Maak kennis met Deinococcus radiodurans, door microbiologen ook wel ‘Conan de Bacterie’ genoemd, vanwege zijn indrukwekkende vermogen om in de zwaarste omstandigheden zijn microbiële kopje boven water te houden.
Deinococcus kan een hoeveelheid straling weerstaan die tienduizenden keren hoger ligt dan de tolerantiegrens van een mens, of welk ander organisme dan ook. De truc achter deze ongekende weerstand zit hem in een moleculaire mix van eenvoudige metabolieten, die samen met mangaan een krachtig antioxidant vormen. Wetenschappers van onder meer de Northwestern University uit Illinois hebben nu ontdekt hoe dit antioxidant precies werkt.
Drie in een
De Amerikaanse onderzoekers konden daarmee het nieuwe synthetische antioxidant MDP ontwikkelen, dat is geïnspireerd op de veerkracht van Deinococcus radiodurans. Ze ontdekten dat de componenten van MDP — mangaanionen, fosfaat en een kleine peptide — samen een driedelig complex vormen dat aanzienlijk krachtiger beschermt tegen stralingsschade dan mangaan in combinatie met een van de andere onderdelen afzonderlijk.
Deze ontdekking maakt de weg vrij voor nieuwe, synthetische antioxidanten die speciaal zijn ontworpen voor menselijke toepassingen, zoals het beschermen van astronauten tegen kosmische straling tijdens lange ruimtemissies, de voorbereiding op stralingsrampen op Aarde en het ontwikkelen van ‘geïnactiveerde vaccins’ waarbij de ziekteverwekker door bestraling is gedood.
Superieur schild
“Het is dit driedelige complex dat MDP’s superieure schild vormt tegen de effecten van straling”, zegt Brian Hoffman van Northwestern, die de studie uitvoerde die deze week in vakblad PNAS verscheen. “We wisten al dat mangaanionen en fosfaat samen een sterk antioxidant vormen, maar het ontdekken en begrijpen van de ‘magische’ kracht van dat derde element is een doorbraak. Deze studie maakt duidelijk waarom deze combinatie zo krachtig en veelbelovend is als stralingsprotector.”
De hulk van het microbenrijk
Het belangrijke nieuwe werk bouwt voort op eerder onderzoek, waarin dezelfde onderzoekers de mogelijke stralingsbestendigheid van Deinococcus radiodurans op Mars onderzochten. Hoffmans team gebruikte geavanceerde spectroscopie om de hoeveelheid mangaan-antioxidanten in de cellen van de bacterie te meten. Volgens de wetenschappers hangt de hoeveelheid straling die een micro-organisme of zijn sporen kunnen overleven direct samen met de hoeveelheid mangaan-antioxidanten in de cellen. Simpel gezegd: hoe meer mangaan-antioxidanten, hoe groter de weerstand tegen intense straling.
28.000 keer de dodelijke dosis
Eerdere onderzoeken toonden aan dat Deinococcus radiodurans stralingsdoses van 25.000 gray (een eenheid voor röntgen- en gammastraling) kan overleven. Maar in hun studie uit 2022 ontdekten de onderzoekers dat de bacterie, in gedroogde en bevroren staat, doses van maar liefst 140.000 gray aankan. Dat is 28.000 keer meer dan wat een mens kan verdragen. Deze resultaten tonen aan dat als er slapende, bevroren microben in de bodem van Mars zitten, zij mogelijk de verwoestende effecten van kosmische straling en zonnestormen hebben doorstaan.
Om de stralingsbestendigheid van de bacterie beter te begrijpen, onderzochten de onderzoekers een synthetische decapeptide genaamd DP1. Wanneer DP1 wordt gecombineerd met fosfaat en mangaan ontstaat MDP, een antioxidant dat vrije radicalen neutraliseert, en cellen en eiwitten beschermt tegen stralingsschade. Ze ontdekten ook dat MDP effectief is bij het ontwikkelen van vaccins die door bestraling zijn geïnactiveerd.
Brede inzetbaarheid
Het onderzoeksteam onthulde dat het actieve ingrediënt van MDP een driedelig complex is: een nauwkeurig samenspel van fosfaat en peptide gebonden aan mangaan. “Dit nieuwe inzicht in MDP heeft de potentie om te leiden tot de ontwikkeling van nog krachtigere mangaan-gebaseerde antioxidanten voor toepassingen in de gezondheidszorg, industrie, defensie en ruimtevaart”, klinkt het tot besluit.
