السبب المفاجئ وراء قدرة "كونان البكتيريا" على تحمل الإشعاع القاتل للبشر

يمكن لنوع من البكتيريا يسمى Deinococcus radiodurans، الملقب بـ "كونان البكتيريا" لقدرته على البقاء على قيد الحياة في أقسى الظروف، أن يتحمل جرعات إشعاعية أكبر بـ 28,000 مرة من تلك التي تقتل الإنسان - وسر نجاحه يعود إلى مضادات الأكسدة.

والآن، كشف العلماء عن كيفية عمل مضادات الأكسدة، مما يفتح الباب أمام إمكانية استخدامها لحماية صحة البشر، سواء على الأرض أو أولئك الذين يستكشفون ما وراءها في المستقبل.

ويتكون مضاد الأكسدة من مجموعة بسيطة من الجزيئات الصغيرة التي تسمى المستقلبات، بما في ذلك المنجنيز والفوسفات وببتيد صغير، أو جزيء صغير من الأحماض الأمينية.

ووفقًا لدراسة جديدة نُشرت يوم الاثنين في مجلة وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم، فإن هذه الثلاثية القوية معًا أكثر فعالية في الحماية من الإشعاع من المنغنيز مع أحد المكونات الأخرى فقط.

يمكن استخدام هذه النتائج لحماية رواد الفضاء من الجرعات العالية من الإشعاع الكوني في بعثات الفضاء السحيق المستقبلية عبر نظامنا الشمسي، وفقًا لمؤلفي الدراسة.

"لقد عرفنا منذ فترة طويلة أن أيونات المنغنيز والفوسفات معًا يشكلان معًا مضادًا قويًا للأكسدة، ولكن اكتشاف وفهم الفاعلية "السحرية" التي توفرها إضافة المكون الثالث يعد إنجازًا كبيرًا. وقد وفرت هذه الدراسة المفتاح لفهم السبب الذي يجعل هذا المزيج مضادًا قويًا وواعدًا للأكسدة"، كما قال براين هوفمان، أستاذ الكيمياء وأستاذ العلوم الحيوية الجزيئية في كلية وينبرغ للفنون والعلوم بجامعة نورث ويسترن في بيان له.

الكشف عن سر مضادات الأكسدة

أظهرت الأبحاث السابقة أن بكتيريا دينوكوكوكس، المعروفة بأنها أكثر أشكال الحياة مقاومة للإشعاع في موسوعة جينيس للأرقام القياسية، يمكنها البقاء على قيد الحياة خارج محطة الفضاء الدولية لمدة ثلاث سنوات. يمكن للبكتيريا القوية أيضاً أن تتحمل الأحماض والبرودة والجفاف.

كما أظهر هوفمان وميشيلي دالي، أستاذ علم الأمراض بجامعة الخدمات الموحدة للعلوم الصحية، قدرة البكتيريا المذهلة على البقاء على قيد الحياة. وأظهر تقرير أكتوبر 2022، الذي شارك الثنائي في تأليفه مع فريق من الباحثين، أنه إذا كانت الدينوكوكوكس موجودة على سطح المريخ، فإن الميكروبات المتجمدة يمكن أن تعيش لملايين السنين.

بالنسبة للدراسة السابقة، قام الفريق بقياس كمية مضادات الأكسدة المنغنيز في خلايا البكتيريا. ووجد الباحثون أن كمية الإشعاع التي يمكن للكائنات الحية الدقيقة البقاء على قيد الحياة مرتبطة مباشرة بكمية مضادات الأكسدة المنغنيز. فكلما زادت كمية مضادات الأكسدة المنغنيز الموجودة في البكتيريا، زادت مقاومتها للإشعاع.

عند تجفيفها وتجميدها، يمكن لـ Deinococcus radiodurans النجاة من 140,000 رمادي أو وحدة من أشعة س وأشعة غاما، وهو ما يزيد بمقدار 28,000 مرة عن كمية الإشعاع التي يمكن أن تقتل الإنسان.

في أحدث الأبحاث، استخدم هوفمان ودالي وزملاؤهما مادة MDP، أو المادة الوقائية المشتقة من الميلاتونين، وهي مضاد أكسدة اصطناعي مستوحى من دينوكوكوكوكوس راديودورانس قام دالي بتصميمه. وقد استُخدم مضاد الأكسدة هذا في اللقاحات متعددة التكافؤ المعطلة بالإشعاع، والتي تعتمد على الإشعاع لإيقاف مسببات الأمراض مثل الكلاميديا. دالي، الذي درس دينوكوكوكوس راديودورانس لسنوات، هو أيضًا عضو في لجنة الأكاديميات الوطنية لحماية الكوكب التابعة للأكاديميات الوطنية.

قام فريق الدراسة بتحليل كيفية حماية المكونات النشطة للديديوكوكوكس راديودوران، بما في ذلك المنجنيز والفوسفات والببتيد المسمى DP1، للخلايا والبروتينات من التعرض للإشعاع. عندما يرتبط الببتيد والفوسفات بالمنغنيز، فإنهما يشكلان مركبًا ثلاثيًا، فعالًا للغاية في الحماية من الإشعاع. وقال هوفمان إن المستقلبات الموجودة في MDP تخلق معًا "خلطة سرية".

وقالت الدكتورة تيتيانا ميلوييفيتش، رئيسة قسم علم الأحياء الخارجية في جامعة أورليانز في فرنسا، إن الدراسة تقدم رؤى جديدة حول كيفية إنشاء الدروع الواقية من الإشعاع بواسطة المستقلبات وربما تعزيزها في المستقبل. لم تشارك تيتيانا في الدراسة.

وقال دالي: "يمكن أن يؤدي هذا الفهم الجديد لمضادات الأكسدة القائمة على المنغنيز إلى تطوير مضادات أكسدة أكثر فعالية للتطبيقات في مجالات الرعاية الصحية والصناعة والدفاع واستكشاف الفضاء".

وأشار دالي إلى أن رواد الفضاء في بعثات الفضاء السحيق سيتعرضون لمستويات عالية من الإشعاع، خاصة من الجسيمات النشطة التي تنتقل عبر الكون وتسمى الأشعة الكونية.

وقال: "يمكن إعطاء مادة MDP، باعتبارها مادة بسيطة وفعالة من حيث التكلفة وغير سامة وفعالة للغاية في الوقاية من الإشعاع، عن طريق الفم للتخفيف من مخاطر الإشعاع الفضائي هذه".

وعلى الأرض، يمكن استخدام مضادات الأكسدة للحماية من الحوادث التي تطلق الإشعاع.

والآن، يشعر الفريق بالفضول لمعرفة ما إذا كان هذا المركب الثلاثي الذي يقف وراء مضادات الأكسدة في دينوكوكوكس موجود في خلايا الكائنات الحية الأخرى، وإذا كان الأمر كذلك، إذا كان يمكن أن يكون مسؤولاً عن مقاومة الإشعاع فيها، كما قال هوفمان.