Deinococcus radiodurans


Stralingsbestendige bacterie herstelt DNA-schade volledig

Marcel aan de Brugh : 20 november 1999

Hoeveel ioniserende straling kan een organisme verdragen? Veel, als je Deinococcus radiocurans heet. Deze bacterie staat bekend vanwege zijn ongekende vermogen om DNA-schade door straling te herstellen. Een dosis van 17.500 gray (1 gray is 1 J/kg) veroorzaakt honderden breuken in de DNA-streng van de bacterie, maar die schade wordt binnen 24 uur volledig hersteld, zonder fouten.

Een Amerikaanse groep genetici heeft het genoom van de bacterie D. radiodurans opgehelderd en afgeleid waarop het bijzondere vermogen van het meest stralingsbestendige organisme op aarde is terug te leiden.

D. radiodurans blijkt alle DNA-herstel-mechnanismen in huis te hebben waarover een bacterie maar kan beschikken.

Bovendien is elk systeem in meervoud aanwezig (Science, 19 nov). D. radiodurans is een algemeen voorkomende bacterie.

Hij is aangetroffen in bodems die rijk zijn aan organische voedingsstoffen, in dierlijke uitwerpselen, in bestraald en ingeblikt vlees, Antarctisch graniet, huisstof en bestraalde medische instrumenten.

Uit de genoom-analyse blijkt dat het erfelijk materiaal van de bacterie bestaat uit ruim drie miljoen baseparen (1000 keer zo weinig als de mens), verdeeld over twee chromosomen en twee plasmiden.

D.radiodurans blijkt over heel wat genen te beschikken die coderen voor DNA-herstel-eiwitten.

Bovendien zijn die genen in meervoud aanwezig. Geen enkele bacterie heeft bijvoorbeeld zoveel DNA glycosylases (enzymen die beschadigde guaninemoleculen uit de DNA-streng verwijderen) als D. radiodurans.

En de bacterie bezit 23 genen van de zogeheten Nudixfamilie. Deze genen coderen voor eiwitten die reactieve groepen aan gemuteerde nucleotiden in de DNA-streng neutraliseren.

Verder ontdekten de Amerikanen bij D. radiodurans een uniek mechanisme.

De bacterie sluist beschadigde nucleotiden de cel uit zodat ze niet opnieuw in een DNA-streng kunnen worden gezet.

Daarnaast zijn er genen die ervoor zorgen dat de bacterie buitengewoon snel nieuwe nutrienten kan opnemen zodat de beschadigde en naar buiten geloodste moleculen snel worden vervangen.

De bacterie is er helemaal op ingericht om stress, met name hoge doses straling, te overleven.

http://proteomeweb.anl.gov/proteomes/deinococcus_radiodurans/index.asp

http://www.microbe.org/microbes/Deinococcus.asp

http://noorderlicht.vpro.nl/artikelen/8735398/

Deinococcus radiodurans
Courtesy Michael Daly

Colonies of D. radiodurans growing in a petri dish
Courtesy Michael Daly

http://wishart.biology.ualberta.ca/BacMap/graphs_cgview.html

Genome Structure

The genome structure of Deinococcus radiodurans is made up of two chromosomes (2,648,638 and 412,348 base pairs), a megaplasmid (177,466 base pairs), and a small plasmid (45,704 base pairs), creating a genome of 3,284,156 base pairs (TIGR, 2004). The megaplasmid and chromosomes qualities are in part what allows the organism to withstand -radiation, desiccation, and oxidizing agents as well as many other DNA-damaging conditions such as starvation. D. radiodurans can also grow at 60Gy/h without any growth rate effects being visible (Y. Lui et al., 2003).

http://gasp.med.harvard.edu/micro200/Kolter/06radioduransrings.pdf


Genjager
Craig venter kreeg de decodering van D Radiodurans in 1999 voor elkaar
In 1991, een jaar nadat het Humaan Genoom Project officieel van start ging, vond Venter een kortere route om genen te karakteriseren.
Althans, stukken van genen.
Daarvoor maakte hij gebruik van zogeheten cDNA-banken.
Het cDNA bevat alleen de coderende onderdelen van een gen, de exonen.
Een gen is opgebouwd uit blokken, de intronen en exonen. Bij het aflezen van een gen worden de intronen er tussen uit geknipt. De overgebleven exonen worden in de goede volgorde aan elkaar geplakt en daaruit ontstaat een zogeheten boodschapper RNA (messenger RNA, of mRNA). De informatie op dit mRNA wordt tenslotte vertaald in een eiwit. mRNA laat zich moeilijk bewaren want het is erg instabiel.
Daarom hebben genetici die mRNA informatie opgeslagen in de vorm van DNA, dat veel stabieler is. Dat zijn de cDNA’s (c staat voor copy).

Venter begon kleine stukken van cDNA’s te sequencen en kreeg zo binnen de korste keren talloze `genetische snippers’ in handen. Hij noemde ze expressed sequence tag’s (EST’s).

In 1991 had hij er 347; een jaar later waren dat er 2.375 en nog eens zes maanden later had hij 4.448 EST’s in handen. Venters EST-methode is inmiddels ingeburgerd. Veel genetici sporen genen op via EST’s ( waarvan er in 2000 naar schatting 1,2 miljoen in de EST-databanken zitten.) Hoeveel genen ze vertegenwoordigen weet niemand. Het is een hels karwei om uit te zoeken welke EST’s bij elkaar horen en welk gen ze precies vormen. . Volgens sommigen zijn de EST-banken een grote puinhoop.

Craig Venter heeft vooral DNA van micro-organismen gesequenced.
Dat zijn kleine, makkelijk hanteerbare genomen.
Ze bevatten geen junk-DNA.
Het menselijk genoom bestaat voor 95 procent uit junk-DNA (waarvan de functie nog niet helemaal bekend is) en slechts vijf procent uit genen (DNA dat codeert voor eiwitten).
Dat junk-DNA zit bovendien vol met repeterende sequenties, stukken DNA die zich herhalen.
Het zogeheten LINE-element is 6.000 tot 7.000 basen lang en komt 50.000 keer voor in het humaan genoom
Verdere links :
Waarom de bacterie Deinococcus radiodurans bestralingen met een 2000 keer zo grote kracht dan wat een mens kan hebben wel overleeft lijkt ontrafelt door onderzoekers. hoge niveau van mangaan en lage niveau van ijzer speelt daarbij een doorslaggevende rol. Vitamine E. heeft soortgelijke werking als mangaan.
6 oktober 2004: Bron: Nature: Published online: 30 September 2004; | doi:10.1038/news040927-18:Onderzoekers in Engeland hebben ontdekt waarom de bacterie Deinococcus radiodurans ongevoelig bljikt voor grote dosis bestralingen en zelfs 2000 keer zo grote dosis bestraling overleeft die voor een mens dodelijk zou zijn.
De onderzoekers kwamen erachter dat een grote hoeveelheid mangaan in de cellen de bacterie beschermt in combinatie met een laag niveau van ijzer op dat moment en zelfs de beschadigingen van vrije radicalen lijkt te herstellen.
De bacterie lijkt daarmee een soort beschermingsschild om zijn cellen heen te bouwen waardoor de bestraling geen schade aan kan richten aan de gezonde cellen.
Hoewel nog prematuur lijkt deze vinding ook belangrijk voor kankerpatiënten want stel dat het mogelijk is de niveaus van mangaan kunstmatig te verhogen in gezonde cellen tijdens bestralingen dan zou het effect van bestraling wel eens veel hoger kunnen zijn en de bijwerkingen veel lager dan nu het geval is, aldus de onderzoekers.
Opvallend toch ook dat vitamine E. al jaren bekend staat en ook bewezen heeft het effect van bestraling te verhogen en de bijwerkingen te verlagen.
In deze studie merken de onderzoekers ook op dat vitamine E. een grote gelijkenis toont met mangaan bv. :
Bestralingschade aan de huid ( UV ) is heel eenvoudig te voorkomen en te herstellen door ordinaire levertraanzalf en ook dageljiks een extra vitamine E-400 capsule.
Secret of radiation-proof bugs proposed
Helen Pearson
Internal antioxidants may shield cells from radiation damage.Deinococcus radiodurans survives extreme blasts of radiation.
Alexander Vasilenko

US researchers have come up with a novel theory for how a tiny, tough bacterium can survive doses of radiation 2,000 times those that would fry a person.
The unassuming red bacterium, called Deinococcus radiodurans, was discovered around 50 years ago in a batch of irradiated meat. Ever since, scientists have wondered how it can withstand radiation better than almost any other organism in the world. “They’re better than cockroaches,” says microbiologist James Imlay at the University of Illinois, Urbana.Researchers know that the bug is particularly good at patching up DNA damage wrought by radiation. Now Michael Daly of the Uniformed Services University of the Health Sciences in Bethesda, Maryland, and his team have come up with a possible explanation why.
By comparing bacteria with different sensitivities to radiation, the team found that the most resistant bacteria tend to store up high levels of manganese and relatively low levels of iron. By contrast, the bacteria that shrivel up at a hint of radiation have little manganese and more iron. Artificially lowering the manganese levels also made bacteria more susceptible to radiation damage, the team reports report in Science1. “It was quite stunning to us,” Daly says.The marvels of manganeseDaly suggests that the manganese helps to clear up damaging molecules, such as free radicals, that are released by the bugs’ metabolism. This leaves the bacteria in a healthier state and better able to patch up DNA damaged by radiation. To test this theory, the team is now trying to create radiation-resistant strains of Escherichia coli by pumping up their levels of manganese.
If manganese also proves protective in human cells, Daly foresees numerous uses. A dose of antioxidants that mimic some of the effects of manganese, such as vitamin E, might safeguard the cells of those who are exposed to radiation by a nuclear accident, for example.The discovery might also help those receiving radiation therapy for cancer, Daly speculates. A drug might be designed that boosts the amount of manganese in healthy cells, but leaves cancerous ones alone. This would render healthy tissue resistant to the radiation, and avoid some side-effects of the therapy. “There’s some really important stuff here,” Daly says.
But Imlay cautions that such speculation is premature, because the radiation-resistant bacteria might have high manganese for another reason unconnected to their hardiness. The team needs to show exactly how manganese helps bacteria recover from radiation damage, he says.Before this, scientists have come up with other explanations for the robustness of the bacteria. Last year, a team of scientists proposed that peculiar circular rings of DNA in the bacteria help them patch up their damaged DNA2. But Daly grew bacteria in which these rings were missing and showed that they were just as hardy.References
Daly M., et al. Sciencexpress, doi:10.1126/science.1103185 (2004). Levin-Zaidman S., Englander J., Shimoni E., Sharma A. K., Minton K. W. & Minsky A. Science, 299. 254 – 256 (2003). | Article | PubMed | ISI | ChemPort |
Cell Structure and Metabolism

When observed by an electron microscope, the cell wall was discovered to have an unusual thickness of about 50-60 nm, with a dense inner layer of about 14-20 nm. This inner wall creates the septa and sometimes the fenestrated layer. The septum forms an unusual shape, described as a pair of curtains rather than the typical “iris-diaphram”. Deinococcus typically forms a tetrad shape, allowing a second division to begin before the first is complete during cell division (R. Murray).

A micrograph picture of D. radiodurans displaying the typical tetrad cell structure. From the Max Planck Institute for Molecular Genetics

.

Ecology

The natural habitat of Deinococcus is not yet known because Deinococcus is chemoorganotrophic. It has been isolated from a variety of sites, and needs a complex growth media. It seems that the proteases of Deinococcus may be used for the generation of several useful amino acids and possibly a few sugars as well. Deinococcus strains have been grown from a variety of materials including soil, animal feces, and meat. It is speculated that these aerobic bacteria are likely to live in rich organic habitats, such as feces or intestinal contents (R. Murray).

References

Some Relevant resources

Physiologic Determinants of Radiation Resistance in Deinococcus radiodurans, Amudhan Venkateswaran, Sara C. McFarlan, Debabrota Ghosal, Kenneth W. Minton, Alexander Vasilenko, Kira Makarova,Lawrence P. Wackett, and Michael J. Daly Applied and Environmental Microbiology, June 2000, p. 2620-2626, Vol. 66, No. 6

Genome of the Extremely Radiation-Resistant Bacterium Deinococcus radiodurans Viewed from the Perspective of Comparative Genomics Kira S. Makarova, L. Aravind, Yuri I. Wolf, Roman L. Tatusov, Kenneth W. Minton, Eugene V. Koonin, and Michael J. Daly, Microbiology and Molecular Biology Reviews, March 2001, p. 44-79, Vol. 65, No. 1

Meet Conan the Bacterium Humble microbe could become “The Accidental (Space) Tourist”World’s Toughest Bacterium Has a Taste for Waste

Deinococcus radiodurans

Witches’ Brew of Weird Bugs

Proteome analysis of Deinococcus radiodurans

Het Creationisten hoekje  

Onherleidbaar ?….

Deinococcus niet onstaan door evolutie …

 februari 9th, 2010 on 12:08 pm / http://www.sterrenstof.info/?p=953#comments

…..De Deinococcus, dit is echt een geweldige bacterie, letterlijk bijna niet kapot te krijgen. (Ook een voorbeeld ( = van een IC-ontwerp , volgens Behe’s definitie , dat niet kon onstaan door evolutie ) in het boek van Peter Borger )

Deze bacterie kan 15.000 Gy straling weerstaan zonder dood te gaan. De mens is bij 10 Gy al dood.

Peter zijn argument is dan ook, nergens op aarde komt er 15.000 Gy straling voor, nog in de verste verte niet. Dus hoe kan dit organisme dan zijn geevolueerd? Een terechte vraag zou ik zeggen.

Hier houdt het ook mee op in zijn boek, maar ga je zelf op onderzoek uit dan kom je erachter dat er best veel onderzoek naar gedaan is.

Er was een hypothese geopperd dat het een bijeffect zou kunnen zijn, door bijvoorbeeld desiccation(extreme droogte).

Er zijn onderzoeken  hiernaar geweest en die lijken  dit ook te bevestigen.

Link naar  onderzoek:
http://jb.asm.org/cgi/reprint/178/3/633?view=long&pmid=8550493

1780633.pdf

Als je het stuk leest in PB zijn boek lijkt hij echt te sturen naar het stralingsargument, terwijl dit organisme sowieso tegen bijna alles bestand is en niet alleen straling.

Dus op de vraag die PB stelt, hoe kan dit organisme zijn geevolueerd.

Nou, met ondersteunend bewijs, door extreme droogte. ….

dit is geen 100% bewijs, maar het maakt het argument van pb een heel stuk zwakker.

radiodurans[1]  <—PDF 

Over tsjok45
Gepensioneerd . Improviserend jazzmuzikant . Instant composer. Jamsession fanaat Gentenaar in hart en nieren

4 Responses to Deinococcus radiodurans

  1. knutselsmurf zegt:

    Peter Borger, leeft die nog steeds ?
    Daar moest ik altijd zo om lachen toen VKblog nog ademde. Hij zag ik elke witte vlek op de kaart der kennis de vingerafdrukken van God, zoals normale mensen in elke wolk een schaap zien.

  2. Pingback: GENETISCHE REPARATIES | Tsjok's blog

  3. Interessant om te lezen en zeer goed te volgen

  4. Pingback: INHOUD D | Tsjok's blog

Geef een reactie

Vul je gegevens in of klik op een icoon om in te loggen.

WordPress.com logo

Je reageert onder je WordPress.com account. Log uit / Bijwerken )

Twitter-afbeelding

Je reageert onder je Twitter account. Log uit / Bijwerken )

Facebook foto

Je reageert onder je Facebook account. Log uit / Bijwerken )

Google+ photo

Je reageert onder je Google+ account. Log uit / Bijwerken )

Verbinden met %s

%d bloggers op de volgende wijze: