Кислород. Молекула, изменившая мир

Маленький монстр, о котором пишут Хойл и Дейвис, представляет собой красноватую бактерию Deinococcus radiodurans, относящуюся к небольшому семейству из шести бактерий, и все они устойчивы к радиации. Эта бактерия является одним из самых радиационно устойчивых организмов на Земле. Впервые ее обнаружили в облученном консервированном мясе, а затем — в выветренных гранитных скалах почти безжизненной Антарктики, на стерилизованных излучением медицинских инструментах, а также во множестве вполне обычных мест, таких как комнатная пыль или экскременты животных. Бактерия устойчива не только к действию ионизирующего излучения, но и к разным другим типам физического и химического воздействия, включая ультрафиолетовое излучение, нагревание, высушивание и действие пероксида водорода и различных токсинов. Этот комплекс качеств, возможно, позволит использовать D. radiodurans для восстановления среды, пострадавшей от излучения и химического воздействия. Наличие коммерческого потенциала вызвало интерес к исследованиям генома (полного набора генов) данной бактерии. В ноябре 1999 г. в журнале Science Оуэн Уайт и большая группа ученых (в основном из Института геномных исследований в Роквилле, Мэриленд) опубликовали полную нуклеотидную последовательность ее генома. И теперь мы гораздо лучше понимаем, в чем дело.

Эта бактерия — химера, прекрасный пример способности природы быстро находить решение, исходя из уже существующих элементов, и придавать ему вид заранее продуманного плана. Здесь нет никакого волшебства, и космос тут ни при чем. Практически все механизмы репарации ДHK, имеющиеся у D. radiodurans, есть и у других бактерий, но они редко соединяются в одной клетке. Единственным уникальным свойством D. radiodurans является удивительно эффективная система удаления отработанного материала, с помощью которой все поврежденные молекулы удаляются из клетки до того, как они вновь встроятся в ДНК в процессе репарации или репликации. Удивительная живучесть бактерии объясняется наличием множества копий ее собственных генов, а также генов, полученных от других бактерий[38]. Большинству бактерий для счастливой жизни хватает всего нескольких защитных механизмов, тогда как D. radiodurans собрала их все, причем во множестве копий. Это позволяет бактерии процветать в неблагоприятных условиях, где у нее значительно меньше конкурентов.

Так что, скорее всего, речь не идет ни о каком испытании космическим излучением, о котором говорил Дейвис. По-видимому, Deinососсиs относительно недавно адаптировались к воздействию излучения. В статье в Science Уайт с коллегами сравнили геном D. radiodurans с геномами другиx бактерий и обнаружили, что ее ближайшим родственником является экстремальный термофил Thermus thermophilus. Из 175 генов T. thermophilus 143 имеют двойников в клетках D. radiodurans. Возможно, устойчивость бактерии к широкому спектру неблагоприятных воздействий возникла в результате модификации систем, изначально предназначавшихся для жизни при высокой температуре.

Здесь следует сделать одно важное замечание, к которому мы еще вернемся позднее. Гены, защищающие клетки от ионизирующего излучения, также оберегают от кислородной интоксикации и от многих других типов стресса, таких как нагревание, инфекция, тяжелые металлы или токсины. Человеческие гены, активированные излучением, защищают от кислородной интоксикации, малярии и отравления свинцом. Причина такой перекрестной защиты заключается в том, что многие стрессовые воздействия в клетках развиваются по одинаковому патологическому пути, и поэтому одни и те же механизмы могут защищать от разных видов стресса. Этот общий патологический путь представляет собой окислительный cmрecc — нарушение равновесия между производством свободных радикалов и антиоксидантной защитой. Однако окислительный стресс — не только патологический процесс, но и сигнал,сообщающий клетке об опасности. Таким образом, это одновременно и угроза, и сигнал, позволяющий противостоять этой угрозе. Так, бомбардировка Перл-Харбора японскими войсками была одновременно актом агрессии и сигналом Америке о необходимости вступить в войну.