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Die Entwicklung der Funkresistenz ist komplizierter als bisher angenommen – Phys.org

Induzierte radioresistente E. coli, entwickeln komplexe Mutationsprofile, wie die experimentelle Evolution weiter und das Niveau der Radioresistenz erhöht. Bild: Michael M. Cox und Co-Autoren

Die härtesten Organismen der Erde, sogenannte Extremophile, können extreme Bedingungen wie extreme Trockenheit (Austrocknung), extreme Kälte, Weltraumvakuum, Säure oder sogar hochradioaktive Strahlung überleben. Bisher scheint das bakteriumde Deinococcus Radiodurane das härteste von allen zu sein – in der Lage, Strahlendosen zu überleben, die tausendmal größer sind als jene, die für den Menschen tödlich verunglückt sind. Aber bis heute blieben die Wissenschaftler verwirrt darüber, wie sich die Funkresistenz in mehreren Organismen auf unserem Planeten entwickelt haben könnte, die natürlich durch ihr Magnetfeld vor Sonneneinstrahlung geschützt waren. Während einige Wissenschaftler vermuten, dass sich die Funkresistenz bei extremophilen Organismen zusammen mit anderen Arten von Resistenzen, wie z. B. der Resistenz gegen Austrocknung, entwickelt haben könnte, blieb eine Frage: Welche Gene sind speziell an der Funkresistenz beteiligt?

Um diese Frage zu beantworten, beschloss das Team von Dr. Cox an der University of Wisconsin-Madison, "die Zellen ihnen sagen zu lassen". Die Forscher begannen mit den natürlich nicht resistenten Bakterien, E. coli, und setzten sie iterativen Zyklen der hochgradigen Bestrahlung aus. Nach vielen Runden der Strahlenexposition und des Auswuchses entstanden einige funkresistente Populationen. Anhand der Vollgenomsequenzierung untersuchten die Forscher die genetischen Veränderungen in jeder radioresistenten Population und stellten fest, welche Mutation die Radioresistenz der Bakterien lieferte.

In ihrer ersten Studie hat das Team von Dr. Cox e. coli 50 Ionisationsrunden (Bruckbauer et al 2019b) aufgedeckt. Nach etwa 10 Runden tauchten einige radioresistente Populationen auf, und nach 50 zeigte die Untersuchung ihres genetischen Profils drei Mutationen auf, die für die Radioresistenz verantwortlich sind – alles in Genen, die mit DNA-Reparaturmechanismen verbunden sind. Hier setzte das Team in seiner neuen Studie die Bakterien 50 weiteren Strahlenstrahlen- und Selektionsrunden aus.

Die in Frontiers in Microbiology veröffentlichten Ergebnisse zeigen, dass sich die Populationen des radioresistenten E. coli weiter entwickelt haben und Unterpopulationen entstanden sind. Überraschenderweise, während Radioresistenz durch die erste Reihe der Ionisierung induziert konnte vor allem mit drei Mutationen verbunden sein, die zweite induzierthunderte von Mutationen einschließlich großer Deletionen und Duplizierungen von mehreren Genen. "Die vier Populationen, die wir in dieser neuen Studie entwickeln, haben jetzt ein Niveau der Funkresistenz erreicht, das sich dem Niveau nähert, das mit Deinococcus Radiodurans beobachtet wurde. Im Verlauf der aktuellen Studie haben sich die genomischen Veränderungen als viel komplexer erwiesen als erwartet." Dr. Cox sagt.

Obwohl es schwieriger ist, alle Mutationen zu lokalisieren, die diesmal zur Erhöhung der Radioresistenz beitragen, zeigen die Forscher, dass mehr Zellstoffwechsel betroffen sind (ATP-Synthese, Eisen-Schwefel-Cluster-Biogenese, Kadaverinsynthese und Reaktion auf reaktive Sauerstoffspezies). Darüber hinaus beweist diese Studie, dass sich Funkresistenzen auf das Niveau von Deinococcus Radiodurans entwickeln können, unabhängig von der Austrocknungsresistenz. Während die Exposition gegenüber Strahlung und experimenteller Evolution weitergeht, werden mehr Daten darüber gesammelt, wie man Radioresistenz bei Bakterien induzieren kann. Dies könnte eines Tages eine wertvolle Werkzeugkiste von Mutationen darstellen, um radioresistente Probiotika zu entwickeln, die zum Beispiel Patienten helfen, die mit Strahlentherapie behandelt werden, oder Astronauten, die Weltraumstrahlung ausgesetzt sind.



Zitat:
D
ie Entwicklung der Funkresistenz ist komplizierter als bisher angenommen (2020, 22. September)
abgerufen am 22. September 2020
von https://phys.org/news/2020-09-evolution-radio-resistance-complicated-previously-thought.html

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