抗輻射奇異球菌

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抗輻射奇異球菌
抗輻射奇異球菌
科学分类 编辑
域： 细菌域 Bacteria
界： 细菌界 Bacteria
门： 奇异球菌门 Deinococcota
纲： 异常球菌纲 Deinococci
目： 奇异球菌目 Deinococcales
科： 奇异球菌科 Deinococcaceae
属： 奇异球菌属 Deinococcus
种：
抗輻射奇異球菌 D. radiodurans
二名法
Deinococcus radiodurans
Brooks & Murray, 1981

抗輻射奇異球菌（学名：Deinococcus radiodurans）又称耐辐射奇球菌，是奇异球菌门异常球菌纲奇异球菌科奇异球菌属的一種對輻射有免疫力的嗜極生物，可以承受能殺死人類3000倍和蟑螂無法抵抗的15倍輻射，也可在充满辐射的外太空存活3年。该菌具有超强的DNA损伤修复能力以及多种高效抗氧化系统的协同作用，使其能够在数小时内高效而精准地修复同一个基因组中产生的多达100个以上的DNA双链断裂[1]。

进化与起源

一般认为, 嗜極生物所具有的环境适应性来自于其所生存的特殊环境, 然而地球历史上并没有长期存在强烈辐射的特殊时期，对具有超强辐射抗性的耐辐射奇球菌在进化上的认识存在不同的观点[1]。

天外来客说

「天外来客」说认为耐辐射奇球菌可能源自于其他星球，比如火星，随着陨石等外来物质落入地球而在地球上出现[1]。这一假说最早由俄罗斯空间生物学研究中心的科学家于2003年在欧洲地球物理学会年会提出，并得到了一定的支持[1]。实验证据显示，耐辐射奇球菌在外太空环境中具有长期存活的能力，甚至可以承受长达45年的星际旅行[2][3]。此外，模拟火星表面环境的实验也证实了耐辐射奇球菌对于极端环境的适应性[4]。

干旱协同进化

「干旱协同进化」学说认为耐辐射奇球菌起源于地球，并在长时间的干旱环境中逐步演化出了其超强的DNA损伤修复能力，从而形成了其抗辐射的特性[5][6]。这一学说得到了大量的研究支持，因为耐辐射奇球菌不仅在辐射环境下具备生存能力，还能在干燥条件下长期存活[5]。其与其他在干旱环境下生存的微生物表现出相似的特征（如拟甲色球藻属成员），进一步支持了这一假说[7]。

细胞结构

耐辐射奇球菌的单个细胞直径约为1-2微米，为一种好氧、非致病菌，因其细胞中合成类胡萝卜素而呈红色[1]。其细胞壁具有特殊的6层结构，成分与革兰氏阴性菌相近，但不包含磷壁酸组分，在结晶紫染色后，很难使其脱色，呈现出革兰氏染色阳性的特征[1]。这种独特的细胞壁结构被认为具有更强的抵御电离辐射和紫外射线的能力[8]。在对数生长期和稳定期，耐辐射奇球菌的细胞通常以二连体或四叠体的形式存在，其四叠体具有碳水化合物外壳，起到了支撑和保护作用，帮助其适应极端环境[9]。

耐辐射奇球菌的基因组包含两个主要的环状染色体（Ⅰ号染色体约为2.65 Mb，Ⅱ号染色体约为412 kb）以及大小分别为177和46 kb的质粒[10]。其基因组的GC含量高达66.6%，这种高GC含量在一定程度上维持了DNA结构的稳定[1]。耐辐射奇球菌的预测开放阅读框中约有四分之一只存在于该菌或异常球菌属中，推测其可能来自于不同未知物种的水平基因转移[1]。在稳定生长期，耐辐射奇球菌四叠体的拟核部分显示为异常致密的环状结构，这种结构被认为能够阻止电离辐射所造成DNA碎片在修复过程中的弥散，使得修复更为有效[11][12][13]。同时耐辐射奇球菌在不同的生长时期具有4-10个基因组拷贝，能够为DNA损伤修复提供更多的修复模板[14]。

耐辐射奇球菌的细胞中金属锰离子浓度高达0.2-3 mmol/L，并且具有非常高的锰铁比[15]。与其他辐射不耐受的细菌相比，其细胞内的这种高水平锰铁比与生物的辐射抗性成正相关[16][17]。锰离子通过多种途径帮助耐辐射奇球菌抵御高剂量的电离辐射，包括维持细胞拟核的高度浓缩状态、降低细胞中的氧化水平以及激活DNA损伤修复蛋白和抗氧化酶的活性[16]。

参考文献

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 Zha, QingQiao; Zhao, Ye. Radiation-resistance mechanism and potential utilization of extremely radioresistant bacterium <italic>Deinococcus radiodurans</italic>. SCIENTIA SINICA Vitae. 2024-03-01, 54 (3): 469–481. doi:10.1360/SSV-2023-0062. 
  2. ^ Yamagishi, Akihiko; Kawaguchi, Yuko; Yokobori, Shin-ichi; Hashimoto, Hirofumi; Yano, Hajime; Imai, Eiichi; Kodaira, Satoshi; Uchihori, Yukio; Nakagawa, Kazumichi. Environmental Data and Survival Data of Deinococcus aetherius from the Exposure Facility of the Japan Experimental Module of the International Space Station Obtained by the Tanpopo Mission. Astrobiology. 2018-11-01, 18 (11): 1369–1374. doi:10.1089/ast.2017.1751. 
  3. ^ Kawaguchi, Yuko; Shibuya, Mio; Kinoshita, Iori; Yatabe, Jun; Narumi, Issay; Shibata, Hiromi; Hayashi, Risako; Fujiwara, Daisuke; Murano, Yuka; Hashimoto, Hirofumi; Imai, Eiichi; Kodaira, Satoshi; Uchihori, Yukio; Nakagawa, Kazumichi; Mita, Hajime; Yokobori, Shin-ichi; Yamagishi, Akihiko. DNA Damage and Survival Time Course of Deinococcal Cell Pellets During 3 Years of Exposure to Outer Space. Frontiers in Microbiology. 2020-08-26, 11. doi:10.3389/fmicb.2020.02050. 
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外部連結

类型
值得注意的
嗜极生物
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