Радиотрофный гриб
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( февраль 2014 г. ) |
Радиотрофные грибы — это грибы , которые могут выполнять гипотетический биологический процесс, называемый радиосинтезом , что означает использование ионизирующего излучения в качестве источника энергии для управления метаболизмом. Утверждалось, что радиотрофные грибы были обнаружены в экстремальных условиях, например, на Чернобыльской АЭС .
Большинство радиотрофных грибов используют меланин для выживания. [ 1 ] Процесс использования радиации и меланина для получения энергии получил название радиосинтеза и считается аналогом анаэробного дыхания . [ 2 ] Однако неизвестно, многостадийные процессы, такие как фотосинтез или хемосинтез используются ли в радиосинтезе , и даже существует ли радиосинтез в живых организмах.
Открытие
[ редактировать ]На территории вокруг разрушенной Чернобыльской АЭС было изолировано множество грибов , некоторые из которых направляли рост гифов в сторону радиоактивного графита, образовавшегося в результате катастрофы, — явление, называемое «радиотропизмом». [ 3 ] [ 4 ] Исследование исключило присутствие углерода как ресурса, привлекающего грибковые колонии, и фактически пришло к выводу, что некоторые грибы будут преимущественно расти в направлении источника бета- и гамма-ионизирующего излучения, но не смогли определить биологический механизм, стоящий за этим. эффект. [ 4 ] Также было замечено, что меланином в охлаждающей воде некоторых других действующих ядерных реакторов были обнаружены другие грибы, богатые . Светопоглощающее соединение в мембранах клеток гриба сделало воду черной. [ 5 ] Хотя существует множество случаев экстремофилов (организмов, которые могут жить в суровых условиях, например, на радиоактивной электростанции), гипотетический радиотрофный гриб будет расти из-за радиации, а не вопреки ей. [ 6 ]
Дальнейшие исследования, проведенные в Медицинском колледже Альберта Эйнштейна, показали, что три меланинсодержащих гриба — Cladosporium sphaerospermum , Wangiella dermatitidis и Cryptococcus neoformans — быстрее увеличивали биомассу и накапливали ацетат в среде, в которой уровень радиации был в 500 раз выше, чем в нормальная среда. В частности, C. sphaerospermum был выбран из-за того, что этот вид был обнаружен в реакторе в Чернобыле. Воздействие C. neoformans на клетки этих уровней радиации быстро (в течение 20–40 минут) изменило химические свойства меланина и увеличило опосредованную меланином скорость переноса электронов (измеряемую как восстановление феррицианида НАДН . ) на три-четыре раза - раз по сравнению с неэкспонированными клетками. Однако каждая культура проводилась с использованием, по крайней мере, ограниченного количества питательных веществ, обеспечиваемых каждому грибу. Увеличение биомассы и другие эффекты могут быть вызваны либо тем, что клетки непосредственно получают энергию от ионизирующего излучения, либо тем, что радиация позволяет клеткам использовать традиционные питательные вещества более эффективно или быстрее. [ 6 ]
Помимо исследований грибов, аналогичные эффекты на способность меланина транспортировать электроны наблюдались авторами после воздействия неионизирующего излучения. Авторы не пришли к выводу, будет ли световое или тепловое излучение оказывать аналогичное воздействие на живые грибковые клетки. [ 6 ]
Роль меланина
[ редактировать ]Меланины — древнее семейство темных пигментов природного происхождения, обладающих радиационно-защитными свойствами. Эти пигменты могут поглощать электромагнитное излучение из-за своего темного цвета и высокой молекулярной массы; это качество предполагает, что меланин может помочь защитить радиотропные грибы от ионизирующего излучения. Высказано предположение, что радиационно-защитные свойства меланина обусловлены его способностью улавливать свободные радикалы, образующиеся при радиолизе воды. [ 7 ] Производство меланина также выгодно грибу, поскольку оно может способствовать выживанию во многих экстремальных условиях. Примеры таких сред включают Чернобыльскую атомную электростанцию , Международную космическую станцию и Трансантарктические горы . Меланин также может помочь грибу усваивать радиацию , но все еще необходимы дополнительные доказательства и исследования. [ 1 ]
Сравнение с немеланизированными грибами
[ редактировать ]Меланизация может привести к некоторым метаболическим затратам грибковых клеток. В отсутствие радиации некоторые немеланизированные грибы (которые мутировали по меланиновому пути) росли быстрее, чем их меланизированные аналоги. ограниченное поглощение питательных веществ молекулами меланина в клеточной стенке грибов или токсичными промежуточными продуктами, образующимися при биосинтезе меланина. Предполагается, что этому явлению способствует [ 6 ] Это согласуется с наблюдением, что, несмотря на способность продуцировать меланин, многие грибы не синтезируют меланин постоянно (т.е. постоянно), а часто только в ответ на внешние стимулы или на разных стадиях своего развития. [ 8 ] Точные биохимические процессы в предполагаемом синтезе органических соединений или других метаболитов на основе меланина для роста грибов, включая химические промежуточные соединения (такие как нативные молекулы донора и акцептора электронов) в грибковой клетке, а также расположение и химические продукты этого процесса. неизвестный.
Использование в пилотируемом космическом полете
[ редактировать ]Предполагается, что радиотрофные грибы потенциально могут использоваться в качестве щита для защиты от радиации . [ 2 ] особенно в связи с использованием космонавтов в космосе или других атмосферах. Эксперимент, проходивший на Международной космической станции с декабря 2018 года по январь 2019 года, был проведен с целью проверить, может ли использование радиотрофных грибов помочь в защите от ионизирующего излучения в космосе в рамках исследовательских усилий, предшествующих возможному полету на Марс . В этом эксперименте использовался радиотрофный штамм грибов Cladosporium sphaerospermum . [ 2 ] Рост этого гриба и его способность отражать воздействие ионизирующего излучения изучались в течение 30 дней на борту Международной космической станции . Это экспериментальное испытание дало очень многообещающие результаты.
Было обнаружено, что количество отклоненного излучения напрямую связано с количеством грибка. Не было различий в снижении ионизирующего излучения между экспериментальной и контрольной группой в течение первых 24 часов; однако после того, как радиотрофные грибы достигли адекватного созревания и при радиусе защиты 180°, было обнаружено, что количество ионизирующего излучения значительно снизилось по сравнению с контрольной группой. При использовании щита из меланизированного радиотрофного Cladosporium sphaerospermum толщиной 1,7 мм измерения радиации ближе к концу экспериментального испытания оказались на 2,42% ниже, продемонстрировав способность отражать радиацию в пять раз больше, чем в контрольной группе. В условиях, когда грибы полностью охватывают объект, уровень радиации снизится примерно на 4,34 ± 0,7%. [ 2 ] Оценки показывают, что слой толщиной примерно 21 см может значительно отклонить годовое количество радиации, получаемой на поверхности Марса . Ограничения к использованию щита на основе радиотрофных грибов включают увеличенную массу при выполнении миссий. Однако в качестве жизнеспособной замены для снижения общей массы в потенциальных миссиях на Марс можно использовать смесь с одинаковой мольной концентрацией марсианской почвы , меланина и слоя грибов толщиной примерно 9 см. [ 2 ]
См. также
[ редактировать ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б Дадачева Екатерина; Касадевалл, Артуро (декабрь 2008 г.). «Ионизирующее излучение: как грибы справляются, адаптируются и эксплуатируют с помощью меланина» . Современное мнение в микробиологии . 11 (6): 525–531. дои : 10.1016/j.mib.2008.09.013 . ISSN 1369-5274 . ПМК 2677413 . ПМИД 18848901 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и Шанк, Грэм К.; Гомес, Ксавье Р.; Авереш, Нильс Дж. Х. (17 июля 2020 г.). «Самовоспроизводящийся радиационный щит для исследования человеком глубокого космоса: радиотрофные грибы могут ослаблять ионизирующее излучение на борту Международной космической станции». bioRxiv 10.1101/2020.16.07.205534 .
- ^ Бланд, Дж.; Гриббл, Луизиана; Хамель, MC; Райт, Дж.Б.; Мурманн, Г.; Баханд, М.; Райт, Г.; Баханд, Джорджия (2022). «Оценка изменений роста и пигментации Cladosporium cladosporioides и Paecilomyces variotii в ответ на гамма- и ультрафиолетовое облучение» . Научные отчеты . 12 (1): 12142. Бибкод : 2022NatSR..1212142B . дои : 10.1038/s41598-022-16063-z . ПМЦ 9287308 . ПМИД 35840596 .
- ^ Перейти обратно: а б Жданова, Нелли Н.; Тугай, Татьяна; Дайтон, Джон; Желтоножский, Виктор; Макдермотт, Патрик (сентябрь 2004 г.). «Ионизирующее излучение привлекает почвенные грибы» . Микологические исследования . Том. 108, нет. Ч. 9. стр. 1089–1096. дои : 10.1017/s0953756204000966 . ISSN 0953-7562 . ПМИД 15506020 . Проверено 11 апреля 2023 г.
- ^ Кастельвекки, Давиде (26 мая 2007 г.). «Темная сила: кажется, пигмент находит хорошее применение радиации» . Новости науки . Том. 171, нет. 21. с. 325. Архивировано из оригинала 24 апреля 2008 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д Дадачева Е., Брайан Р.А., Хуанг Х., Моадел Т., Швейцер А.Д., Айсен П., Носанчук Дж.Д., Касадевалл А. (2007). Резерфорд Дж. (ред.). «Ионизирующее излучение меняет электронные свойства меланина и усиливает рост меланизированных грибов» . ПЛОС ОДИН . 2 (5): е457. Бибкод : 2007PLoSO...2..457D . дои : 10.1371/journal.pone.0000457 . ПМК 1866175 . ПМИД 17520016 .
- ^ Гесслер, Н.Н.; Егорова А.С.; Белозерская Т.А. (2014). «Меланиновые пигменты грибов в экстремальных условиях окружающей среды (Обзор)» . Прикладная биохимия и микробиология . 50 (2): 105–113. дои : 10.1134/S0003683814020094 . ISSN 0003-6838 – через Springer.
- ^ Кальво А.М., Уилсон Р.А., Бок Дж.В., Келлер Н.П. (2002). «Связь между вторичным метаболизмом и развитием грибков» . Микробиол Мол Биол Rev. 66 (3): 447–459. дои : 10.1128/MMBR.66.3.447-459.2002 . ПМК 120793 . ПМИД 12208999 .