![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
progenesА давайте еще поговорим о Deinococcus radiodurans? Хорошая дискуссия получается, мне понравилось, хочу еще! Коментарии все замечательные, много вопросов появилось, на некоторые уже есть ответы, не зря ее долбят уже пару десятилетий.
У меня сложилось впечатление, что эта бактерия представляется многим как какой-то стабильный организм, готовый и практически неизменный со времен первичного бульона или занесения из Марса. Во-вторых, наверняка кажется, что две-три мутации определили ее аномальную устойчивость. И, наконец, эволюционную теорию еще не успели разбавить в школах альтернативной теорией, как уже ясно, что не всем юным физикам и она по зубам. А у меня еще есть парочка интересных фактов из жизни Deinococcus radiodurans.
Посмотрим на любую бактерию глазами биолога. Это не просто одна клетка, это очень сложный механизм. ДНК не просто болтается в ней, она упакована, время от времени раскручивается вся, умножается перед делением или раскручивается частично, чтобы с нее могла считаться РНК нужного в определенный момент гена. Если ДНК рвется, то включается целый ряд механизмов по ее починке. Все это обслуживается огромным количеством белков и требует определенных условий. Если мы говорим об устойчивости к радиации, то ДНК одна из самых важных молекул, которая подвержена как самим гамма-фотонам, так и атакам свободных радикалов, образующихся при воздействии ионизирующего излучения. Поэтому именно к системам репарации ДНК, к генам, которые кодируют белки, ремонтирующие поломки, прежде всего приковано внимание ученых.
Как изучают эти белки? Во-первых, сравнивают их гены с уже известными и смотрят, что там у них есть такого, чего нет у других бактерий. После чего экспериментально проверяют - поочередно "выключают" репаративные гены и смотрят, какой же из них привел к такой устойчивости. Было бы очень занятно найти один такой ген, который придал бактерии такие качества, но боюсь вас разочаровать. Я вернусь к результатам чуть позже, а теперь посмотрим, что еще такого есть в этой бактерии.
С ДНК мы чуток разобрались. Что еще там есть такого в бактериальной клетке? Она синтезирует себе энергию, а также строительный материал для органелл. Да-да, те самые белки (аминокислоты), жиры и углеводы. На мембраны, на клеточную стенку, запасы какие-то на случай голода. При этом постоянно что-то расщепляет, считывает, транслирует, принимает сигналы внутри себя и из вне и так далее. Все это опять таки обслуживается белками, которые, как и ДНК, повреждаются свободными радикалами от ионизирующего излучения. И если ДНК сами белки могут починить, то кто починит белки, если они поломались?
Итак, в норме это все работает, живет и размножается, как тут шарахнуло большой дозой и по белкам (всем) и по ДНК (всей). У нормальной бактерии ВСЕ поломалось сразу и сдохло. И белки и ДНК. А у этой летального эффекта не наблюдается ВООБЩЕ, а наблюдается только замедление деления. Я думаю уже должно быть ясно, что это не ОДНА мутация и не ОДИН ключевой белок, и даже не ОДИН механизм. Это навело на мысль, что не только в эффективной репарации ДНК дело (хотя и в ней тоже). Сами белки как-то исключительно эффективно защищены от свободных радикалов. И действительно, оказалось, что клетки бактерии напичканы марганцем и содержат меньше железа, чем другие менее радиационно-устойчивые бактерии и именно марганец "гасит" супероксидный ион О2, в те время как железо делает из H2O2 опять HO. Высокую концентрацию марганца обеспечивают специфические марганцевые насосы. Похоже, что та же система защиты срабатывает и при высыхании, которое также приводит к образованию свободных радикалов.
С белками немного разобрались, но радиация, как мы помним, повреждает и ДНК, так что "оставшиеся в живых" белки немедленно принимаются за починку разрывов. Я тут поразмышляла, как бы это попроще это все описать, сейчас попробую. Во-первых, оказалось, что репаративные системы немногим только отличаются от таковых у кишечной палочки по структуре (хоть и отличаются), но значительно эффективнее в работе. Сравнивать с кишечной палочкой как-то не совсем серьезно, поскольку с реперативными системами и у нее не все ясно, поэтому взяли и сравнили эти системы Deinococcus radiodurans и у близкородственной Thermus thermophilus, которая не устойчива к радиации. И не только эти системы, а вообще на предмет посмотреть, как оно все это эволюционно развивалось.
С грем пополам восстановили облик общего предка устойчивых и не устойчивых к радиации видов. Получилось, что в процессе эволюции какие-то гены терялись, какие-то привносились, причем Deinococcus radiodurans похоже "нахватал" некоторых генов даже из ядерных организмов, например, из растений. Тут может показаться неувязочка со стабильностью к мутациям. D. radiodurans, конечно, генетически "стабильнее" других видов, но при этом он вполне компетентен для захвата чужеродной ДНК, которая, как правило, встраивается в мегаплазмиду, а не в хромосому до выяснения обстоятельств. Именно эта часть бактериального генома наиболее динамично изменялась. Сейчас будет про эволюцию и Дарвина.
Звезды так сложились, что если погадать накартах Таро программах MultiParanoid and DnaSP, то можно узнать, что "basal DNA repair machinery is subject to positive selection in ionizing-radiation-resistant bacteria". Выражаясь простыми словами: чем больше консервативен ген по структуре во времени и во всех организмах, это означает, что его функция исключительно востребована и любая мутация в нем нежелательна. Он находится под положительной селекцией. Если ген присутствует только в какой-то части особей в популяции и его нуклеотидная последовательность сильно отличается от особи к особи, то его функция на данный момент времени жизни популяции в определенный момент времени не эссенциальна. Он нейтральный.
Таким образом, защита от радиации заключается не только в чудесном марганце, защищающем белки от повреждений, но и в том, что ДНК репаративные гены судя по изменениям пребывали под влиянием позитивной дарвиновской селекции. И не один. Их все разделили на две группы.
Итак, посравнивали-посравнивали и обнаружили такие гены, много, которые разделили на две группы. В первую группу попали гены, которые находятся под позитивной селекцией у радиационно-устойчивых видов и под нейтральной селекцией в неустойчивых. В другую группу попали гены, которые находятся под позитивной селекцией у радиационно-устойчивых видов, а у нейстойчивых вообще отсутствуют за ненадобностью. И подавляющее большинство этих генов именно те, которые обслуживают механизмы репарации ДНК. То есть селекционный прессинг есть, но остается вопрос, откуда он? Самым вероятным объяснением остается перекрывание систем устойчивости к высыханию и радиации. Оба стресса приводят к образованию свободных радикалов, хотя уже показано, что это два различных пути утилизации стрессового сигнала: есть гены, выключение которых приводит к потере устойчивости к высыханию, но сохраняет устойчивость к радиации. Зато выключение отдельных ключевых генов не приводят к большой потере устойчивости к радиакции, а только кумулятивный эффект генетических поломок приводит к более-менее драматическому эффекту.
Я не знаю, насколько это все интересно, но мне кажется, что это все немного проясняет кое-что из таинственной жизниDeinococcus radiodurans . Это хорошо отлаженная машина по устойчивости к свободным радикалам, которая проходит постоянный эволюционный тюнинг как и все мы.
У меня сложилось впечатление, что эта бактерия представляется многим как какой-то стабильный организм, готовый и практически неизменный со времен первичного бульона или занесения из Марса. Во-вторых, наверняка кажется, что две-три мутации определили ее аномальную устойчивость. И, наконец, эволюционную теорию еще не успели разбавить в школах альтернативной теорией, как уже ясно, что не всем юным физикам и она по зубам. А у меня еще есть парочка интересных фактов из жизни Deinococcus radiodurans.
Посмотрим на любую бактерию глазами биолога. Это не просто одна клетка, это очень сложный механизм. ДНК не просто болтается в ней, она упакована, время от времени раскручивается вся, умножается перед делением или раскручивается частично, чтобы с нее могла считаться РНК нужного в определенный момент гена. Если ДНК рвется, то включается целый ряд механизмов по ее починке. Все это обслуживается огромным количеством белков и требует определенных условий. Если мы говорим об устойчивости к радиации, то ДНК одна из самых важных молекул, которая подвержена как самим гамма-фотонам, так и атакам свободных радикалов, образующихся при воздействии ионизирующего излучения. Поэтому именно к системам репарации ДНК, к генам, которые кодируют белки, ремонтирующие поломки, прежде всего приковано внимание ученых.
Как изучают эти белки? Во-первых, сравнивают их гены с уже известными и смотрят, что там у них есть такого, чего нет у других бактерий. После чего экспериментально проверяют - поочередно "выключают" репаративные гены и смотрят, какой же из них привел к такой устойчивости. Было бы очень занятно найти один такой ген, который придал бактерии такие качества, но боюсь вас разочаровать. Я вернусь к результатам чуть позже, а теперь посмотрим, что еще такого есть в этой бактерии.
С ДНК мы чуток разобрались. Что еще там есть такого в бактериальной клетке? Она синтезирует себе энергию, а также строительный материал для органелл. Да-да, те самые белки (аминокислоты), жиры и углеводы. На мембраны, на клеточную стенку, запасы какие-то на случай голода. При этом постоянно что-то расщепляет, считывает, транслирует, принимает сигналы внутри себя и из вне и так далее. Все это опять таки обслуживается белками, которые, как и ДНК, повреждаются свободными радикалами от ионизирующего излучения. И если ДНК сами белки могут починить, то кто починит белки, если они поломались?
Итак, в норме это все работает, живет и размножается, как тут шарахнуло большой дозой и по белкам (всем) и по ДНК (всей). У нормальной бактерии ВСЕ поломалось сразу и сдохло. И белки и ДНК. А у этой летального эффекта не наблюдается ВООБЩЕ, а наблюдается только замедление деления. Я думаю уже должно быть ясно, что это не ОДНА мутация и не ОДИН ключевой белок, и даже не ОДИН механизм. Это навело на мысль, что не только в эффективной репарации ДНК дело (хотя и в ней тоже). Сами белки как-то исключительно эффективно защищены от свободных радикалов. И действительно, оказалось, что клетки бактерии напичканы марганцем и содержат меньше железа, чем другие менее радиационно-устойчивые бактерии и именно марганец "гасит" супероксидный ион О2, в те время как железо делает из H2O2 опять HO. Высокую концентрацию марганца обеспечивают специфические марганцевые насосы. Похоже, что та же система защиты срабатывает и при высыхании, которое также приводит к образованию свободных радикалов.
С белками немного разобрались, но радиация, как мы помним, повреждает и ДНК, так что "оставшиеся в живых" белки немедленно принимаются за починку разрывов. Я тут поразмышляла, как бы это попроще это все описать, сейчас попробую. Во-первых, оказалось, что репаративные системы немногим только отличаются от таковых у кишечной палочки по структуре (хоть и отличаются), но значительно эффективнее в работе. Сравнивать с кишечной палочкой как-то не совсем серьезно, поскольку с реперативными системами и у нее не все ясно, поэтому взяли и сравнили эти системы Deinococcus radiodurans и у близкородственной Thermus thermophilus, которая не устойчива к радиации. И не только эти системы, а вообще на предмет посмотреть, как оно все это эволюционно развивалось.
С грем пополам восстановили облик общего предка устойчивых и не устойчивых к радиации видов. Получилось, что в процессе эволюции какие-то гены терялись, какие-то привносились, причем Deinococcus radiodurans похоже "нахватал" некоторых генов даже из ядерных организмов, например, из растений. Тут может показаться неувязочка со стабильностью к мутациям. D. radiodurans, конечно, генетически "стабильнее" других видов, но при этом он вполне компетентен для захвата чужеродной ДНК, которая, как правило, встраивается в мегаплазмиду, а не в хромосому до выяснения обстоятельств. Именно эта часть бактериального генома наиболее динамично изменялась. Сейчас будет про эволюцию и Дарвина.
Звезды так сложились, что если погадать на
Таким образом, защита от радиации заключается не только в чудесном марганце, защищающем белки от повреждений, но и в том, что ДНК репаративные гены судя по изменениям пребывали под влиянием позитивной дарвиновской селекции. И не один. Их все разделили на две группы.
Итак, посравнивали-посравнивали и обнаружили такие гены, много, которые разделили на две группы. В первую группу попали гены, которые находятся под позитивной селекцией у радиационно-устойчивых видов и под нейтральной селекцией в неустойчивых. В другую группу попали гены, которые находятся под позитивной селекцией у радиационно-устойчивых видов, а у нейстойчивых вообще отсутствуют за ненадобностью. И подавляющее большинство этих генов именно те, которые обслуживают механизмы репарации ДНК. То есть селекционный прессинг есть, но остается вопрос, откуда он? Самым вероятным объяснением остается перекрывание систем устойчивости к высыханию и радиации. Оба стресса приводят к образованию свободных радикалов, хотя уже показано, что это два различных пути утилизации стрессового сигнала: есть гены, выключение которых приводит к потере устойчивости к высыханию, но сохраняет устойчивость к радиации. Зато выключение отдельных ключевых генов не приводят к большой потере устойчивости к радиакции, а только кумулятивный эффект генетических поломок приводит к более-менее драматическому эффекту.
Я не знаю, насколько это все интересно, но мне кажется, что это все немного проясняет кое-что из таинственной жизниDeinococcus radiodurans . Это хорошо отлаженная машина по устойчивости к свободным радикалам, которая проходит постоянный эволюционный тюнинг как и все мы.
Tags:
![[identity profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/openid.png){kind=small}
no subject
Date: 2010-07-20 06:42 pm (UTC)no subject
Date: 2010-07-21 01:25 pm (UTC)Может там, игра по Иваницкому http://www.russia.ru/video/nauka_10554/ .
no subject
Date: 2010-07-21 01:29 pm (UTC)Ionizing-radiation-resistant bacteria (IRRB) show a surprising capacity for adaptation to ionizing radiation and desiccation. Positive Darwinian selection is expected to play an important role in this trait, but no data are currently available regarding the role of positive adaptive selection in resistance to ionizing-radiation and tolerance of desiccation. We analyzed the four known genome sequences of IRRB (Deinococcus geothermalis, Deinococcus radiodurans, Kineococcus radiotolerans, and Rubrobacter xylanophilus) to determine the role of positive Darwinian selection in the evolution of resistance to ionizing radiation and tolerance of desiccation.