Deinococcus radiodurans

Das Bakterium Deinococcus radiodurans (ehemals als Micrococcus radiodurans bezeichnet) ist ein gegen ionisierende Strahlung geradezu immunes Lebewesen. Es gehört zu den Gram-positiven Kokken, unterscheidet sich jedoch von den meisten anderen durch einige interessante physiologische Fähigkeiten. Erst bei der unglaublich großen Strahlendosis von über 10.000 Gy (Gray) ist der LD₅₀-Wert erreicht (der Wert, bei der Überleben genauso wahrscheinlich wie das Sterben durch die Strahlung ist).

Zum Vergleich: Menschen haben ab 7 Gy ohne medizinische Hilfe kaum noch Überlebenschancen. Bei einer Strahlendosis von 10 Gy – dies entspricht etwa der bei den Atombombenexplosionen über Hiroshima und Nagasaki freigesetzten Dosis – sterben Menschen innerhalb von ein bis zwei Wochen.

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Entdeckung

Deinococcus radiodurans wurde 1956 von Arthur W. Anderson entdeckt, als man Fleischkonserven mit ionisierender Strahlung bestrahlte, um Keime abzutöten. Durch die vergleichsweise geringe Strahlung ließ sich das Bakterium nicht abtöten und wurde daraufhin eingehender untersucht. Man stellte eine bislang ungekannte Resistenz gegen Ultraviolett- und Röntgenstrahlen fest.

Verbreitung

Deinococcus radiodurans und seine engen Verwandten sind sprichwörtliche Generalisten und Weltenbummler: Neben den Fleischkonserven sind sie auch in Gewebe von atlantischem Schellfisch, Lamakot, antarktischem Gestein und anderen unwirtlichen Orten zu finden. Sie bilden, zusammen mit Cyanobakterien der Art Chroococcidiopsis, eine besondere Gruppe von Organismen, die befähigt ist, unter den härtesten Lebensbedingungen zu gedeihen. Sie sind in der Lage auch an den lebensfeindlichsten Orten der Welt ökologische Nischen zu finden und sind deshalb ubiquitär verbreitet.

Strahlenresistenz

Hauptverantwortlich für die extreme Strahlenresistenz gegen ionisierende Strahlung ist die Fähigkeit, defekte DNA außergewöhnlich effizient zu reparieren. DNA und Teile von Chromosomen, die durch Mutagene wie Strahlung, chemische Einwirkung oder auch zufällige Ursachen Schaden erlitten haben, werden mit Hilfe von bestimmten Enzymen besonders schnell und effektiv wieder instand gesetzt. Dieser Reparaturmechanismus erlaubt sogar das Beheben von Doppelstrangbrüchen, eine besonders schwere Form der DNA-Schädigung. Auf diese Weise ist Deinococcus radiodurans in der Lage, gleichzeitig 500 solcher Reparaturen auszuführen, während das Darmbakterium Escherichia coli allenfalls zwei bis drei schafft. Außerdem verfügt D. radiodurans über vier gleiche Chromosomen – und damit über vier Kopien eines jeden Gens – zwischen denen nach hoher Strahlenbelastung Rekombinationen stattfinden. Bislang sind die molekularen Gegebenheiten, die diese ungewöhnliche Reparaturleistungen ermöglichen, noch nicht hinreichend aufgeklärt. Daneben besitzt das Bakterium eine sehr starke Zellwand, die es auch vor UV-Strahlung schützt.

Bedeutung

Exobiologie

Für Exobiologen, die nach Spuren außerirdischen Lebens suchen, sind Überlebenskünstler wie Deinococcus radiodurans und Chroococcidiopsis von großem Interesse, da es denkbar ist, dass solche Organismen verborgen in Meteoritgesteinen unversehrt weite Reisen durch das Weltall überleben könnten. Dies würde die Hypothese der Panspermie stärken, die besagt, dass einfache Lebensformen in der Lage sind, sich über große Distanzen durch das Universum zu bewegen. Einige hätten so vor etwa 3,5 Milliarden Jahren den Weg zur Erde gefunden und so den Ursprung des Lebens auf diesem Planeten gebildet.

Informationstechnik

Ihre besondere Widerstandsfähigkeit gegen schädigende Einwirkungen aller Art könnte Deinococcus radiodurans für die Anwendung als Datenspeicher in der Informationstechnologie interessant machen. So wird derzeit erforscht, wie Daten in Form künstlicher DNA in den Bakterien gespeichert und wieder abgerufen werden können. US-amerikanische Informatiker im US-Bundesstaat Washington übersetzten den englischen Text des Kinderliedes It's a Small World in den genetischen Code und schleusten die entsprechende DNA-Sequenz in die Gene der Bakterien ein. Noch nach etwa hundert Bakteriengenerationen ließen sich die Strophen in unveränderter Form mit üblicher Sequenziertechnik wieder auslesen, d.h. die eingebrachte Information wurde stabil abgespeichert und ihre Redundanz wurde erhöht.

Siehe auch

• Extremophile
• Exobiologie
• Panspermie

Literatur

• R. Rajan, C.E. Bell: Crystal structure of RecA from Deinococcus radiodurans: insights into the structural basis of extreme radioresistance. J MOL BIOL. 2004 Dec 3;344(4): 951-63
• S. Levin-Zaidman, J. Englander, E. Shimoni, AK. Sharma, KW. Minton, Minsky A.: Ringlike structure of the Deinococcus radiodurans genome: A key to radioresistance?. SCIENCE 299 (5604): 254-256 JAN 10 2003
• D. Frenkiel-Krispin, Minsky A. Biocrystallization: A last-resort survival strategy in bacteria. ASM NEWS 68 (6): 277-283 JUN 2002
• A. Minsky, E. Shimoni, Frenkiel-Krispin D. Stress: order and survival. NAT REV MOL CELL BIO 3 (1): 50-60 JAN 2002
• R. Goobes, Minsky A.: Thermodynamic aspects of triplex DNA formation in crowded environments. J AM CHEM SOC 123 (50): 12692-12693 DEC 19 2001