辐射电阻的演化比我们以前认为的要复杂得多

作者:科学作家露西·Sammicheli

细菌的抗辐射性首先通过DNA修复机制的适应进化,然而随着进化的继续,更多的突变积累,更多的细胞代谢过程受到影响。目前还不清楚哪组突变提供了高水平的耐药性。该研究表明,通过进化获得抗辐射能力可能独立于其他机制,如极端抗干燥(干燥)。

地球上最顽强的生物被称为极端微生物,它们可以在极端干燥、极端寒冷、太空真空、酸性甚至高强度辐射等极端条件下生存。到目前为止,最难对付的似乎是细菌耐辐射球菌——能够承受比对人类致命的辐射量大1000倍的辐射。但到目前为止,科学家们仍对地球上的几种生物如何进化出抗辐射能力感到困惑,因为地球上的磁场自然保护着它们不受太阳辐射的影响。虽然一些科学家认为,极端微生物的抗辐射能力可能与其他种类的抗辐射能力一起进化,比如抗干燥能力,但仍然存在一个问题:哪些基因与抗辐射能力有关?

为了解决这个问题,威斯康辛大学麦迪逊分校的考克斯博士的团队决定“让细胞来告诉他们”。研究人员从天然的不耐药细菌开始,大肠杆菌,并将其暴露在反复的高强度辐射中。经过多轮辐射暴露和生长后,出现了一些抗辐射人群。利用全基因组测序,研究人员研究了每个耐辐射群体的基因改变,并确定了哪种突变对细菌产生了耐辐射。

在他们的第一项研究中,考克斯博士的团队从暴露开始大肠杆菌到50轮电离(Bruckbauer等人2019b)。大约10轮之后,出现了一些抗辐射种群。50轮之后,对它们基因图谱的研究突出了三种导致抗辐射的突变——它们都存在于与DNA修复机制相关的基因中。在他们的新研究中,研究小组将这些细菌再暴露于50轮辐射暴露和选择中。

研究结果发表在万博亚洲体育微生物学前沿显示抗辐射的种群大肠杆菌,继续进化和亚种群出现。令人惊讶的是,虽然由第一组电离所引起的辐射抗性主要与三种突变有关,但第二种诱发了数百种突变,包括几个基因的大量缺失和重复。


高抗辐射的生理学大肠杆菌经过100个选择周期的实验进化
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他说:“我们在这项新试验中进化的四种人群现在已经达到了接近所见的辐射抗性水平耐辐射球菌。随着当前试验的进展,基因改变已经被证明比预期的要复杂得多。考克斯博士说。虽然现在很难确定导致放射抗性增加的所有突变,但研究人员表明,更多的细胞代谢受到影响(ATP合成、铁硫簇生物发生、尸体碱合成和活性氧反应)。

此外,本研究证明了辐射电阻可以发展到水平耐辐射球菌,独立耐干燥。随着辐射暴露和实验进化的继续,越来越多的数据被收集在如何诱导细菌的辐射抗性。有一天,这可能成为一个宝贵的基因突变工具箱,用于设计抗辐射益生菌,例如帮助接受放射治疗的患者,或暴露在太空辐射中的宇航员。

诱导的耐辐射大肠杆菌,随着实验进化的继续和耐辐射水平的增加,进化出复杂的突变谱。图片:M. M. Cox和合著者

原文:高抗辐射的生理学大肠杆菌经过100个选择周期的实验进化

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