Deinococcus radiodurans，也被称为"细菌柯南"，是自然界中最顽强的生命形式之一，能够在比杀死人类的辐射水平高出数千倍的辐射中存活下来。科学家终于揭开了它顽强生命力背后的分子秘密：一种由锰和特定代谢物形成的独特抗氧化复合物。 这一发现可能会为从太空探索到医学治疗等拯救生命的技术铺平道路。
辐射球菌（Deinococcus radiodurans）被称为"细菌柯南"，因为它具有非凡的能力，能够忍受最恶劣的环境，它所能承受的辐射剂量比人类所能承受的辐射剂量高出数千倍。 图片来源：Michael J. Daly/USU
Deinococcus radiodurans因其惊人的恢复能力而被昵称为"细菌柯南"，它能在比对人类或任何其他已知生物致命的辐射剂量强数千倍的辐射中存活下来。
这种非凡的抵抗力来自于一组简单的代谢物，它们与锰结合产生了一种强大的抗氧化剂。 西北大学（Northwestern University）和统一服务大学（USU）的研究人员现在揭示了这种天然防御机制的工作原理。
在一项新研究中，研究人员描述了一种名为MDP的合成设计抗氧化剂的特征，这种抗氧化剂的灵感来自放射虫的恢复能力。 他们发现，MDP的成分--锰离子、磷酸盐和一种小肽--形成了一种三元复合物，这种复合物比锰与其他单独成分的结合更能抵御辐射损伤。
这一发现最终可能会催生出专门满足人类需求的新型合成抗氧化剂。 其应用包括在深空任务中保护宇航员免受强烈宇宙辐射的伤害，为辐射紧急情况做好准备，以及生产辐射灭活疫苗。
该研究报告于12月12日发表在《美国国家科学院院刊》上。
抗氧化剂研究的突破
西北大学的布莱恩-霍夫曼（Brian Hoffman）与南加州大学的迈克尔-戴利（Michael Daly）共同完成了这项研究。"我们早就知道锰离子和磷酸盐共同构成了一种强大的抗氧化剂，但发现并理解加入第三种成分所带来的'神奇'功效是一项突破。 这项研究为我们提供了一把钥匙，帮助我们理解为什么这种组合能够产生如此强大、如此有前景的抗辐射保护作用。"
霍夫曼是西北大学温伯格文理学院查尔斯-莫里森（Charles E. and Emma H. Morrison）化学教授和分子生物科学教授。 他还是生命过程化学研究所的成员。 作为放射虫的专家，戴利是美国南加州大学病理学教授，也是美国国家科学院行星保护委员会成员。
微生物世界的绿巨人
这项新研究建立在霍夫曼和戴利先前合作研究的基础之上，在此期间，他们试图更好地了解放射球菌在火星上抵御辐射的预测能力。 在这项研究中，霍夫曼在西北大学的团队使用了一种先进的光谱技术来测量微生物细胞中锰抗氧化剂的积累情况。
根据霍夫曼和戴利的研究，微生物或其孢子能够存活的辐射剂量大小与其所含的锰抗氧化剂数量直接相关。 换句话说，更多的锰抗氧化剂意味着更强的抗强辐射能力。
在早期的研究中，其他研究人员发现辐射球菌（Deinococcus radiodurans）可以在25000灰度（或X射线和伽马射线单位）的辐射下存活。 但是，在2022年的研究中，霍夫曼和戴利发现，这种细菌在干燥和冷冻后可以经受14万格瑞的辐射，这个剂量是人类致死量的2.8万倍。 因此，如果火星上埋藏着任何沉睡、冷冻的微生物，那么它们有可能在银河宇宙辐射和太阳质子的冲击下存活至今。
独特的辐射屏蔽特性
霍夫曼和戴利的团队在了解微生物抗辐射能力的基础上，研究了一种名为 DP1 的十肽。 当 DP1 与磷酸盐和锰结合时，就形成了自由基清除剂 MDP，它能成功地保护细胞和蛋白质免受辐射损伤。 在最近的另一项研究中，Daly和他的合作者发现MDP在制备辐照多价疫苗时非常有效。
研究小组利用先进的顺磁共振光谱技术揭示了 MDP 的活性成分是一种三元复合物--一种与锰结合的磷酸盐和肽的精确组合。
戴利说："对MDP的这一新认识可能会开发出更强效的锰基抗氧化剂，应用于医疗保健、工业、国防和太空探索等领域。"
编译自/ScitechDaily