受比对人类致命的剂量大一千倍的辐射剂量。但是直到现在，科学家们仍然对地球上几种生物如何受到放射抵抗力感到困惑，这些生物自然受到其磁场的保护，免受太阳辐射的侵害。尽管一些科学家认为，极端微生物中的抗辐射性可能会与其他类型的抗性（例如抗干燥性）一起进化，但仍然存在一个问题：哪些基因专门参与了抗辐射性？

为了解决这个问题，威斯康星大学麦迪逊分校的考克斯博士团队决定“让细胞告诉他们”。研究人员从天然无抵抗力的细菌大肠杆菌开始，然后将其暴露于高水平辐射的反复循环中。经过多轮辐射暴露和生长后，出现了一些抗辐射种群。使用全基因组测序，研究人员研究了每个抗辐射种群中的遗传变异，并确定了哪个突变为细菌提供了抗辐射能力。

在他们的第一项研究中，考克斯博士的团队首先将大肠杆菌暴露于50轮电离中（Bruckbauer等人2019b）。大约10轮之后，出现了一些耐辐射的种群，而经过50轮后，对它们的遗传特征的研究突显了三个与辐射抗性有关的突变-所有这些突变都与DNA修复机制有关。在这项新的研究中，研究小组在这里对细菌进行了50轮以上的辐射暴露和选择。

发表在《微生物学前沿》上的结果表明，抗辐射大肠杆菌的种群不断发展，并出现了亚群。出乎意料的是，尽管第一系列电离引起的抗辐射性可能主要与三个突变有关，但第二个电离诱导了数百种突变，包括多个基因的大缺失和重复。“在这项新试验中，我们正在进化的四个人群现在已经达到了放射抗性水平，已经达到了放射杜鹃球菌所见的水平。随着当前试验的进行，事实证明基因组改变比预期的要复杂得多。”考克斯博士说。

尽管这次很难查明所有导致无线电抗性增加的突变，但研究人员表明，更多的细胞代谢受到影响（ATP合成，铁硫簇生物发生，尸胺合成和活性氧反应）。此外，该研究证明，抗干燥性可以独立于抗干燥性而发展到放射性杜鹃球菌的水平。随着对辐射的暴露和实验的不断发展，越来越多的数据被收集到有关如何在细菌中诱导辐射抗性的信息。这一天可能会构成一个宝贵的突变工具箱，以工程化抗辐射的益生菌，从而帮助例如接受放射疗法治疗的患者或暴露于太空辐射的宇航员。

参考：Steven T. Bruckbauer，Joel Martin，Benjamin Minkoff，Michael Veling，Illissa Lancaster，Jessica Liu，Joseph Trimarco，Brian Bushnell，Anna Lipzen，Elizabeth Wood和Mike Sussman，Christa Pennacchio和Michael M.Cox，2020年9月22日，微生物学前沿。
10.3389 / fmicb.2020.582590

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