راز مقاومت «کونان باکتریوم» در برابر تشعشع شدید چیست؟

کشفی جدید در مورد “کنان باکتری‌ها” و مقاومت آن در برابر تابش

به دلیل توانایی فوق‌العاده‌اش در تحمل شرایط سخت، دی‌نوکوکوس رادیودورانس به “کنان باکتری‌ها” معروف شده است. این باکتری می‌تواند دوزهای تابشی را تحمل کند که هزاران برابر بیشتر از مقداری هستند که برای انسان و سایر موجودات کشنده است. راز این مقاومت شگفت‌انگیز در وجود مجموعه‌ای از متابولیت‌های ساده نهفته است که با منگنز ترکیب می‌شوند و یک آنتی‌اکسیدان قوی را تشکیل می‌دهند.

کشف عملکرد آنتی‌اکسیدان جدید

اکنون شیمیدان‌ها در دانشگاه نورث‌وسترن و دانشگاه خدمات نظامی (USU) کشف کرده‌اند که این آنتی‌اکسیدان چگونه عمل می‌کند. در یک مطالعه جدید، محققان یک آنتی‌اکسیدان مصنوعی به نام MDP را که الهام‌گرفته از تاب‌آوری دی‌نوکوکوس رادیودورانس است، شناسایی کردند. آن‌ها دریافتند که اجزای MDP – یون‌های منگنز، فسفات و یک پپتید کوچک – یک کمپلکس سه‌گانه تشکیل می‌دهند که محافظتی بسیار قوی‌تر در برابر آسیب‌های تابشی نسبت به منگنز ترکیب‌شده با هر یک از اجزای دیگر به‌تنهایی دارد.

پتانسیل‌های کاربردی آنتی‌اکسیدان جدید

این کشف می‌تواند به تولید آنتی‌اکسیدان‌های مصنوعی جدیدی منجر شود که به‌طور خاص برای نیازهای انسانی طراحی شده‌اند. کاربردهای این تحقیق شامل محافظت از فضانوردان در برابر تابش شدید کیهانی در طول مأموریت‌های فضایی عمیق، آماده‌سازی برای مواقع اضطراری تابشی و تولید واکسن‌های غیرفعال‌شده با تابش است. این مطالعه در هفته ۹ دسامبر در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم منتشر خواهد شد.

نقش کمپلکس سه‌گانه در محافظت تابشی

برایان هافمن از دانشگاه نورث‌وسترن، که این مطالعه را با مایکل دالی از USU انجام داده است، گفت: “این کمپلکس سه‌گانه سپر فوق‌العاده‌ای است برای MDP در برابر اثرات تابش.” او افزود: “ما مدت‌هاست می‌دانیم که یون‌های منگنز و فسفات با هم یک آنتی‌اکسیدان قوی تشکیل می‌دهند، اما کشف و درک قدرت ‘جادویی’ ناشی از افزودن جزء سوم، یک پیشرفت است. این مطالعه کلید درک این موضوع است که چرا این ترکیب چنین محافظ تابشی قوی و امیدوارکننده‌ای است.”

هافمن استاد شیمی و استاد علوم زیستی مولکولی در کالج هنر و علوم وینبرگ دانشگاه نورث‌وسترن است. او همچنین عضو موسسه شیمی فرآیندهای حیات می‌باشد. دالی که یک متخصص در زمینه دی‌نوکوکوس رادیودورانس است، استاد پاتولوژی در USU و عضو کمیته حفاظت سیاره‌ای آکادمی‌های ملی است.

هالک شگفت‌انگیز دنیای میکروبی

مطالعه جدیدی که بر اساس تحقیقات قبلی همکاری Hoffman و Daly انجام شده، به بررسی توانایی پیش‌بینی‌شده Deinococcus radiodurans در مقاومت در برابر تابش در مریخ می‌پردازد. در این تحقیق، تیم Hoffman در دانشگاه Northwestern از یک تکنیک پیشرفته طیف‌سنجی برای اندازه‌گیری تجمع آنتی‌اکسیدان‌های منگنز در سلول‌های میکروب‌ها استفاده کرد. به گفته Hoffman و Daly، اندازه دوز تابش که یک میکروارگانیسم یا اسپورهای آن می‌توانند تحمل کنند، به‌طور مستقیم با مقدار آنتی‌اکسیدان‌های منگنز موجود در آن ارتباط دارد. به عبارت دیگر، هرچه آنتی‌اکسیدان‌های منگنز بیشتر باشد، مقاومت در برابر تابش شدید نیز بیشتر خواهد بود.

در مطالعات قبلی، محققان کشف کردند که Deinococcus radiodurans می‌تواند ۲۵,۰۰۰ گری (یا واحدهای اشعه ایکس و گاما) را تحمل کند. اما در مطالعه ۲۰۲۲ خود، Hoffman و Daly دریافتند که این باکتری – زمانی که خشک و منجمد باشد – می‌تواند ۱۴۰,۰۰۰ گری تابش را تحمل کند، دوزی که ۲۸,۰۰۰ برابر بیشتر از مقداری است که باعث مرگ انسان می‌شود. بنابراین، اگر میکروب‌های یخ‌زده و خواب‌آلود در زیر خاک مریخ وجود داشته باشند، احتمالاً توانسته‌اند از حمله تابش کیهانی و پروتون‌های خورشیدی تا به امروز جان سالم به در ببرند.

قدرت سه‌گانه

در ادامه تلاش‌های خود برای درک مقاومت تابشی این میکروب، تیم Hoffman و Daly به بررسی یک دکاپپتید طراحی‌شده به نام DP1 پرداختند. هنگامی که DP1 با فسفات و منگنز ترکیب می‌شود، عامل جمع‌آوری رادیکال‌های آزاد به نام MDP تشکیل می‌شود که به‌طور مؤثری از سلول‌ها و پروتئین‌ها در برابر آسیب‌های تابشی محافظت می‌کند. در مطالعه‌ای دیگر، Daly و همکارانش دریافتند که MDP در تهیه واکسن‌های چندظرفیتی تابش‌دیده مؤثر است.

با استفاده از طیف‌سنجی رزونانس پارامغناطیسی پیشرفته، تیم نشان داد که ماده فعال MDP یک کمپلکس سه‌گانه است – یک ساختار دقیق از فسفات و پپتید متصل به منگنز. Daly گفت: “این درک جدید از MDP می‌تواند به توسعه آنتی‌اکسیدان‌های منگنز قوی‌تر برای کاربردهای بهداشتی، صنعتی، دفاعی و اکتشاف فضایی منجر شود.”

این مطالعه با عنوان “کمپلکس سه‌گانه Mn2+، دکاپپتید سنتزی DP1 (DEHGTAVMLK) و فسفات ارتو یک آنتی‌اکسیدان فوق‌العاده است” با حمایت مؤسسه ملی بهداشت (شماره گرنت GM111097)، بنیاد ملی علوم (شماره گرنت CHE-2333907) و آژانس کاهش تهدیدات دفاعی (شماره گرنت HDTRA1620354) انجام شده است.