Deinococcus–Thermus: ekstremofiiliset, säteily- ja ympäristökestävät bakteerit

Tutustu Deinococcus–Thermus-ryhmään: ekstremofiiliset, säteilyä ja ankarat ympäristöolosuhteet kestävä bakteerikladi, joka paljastaa ainutlaatuiset suojaja korjausmekanismit.

Deinococcus-Thermus on ekstremofiilisten bakteerien heimoon kuuluva ryhmä, joka on erittäin vastustuskykyinen ympäristön vaaroille. Useat näistä lajeista kestävät poikkeuksellisen hyvin säteilyä, kuivuutta, korkeita lämpötiloja ja muita äärimmäisiä olosuhteita.

Näillä bakteereilla on paksut soluseinät, jotka antavat niille grampositiivisen värin, ja niillä on toinen kalvo. Ne ovat rakenteeltaan lähempänä gramnegatiivisia bakteereja. Cavalier-Smith kutsuu tätä kladia Hadobakteereiksi (kreikankielisestä sanasta Hades, alamaailma).

Ominaisuudet ja sopeutumat

• Säteily- ja desikaatiokestävyys: Monet Deinococcus-suvun lajit, esimerkiksi Deinococcus radiodurans, sietävät suuria annoksia ionisoivaa säteilyä ja kestävät pitkää kuivumista. Säteily- ja desikointiherkkyyden välinen korrelaatio viittaa siihen, että samat molekulaariset mekanismit suojaavat molemmilta rasituksilta.
• Tehokas DNA:n korjaus: Näillä bakteereilla on erittäin kehittyneet DNA:n korjausjärjestelmät (mm. homologinen rekombinaatio ja muut kaksoisjuosteiden korjausmekanismit). Moninkertaiset genomikopiot yhdessä tehokkaiden korjausprosessien kanssa mahdollistavat katkenneiden DNA-juosteiden tehokkaan yhdistämisen.
• Proteiinien suojaus: Deinococcus-lajeilla on korkea mangaani-ravinteiden määrä ja antioksidanttijärjestelmiä, jotka suojaavat proteiineja hapettumiselta säteilyn vaikutuksesta. Lisäksi karotenoidipigmentit (esim. deinoksantiini) suojaavat solukalvoja ja antavat monille lajeille erottuvan punertavan värin.
• Korkealämpötilan sietokyky: Thermus-suvun lajit ovat termofiilejä ja viihtyvät kuumissa lähteissä ja muissa korkealämpötilaympäristöissä. Niiden entsyymit ovat lämpöstabiileja.

Taksonomia ja rakenne

Deinococcus–Thermus muodostaa oman säästeliään kladin/filumin bakteerien joukossa. Heimon edustajat yhdistävät piirteitä sekä grampositiivisista että gramnegatiivisista bakteereista: selkeä, paksu peptidoglykaanikerros (josta grampositiivinen värjäytyminen) ja lisäksi ulompi kalvo, mikä muistuttaa gramnegatiivisten rakennetta. Tämä yhdistelmä tekee niiden solurakenteesta poikkeuksellisen ja kiinnostavan evoluutiotutkimuksissa.

Esiintyminen ja ekologia

Deinococcus–Thermus-bakteereja tavataan monenlaisissa ympäristöissä:

• Thermus-lajit ovat yleisiä kuumissa lähteissä, geotermisissä kohteissa ja muissa korkealämpötilaympäristöissä.
• Deinococcus-lajeja on löydetty mm. kuivista erämaaympäristöistä, säteilyaltistuneista maaperistä, teollisuusjätealueilta ja jopa avaruusolosuhteita simuloivista koekentistä. Ne voivat muodostaa biofilmejä ja osallistua paikalliseen kiertoon ja orgaanisen aineksen hajotukseen.

Biotekniset ja soveltavat näkökulmat

• Entsyymit: Thermus aquaticusista eristetty Taq-polymeraasi mullisti PCR-menetelmän kehityksen, koska se kestää toistuvaa kuumentamista. Myös muut termostabiilit entsyymit ovat tärkeitä teollisissa ja tutkimuskäytössä.
• Bioremediaatio: Deinococcus-lajeja tutkitaan mahdollisina apukeinoina säteilylle ja raskasmetalleille altistuneiden alueiden puhdistuksessa, sillä niitä voidaan geneettisesti muokata käsittelemään ja sitomaan haitallisia aineita säteilyn aiheuttamasta vauriosta huolimatta.
• Tutkimusmallit: Deinococcus radiodurans on tärkeä malliorganismi DNA-vaurioiden korjauksen, solunsuojamekanismien ja soluentsyymien tutkimuksissa.
• Astrobiologia: näiden bakteerien kyky selvitä äärimmäisissä olosuhteissa tekee niistä mielenkiintoisen kohteen etsiessä elämän mahdollisuuksia muilla planeetoilla tai altistettaessa organismeja avaruusympäristölle.

Tärkeitä lajeja

• Deinococcus radiodurans – erittäin säteilyä sietävä mallelanimikanta.
• Deinococcus geothermalis – lämmön- ja säteilynsietoon sopeutunut laji.
• Thermus aquaticus – lähde tunnetulle Taq-DNA-polymeraasille.
• Thermus thermophilus – tärkeä termofiilinen malli entsyymi- ja rakennebiologian tutkimuksissa.

Yhteenvetona Deinococcus–Thermus-ryhmä edustaa biologisesti ja soveltavuudeltaan huomattavan monimuotoista bakteeriryhmää, jonka erikoisominaisuudet ovat sekä evolutiivisesti mielenkiintoisia että käytännössä hyödyllisiä tekniikan ja ympäristönhoidon kannalta.

Kysymyksiä ja vastauksia

K: Mikä on Deinococcus-Thermus?

K: Miten Deinococcus-Thermus -bakteerit näkyvät gramvärjäyksessä?

K: Onko Deinococcus-Thermus-bakteereilla toinen kalvo?

K: Mihin Deinococcus-Thermus -bakteerien rakenne muistuttaa?

K: Mikä on nimi sille bakteerikladille, johon Deinococcus-Thermus kuuluu?

K: Mikä on Hadobacteria-nimityksen merkitys?

K: Mikä tekee Deinococcus-Thermus -bakteereista erittäin vastustuskykyisiä ympäristöhaittoja vastaan?

Hae kirjaimella