Применения в очистке окружающей среды, новых промышленных процессах, улучшении понимания рака
Роквилл, Мэриленд - Нет, это не таракан, а штамм розовых бактерий, которые могут выжить при 1,5 миллионах рад гамма-облучения - доза, в 3000 раз превышающая дозу, которая убивает человека. Эта доза радиации разрывает геном бактерии на сотни частей. Замечательная способность организма полностью восстанавливать это повреждение ДНК за день и продолжать жить предлагает исследователям заманчивые подсказки для лучшего понимания механизма клеточного восстановления. Достижения в этой области, в свою очередь, могут улучшить наше понимание рака, который часто вызывается нерепарированными повреждениями ДНК. Генетическая инженерия микроба может привести к улучшенным способам очистки от загрязнений и к новым промышленным процессам.
США Исследователи из Института геномных исследований (TIGR), финансируемые Министерством энергетики, описали полную генетическую последовательность бактерий Deinococcus radiodurans в выпуске журнала Science от 19 ноября.
«Это значительное достижение», - сказал министр энергетики США Билл Ричардсон. «Министерство энергетики начало работу над микробным геномом, чтобы поддержать смелую науку и помочь удовлетворить наши уникальные потребности в окружающей среде и энергии. Помимо понимания того, как работают клетки, это новое исследование может помочь предоставить новый безопасный и недорогой инструмент для некоторых из самые сложные задачи по уборке в стране."
«Мы ожидаем огромного развития промышленной и экологической микробиологии», - сказала президент TIGR Клэр Фрейзер.«Публикация последовательности Deinococcus будет способствовать дальнейшим исследованиям восстановления клеток и устойчивости к повреждениям. D. radiodurans легко манипулировать в лаборатории, поэтому в его геном могут быть введены новые функции. Мы предвидим его использование в новых промышленных процессах, в которых большинство бактерий не могут выжить.."
У Министерства энергетики есть несколько площадок в бывшем комплексе по производству ядерного оружия, загрязненных смесями высокорадиоактивных материалов и токсичных химикатов. Другие исследователи, финансируемые Министерством энергетики, модифицировали D. radiodurans, чтобы он мог разлагать органический химический загрязнитель толуол и «фиксировать» или иммобилизовать ртуть, преобразуя ее в более безопасную форму. Сконструированные бактерии продолжают выживать в радиоактивных средах.
Исследователь TIGR Оуэн Уайт возглавил группу, которая определила порядок всех почти 3,3 миллионов отдельных химических основных единиц, составляющих ДНК D. radiodurans. Они обнаружили, что геном бактерии состоит из двух кольцевых хромосом, которых примерно 2. Длина 6 миллионов 400 000 пар оснований. Геном также состоит из двух меньших кольцевых молекул: мегаплазмиды из 177 000 пар оснований и плазмиды из 45 000 пар оснований. Известны и другие бактерии с множественными хромосомами или мегаплазмидами, но D. radiodurans представляет собой первую полностью секвенированную бактерию с такими характеристиками.
Исследователи изучили гены репарации клеток бактерии и обнаружили, что, хотя D. radiodurans содержит обычный набор генов репарации, характерный для других чувствительных к радиации бактерий, она обладает необычно большим перекрыванием функций репарации. Эволюционный анализ предполагает, что меньшая хромосома, плазмида и мегаплазмида могли быть приобретены через некоторое время после происхождения линии Deinococcus. Потребуется дальнейший анализ, чтобы определить, является ли эволюционное формирование этих более мелких структур прямой причиной способности D. radiodurans выживать в экстремальных условиях окружающей среды.
D. radiodurans первоначально был выделен из образцов мясных консервов, которые, как считалось, были стерилизованы гамма-излучением. Колонии непатогенных бактерий, растущие на испорченном мясе, оказались радиационно-устойчивым организмом. Микроб также выдерживает экстремальную сушку и УФ-облучение. С момента открытия в 1956 г. D. radiodurans встречается по всему миру. Как правило, его обнаруживают в местах, где большинство других бактерий погибло в экстремальных условиях, от защитного пруда источника радиоактивного цезия до поверхности арктических скал. Его название из-за формы ягоды означает «странная или ужасная ягода, устойчивая к радиации».
Министерство энергетики финансировало работу TIGR в рамках программы министерства по исследованию микробного генома. Исследователи секвенировали 11 микробов с тех пор, как программа началась в 1994 году как побочный продукт программы изучения генома человека; 15 других в настоящее время секвенируются. Изучая микробы, программа ищет биологические подходы к решению проблем в области очистки окружающей среды, производства и использования энергии, изменения климата, промышленных процессов, медицины, сельского хозяйства и биологического нераспространения (понимание и обнаружение биологических боевых агентов).
Кеннет У. Минтон и Майкл Дж. Дейли из Университета медицинских наук силовых структур провели генно-инженерное исследование D. radiodurans для Министерства энергетики и сотрудничали с TIGR в проекте секвенирования.
TIGR - некоммерческий исследовательский институт, основанный в 1992 году Дж. Крейгом Вентером. ТИГР проводит структурный, функциональный и сравнительный анализы геномов и генных продуктов вирусов, бактерий (патогенных и экологических), архей и эукариот, как растений, так и животных, включая человека. В 1996 году TIGR попал в новости всего мира, определив геном микроба Methanococcus jannaschii. Это исследование подтвердило уникальность третьей крупной ветви жизни на Земле - архей.
Подробное описание его генома доступно в микробной базе данных TIGR во всемирной паутине по адресу
Информация о программе Министерства энергетики по изучению микробного генома доступна по адресу