Radioresistenta organismer

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 4 januari 2020; kontroller kräver 12 redigeringar .

Radioresistenta organismer är organismer som lever i miljöer med mycket höga nivåer av joniserande strålning . Strålningsmotstånd är motsatsen till strålkänslighet .

I motsats till vad många tror har många organismer fantastisk strålningsmotstånd. Till exempel, under studien av miljön, växter och djur i området för Tjernobylolyckan , upptäcktes det att trots den höga strålningsnivån överlevde många arter helt oförutsägbart. Brasilianska studier av en kulle i delstaten Minas Gerais med naturligt höga nivåer av strålning på grund av uranavlagringar har också visat många radioresistenta insekter , maskar och växter [1] [2] . Vissa extremofiler , som bakterien Deinococcus radiodurans och tardigrades , klarar av den högsta dosen av joniserande strålning i storleksordningen 5000 Gy [3] [4] [5] .

Förvärvat radioresistens

Radioresistens kan induceras genom att utsätta föremålet som studeras för små doser joniserande strålning. Flera artiklar har beskrivit en sådan effekt i jäst , bakterier , protister , alger , växter och insekter, såväl som in vitro däggdjurs- och mänskliga celler , laboratoriedjur. Detta aktiverar flera cellulära strålskyddsmekanismer, såsom förändringar i nivåerna av vissa cytoplasmatiska och nukleära proteiner , ökat genuttryck , DNA-reparation och andra processer.

Många organismer har självläkande mekanismer som aktiveras när de utsätts för strålning under vissa förhållanden. Två sådana självläkande processer hos människor beskrivs nedan.

Devair Alves Ferreira fick en stor dos (7,0 Gy) under en radioaktiv kontaminering i Goiania och levde, medan hans fru, som fick en dos på 5,7 Gy, dog. Den mest troliga förklaringen till detta är att han fick sin dos i små doser under lång tid, medan hans fru var mer i huset och utsattes för kontinuerlig strålning utan avbrott, vilket gav de självläkande mekanismerna i hennes kropp mindre tid att reparera skador som orsakats av strålning. . På samma sätt fick en del människor som arbetade i Tjernobyls källare doser på upp till 10 Gy, men de fick dem i små delar, så strålningen hade ingen akut effekt.

I experiment inom radiobiologi upptäckte man att ju större stråldos som bestrålas med en grupp celler, desto mindre är antalet överlevande celler. Dessutom fann man att om celler bestrålas med strålning som inte har varit under dess inflytande under lång tid, då är strålningen mindre kapabel att orsaka celldöd. Människokroppen innehåller många typer av celler, och döden av en vävnad i ett vitalt organ leder till dess död. Många snabba dödsfall från strålning (3 till 30 dagar) beror på förlusten av celler som bildar blodceller ( benmärg ) och celler i matsmältningssystemet som bildar tarmväggen .

I grafen nedan ritas en dos/överlevnadsbåge för en hypotetisk grupp av celler för fall där cellerna hade eller inte hunnit återhämta sig. Förutom tiden för återhämtning från strålning var cellerna i dessa två grupper under samma förhållanden.

Utvecklingen av radioresistens

När det gäller evolutionär historia och orsakssamband, verkar radioresistens inte vara ett adaptivt drag, eftersom det inte finns något dokumenterat naturligt urvalstryck som skulle ge anpassningsförmåga till organismers förmåga att motstå doser av joniserande strålning inom det område som vissa extremofila arter har. observerats överleva. Detta beror främst på att jordens magnetfält skyddar alla dess invånare från joniserande solstrålning och galaktisk kosmisk strålning, som är de två huvudsakliga källorna till denna typ av strålning i vårt solsystem, och även inkluderar alla kända terrestra källor för joniserande strålning som radon. gas och urradionuklider i berg, som anses vara naturligt förekommande föremål med höga nivåer av strålning, är den årliga dosen av naturlig bakgrundsstrålning fortfarande tiotusentals gånger lägre än nivåerna av joniserande strålning som många mycket radioresistenta organismer kan motstå.

En möjlig förklaring till förekomsten av radioresistens är att det är ett exempel på adjungerad anpassning eller exaptation , där radioresistens kan vara en indirekt följd av utvecklingen av en annan, relaterad anpassning som har valts positivt av evolutionen. Till exempel antyder en hypotes att anpassning till uttorkning orsakad av extrema temperaturer som finns i hypertermofilers livsmiljöer som De inococcus radiodurans kräver att man bekämpar cellskador som är nästan identiska med den som orsakas av joniserande strålning, och att de cellulära reparationsmekanismer som har utvecklats för sådana reparationer kan även användas för strålskador, vilket gör att D. radiodurans kan motstå extrema doser av joniserande strålning. Exponering för gammastrålning resulterar i skador på cellulärt DNA, inklusive förändringar i kvävehaltiga baspar, skador på sockerfosfatryggraden och skador på dubbelsträngat DNA . De extremt effektiva cellreparationsmekanismerna som vissa arter av Deinoccocus, såsom D. radiodurans, har utvecklat för att reparera cellen efter termisk skada kommer sannolikt också att kunna vända effekterna av DNA-skador orsakade av joniserande strålning, till exempel genom att sätta ihop alla komponenter i deras genom. som har splittrats av strålning. [6] [7] [8] [9] [10]

Läkemedel som ökar strålningsresistensen

En:Ex-Rad (ON 01210.Na) är ett kraftfullt strålskyddsmedel . Kemiskt är det natriumsaltet av 4-karboxistyryl-4-klorbensylsulfon. Förutom detta läkemedel har en:CBLB502 , amifostin ( en:amifostine ) 'WR2721', Filgrastim ( en:Filgrastim ) ('Neupogen'), Pegfilgrastim ( en:Pegfilgrastim ) ('Neulasta'), kojinsyra [11] strålskyddande egenskaper .

Ärftlig radioresistens

Det är väl etablerat att radioresistens kan bestämmas genetiskt och ärvas i åtminstone vissa organismer. Heinrich Nöthel, genetiker vid Free University of Berlin , producerade det mest omfattande arbetet om radioresistensmutationer med hjälp av den vanliga fruktflugan , Drosophila melanogaster , i en serie av 14 publikationer.

Radioresistens i strålningsonkologi

Termen "radioresistens" används ibland inom medicin ( onkologi ) för cancerceller som är dåligt eliminerade av strålbehandling . Strålningsresistenta celler kan antingen ha denna egenskap själva eller producera den som svar på strålbehandling.

Radioresistens i olika organismer

Tabellen nedan ger information om radioresistens hos olika arter. Det finns stora skillnader mellan data som erhållits i olika experiment, eftersom antalet prover som används är litet, dessutom är det ibland omöjligt att kontrollera miljön i vilken data togs (till exempel togs data för människor från bombningen från Hiroshima och Nagasaki ).

Dödlig stråldos, Gy
organism Dödlig dos LD 50 LD 100 Klass/rike
Hund   3,5 (LD 50/30 dagar ) [12]   däggdjur
Mänsklig 4-10 [13] 4,5 [14] 10 [15] däggdjur
Råtta   7.5   däggdjur
Mus 4,5-12 8,6-9   däggdjur
Kanin   8 (LD 50/30 dagar ) [12]   däggdjur
Sköldpadda   15 (LD 50/30 dagar ) [12]   reptiler
guldfisk   20 (LD 50/30 dagar ) [12]   Fisk
Escherichia coli 60   60 bakterie
röd kackerlacka   64 [13]   Insekter
mussla   200 (LD 50/30 dagar ) [12]   -
fruktfluga 640 [13]     Insekter
Amöba   1000 (LD 50/30 dagar ) [12]   -
Braconider 1800 [13]     Insekter
Milnesium tardigradum 5000 [16]     Eutardigrada
Deinococcus radiodurans 15 000 [13]     bakterie
Thermococcus gammatolerans 30 000 [13]     Archaea

LD 50 är den dödliga mediandosen, dvs. dosen som dödar hälften av organismerna i experimentet;
LD 100 är en dödlig dos som dödar alla organismer i experimentet [17] .

Se även

Anteckningar

  1. ↑ Cordeiro, AR; Marques, E.K.; Veiga-Neto, AJ Radioresistens hos en naturlig population av Drosophila willistonilever i en radioaktiv miljö. (engelska)  // Mutationsforskning : tidskrift. - 1973. - Vol. 19 , nr. 3 . - s. 325-329 . - doi : 10.1016/0027-5107(73)90233-9 . — PMID 4796403 .
  2. ↑ Moustacchi, E. Induktion med fysikaliska och kemiska medel av mutationer för radioresistens i Saccharomyces cerevisiae  //  Mutationsforskning: tidskrift. - 1965. - Vol. 2 , nr. 5 . - s. 403-412 . - doi : 10.1016/0027-5107(65)90052-7 . — PMID 5878261 .
  3. ↑ Moseley BEB, Mattingly A. Reparation av bestrålad transformerande deoxiribonukleinsyra i vildtyp och en strålningskänslig mutant av Micrococcus radiodurans  //  Journal of Bacteriology : journal. - 1971. - Vol. 105 , nr. 3 . - s. 976-983 . — PMID 4929286 .
  4. ↑ Murray RGE. 1992. Familjen Deinococcaceae. I The Prokaryotes, ed. A Ballows, HG Truper, M Dworkin, W Harder, KH Schleifer 4:3732–44. New York: Springer-Verlag. doi : 10.1007/978-1-4757-2191-1_42
  5. ↑ Ito H., Watanabe H., Takeshia M., Iizuka H. Isolering och identifiering av strålningsresistenta kocker som tillhör släktet Deinococcus från avloppsslam och djurfoder  // Agricultural and Biological  Chemistry : journal. - 1983. - Vol. 47 , nr. 6 . - P. 1239-1247 . - doi : 10.1080/00021369.1983.10866087 .
  6. ↑ Mattimore, V.; Battista, JR (februari 1996). "Radioresistens hos Deinococcus radiodurans: funktioner som är nödvändiga för att överleva joniserande strålning är också nödvändiga för att överleva avancerad uttorkning . " Journal of Bakteriologi . 178 (3): 633-637. DOI : 10.1128/jb.178.3.633-637.1996 . ISSN  0021-9193 . PMC  177705 . PMID  8550493 .
  7. ↑ Friedberg, Errol C. DNA-reparation och mutagenes  / Errol C. Friedberg, E. C. Friedberg, G. C. Walker ... [ och andra ] . - ASM Press, 1995. - ISBN 9781555810887 .
  8. ↑ Minton, KW (juli 1994). "DNA-reparation i den extremt radioresistenta bakterien Deinococcus radiodurans" . Molekylär mikrobiologi . 13 (1): 9-15. DOI : 10.1111/j.1365-2958.1994.tb00397.x . ISSN  0950-382X . PMID  7984097 .
  9. ↑ Slade, Dea; Radman, Miroslav (mars 2011). "Oxidativ stressresistens i Deinococcus radiodurans" . Mikrobiologi och molekylärbiologi recensioner . 75 (1): 133-191. DOI : 10.1128/MMBR.00015-10 . ISSN  1098-5557 . PMC  3063356 . PMID  21372322 .
  10. ↑ Agapov, A.A.; Kulbachinskiy, AV (oktober 2015). "Mekanismer för stressresistens och genreglering i den radioresistenta bakterien Deinococcus radiodurans". biokemi. Biokemi . 80 (10): 1201-1216. DOI : 10.1134/S0006297915100016 . ISSN  1608-3040 . PMID  26567564 . S2CID  14981740 .
  11. ↑ Kai Wang, Peng-Fei Li, Chun-Guang Han, Li Du, Chao Liu, Ming Hu, Shi-Jie Lian och Yong-Xue Liu (2014). Skyddande effekter av Kojic Acid på periferiblodet och överlevnad hos Beaglehundar efter exponering för en dödlig dos av gammastrålning. Radiation Research, 182(6), 666-673. doi : 10.1667/RR13823.1
  12. ↑ 1 2 3 4 5 6 Radiochemistry and Nuclear Chemistry , G. Choppin, JO. Liljenzin och J. Rydberg, upplaga tre, sid 481, ISBN 0-7506-7463-6
  13. ↑ 1 2 3 4 5 6 Kackerlackor och strålning . Hämtad 13 maj 2006. Arkiverad från originalet 30 september 2012.
  14. ↑ Strålningsanteckningar: Strålningsskador och dosmätning (länk ej tillgänglig) . Hämtad 13 maj 2006. Arkiverad från originalet 30 september 2012. 
  15. ↑ CDC-strålningsnödsituationer, akut strålningssyndrom: Ett faktablad för läkare (länk ej tillgänglig) . Hämtad 25 juli 2012. Arkiverad från originalet 30 september 2012. 
  16. ↑ Horikawa DD, Sakashita T., Katagiri C., Watanabe M., Kikawada T., Nakahara Y., Hamada N., Wada S., Funayama T., Higashi S., Kobayashi Y., Okuda T., Kuwabara M. Strålningstolerans i tardigraden Milnesium tardigradum  (engelska)  // International Journal of Radiation Biology : journal. - 2006. - Vol. 82 , nr. 12 . - s. 843-848 . - doi : 10.1080/09553000600972956 . — PMID 17178624 .
  17. ↑ R. G. Gosmanov, A. K. Galiullin, A. Kh. Volkov, A. I. Ibragimova. Mikrobiologi. - 2011. - S. 241. - 494 sid. - 1500 exemplar.

Litteratur