Acest organism extrem de rezistent la radiații a dezvoltat o abilitate uimitoare.

În locuri precum Cernobîl şi Fukushima, unde dezastrele nucleare au încărcat mediul cu niveluri periculoase de radiaţii, pare firesc să ne gândim că organismele ar putea evolua strategii ca să le suporte.

Totuşi, unul dintre cele mai rezistente la radiaţii organisme descoperite până acum nu provine dintr-un spaţiu contaminat radioactiv. Este vorba despre un arheon numit Thermococcus gammatolerans, capabil să tolereze o doză uluitoare de aproximativ 30.000 de gray (Gy) - de circa 6.000 de ori mai mare decât doza pe întreg corpul care poate omorî un om în decurs de câteva săptămâni.

Thermococcus gammatolerans: arheonul extrem rezistent la radiaţii

Casa lui T. gammatolerans se află la mare adâncime, nu lângă reactoare. În Bazinul Guaymas din Golful Californiei, la aproximativ 2.600 m sub suprafaţa oceanului, izvoarele hidrotermale aruncă în întunericul abisal fluide supraîncălzite, încărcate cu minerale. Acolo, departe de orice infrastructură umană, acest microb trăieşte prins de structurile din jurul venturilor.

Câmpul hidrotermal Guaymas este o zonă în care scoarţa de pe fundul mării se fisurează, iar căldura vulcanică şi reacţiile chimice pătrund în apă. Între presiunea zdrobitoare a apelor din adâncurile bathipelagice lipsite de lumină şi temperaturile extreme, mediul este aproape imposibil pentru oameni. Tocmai de aceea apare întrebarea: cum reuşeşte viaţa nu doar să reziste, ci chiar să prospere într-un asemenea loc?

Descoperirea din adâncuri şi testul cu raze gamma

Thermococcus gammatolerans a fost identificat pentru prima dată cu decenii în urmă, după ce cercetătorii au folosit un submersibil pentru a colecta probe cu microbi de pe un izvor hidrotermal.

În laborator, o echipă condusă de microbiologul Edmond Jolivet, de la Centrul Naţional Francez pentru Cercetare Ştiinţifică (CNRS), a iradiat culturi îmbogăţite cu 30.000 Gy de raze gamma, folosind o sursă de cesiu-137. În mod surprinzător, o specie a continuat să se dezvolte chiar şi după această expunere extremă.

Analiza a arătat că era un arheon nedescris anterior, care a primit numele T. gammatolerans. Practic, el îşi ducea existenţa liniştit pe venturile din Guaymas, având o rezistenţă la un pericol la care, în mod normal, abia dacă ar fi fost expus.

Un organism adaptat la căldură şi chimie, nu la reactoare

Asta nu înseamnă că mediul său e blând. T. gammatolerans se simte bine la temperaturi în jur de 88 °C şi îşi obţine energia din compuşi ai sulfului. Cu toate acestea, rezistenţa la radiaţii nu părea o cerinţă de supravieţuire în habitatul lui: înainte ca cercetătorii să aducă în ecuaţie cesiu-137, iradierea intensă nu era un factor relevant.

Genom „obişnuit”, performanţă neobişnuită

Enigma s-a adâncit odată cu un studiu publicat în 2009, care a analizat genomul lui T. gammatolerans. O echipă coordonată de microbiologul Fabrice Confalonieri, de la Universitatea Paris-Saclay, se aştepta să găsească un volum neobişnuit de mare de gene dedicate protecţiei şi reparării ADN-ului. Însă nu a apărut un „exces” evident de mecanisme de reparare: arsenalul genetic părea, surprinzător, destul de standard.

Dacă explicaţia nu stătea la vedere în lista de gene, poate că era mai clară în felul în care se produce şi se gestionează deteriorarea.

Ce îi face „scutul” atât de eficient: mai puţin stres oxidativ, reparare rapidă

Într-o lucrare din 2016, o echipă condusă de biologul chimist Jean Breton, de la Universitatea Grenoble Alpes, a investigat direct ce efect are radiaţia ionizantă asupra lui T. gammatolerans şi cum reacţionează organismul.

Cercetătorii au expus colonii ale arheonului la raze gamma provenite dintr-o sursă de cesiu, în doze de până la 5.000 Gy, şi au urmărit consecinţele. Rezultatele au arătat că radiaţia îi afectează totuşi ADN-ul - microbul nu este invulnerabil - însă daunele oxidative produse de radicalii liberi eliberaţi de radiaţie au fost mult mai mici decât s-ar fi anticipat.

Mai mult, o parte importantă a deteriorărilor a fost remediată în decurs de aproximativ o oră, cu enzime de reparare pregătite să intervină rapid.

De ce ar ajuta un izvor hidrotermal la rezistenţa la radiaţii?

Chiar dacă motivul exact pentru care T. gammatolerans limitează şi repară atât de bine efectele iradierii rămâne neclar, mulţi oameni de ştiinţă bănuiesc că habitatul este cheia. Viaţa pe lângă izvoarele hidrotermale înseamnă expunere continuă la căldură extremă, stres chimic şi molecule reactive - condiţii care, şi ele, pot deteriora ADN-ul.

Cu alte cuvinte, sistemele care îl ajută să supravieţuiască în întuneric fierbinte şi lipsit de oxigen ar putea funcţiona şi ca o protecţie eficientă împotriva radiaţiei ionizante. Presiunile evolutive care l-au modelat pentru viaţa de pe venturi ar fi putut produce, ca efect secundar, această capacitate remarcabilă de a suporta doze care ar ucide organisme mult mai mari.

Nu un „specialist” al radiaţiilor, ci un produs secundar al adaptării

T. gammatolerans nu pare să fie un specialist al radiaţiilor - şi nici nu are un motiv să fie. Este puţin probabil ca, de-a lungul a milioane de ani în adâncul mării, să fi întâlnit un flux susţinut şi intens de radiaţii care să-i fi „antrenat” biologia în mod direct.

În evoluţie există ideea de „supravieţuire a celor suficient de buni”: mecanismele care îi permit lui T. gammatolerans să îndure chimia vulcanică clocotită de pe fundul oceanului au fost suficient de bune pentru acel mediu. Faptul că aceleaşi mecanisme îl fac şi uimitor de rezistent la radiaţii este unul dintre acele cazuri rare în care „destul de bun” devine, în mod neaşteptat, extraordinar.

Ce am putea învăţa din T. gammatolerans (şi ce limite există)

Înţelegerea felului în care acest arheon reduce stresul oxidativ şi îşi activează rapid repararea ADN-ului ar putea inspira aplicaţii în biotehnologie: de la stabilizarea enzimelor folosite în procese industriale la temperaturi ridicate, până la dezvoltarea unor metode de protecţie pentru celule expuse la radiaţii în contexte medicale sau tehnologice.

În acelaşi timp, este important de reţinut că rezistenţa observată la un microorganism nu se traduce direct la organisme complexe. Chiar dacă T. gammatolerans poate tolera doze enorme, asta nu înseamnă că există o „reţetă simplă” pentru a conferi aceeaşi protecţie oamenilor; diferenţele de structură celulară, ţesuturi şi control al diviziunii fac ca efectele radiaţiilor să fie mult mai greu de gestionat la scări biologice mai mari.