Радиорезистентные организмы

Радиорезисте́нтные органи́змы — организмы, обитающие в средах с очень высоким уровнем ионизирующего излучения.

Вопреки устоявшемуся мнению, многие организмы обладают поразительной радиорезистентностью. К примеру, в ходе изучения окружающей среды, растений и животных в районе аварии на Чернобыльской АЭС было открыто, что, несмотря на высокий уровень радиации, многие виды совершенно непредсказанно выжили. Бразильские исследования холма в штате Минас-Жерайс с природным высоким уровнем радиации из-за залежей урана также показали множество радиорезистентных насекомых, червей и растений^[1][2]. Некоторые экстремофилы, такие как бактерия Deinococcus radiodurans и тихоходки способны выдержать высочайшую дозу ионизирующего излучения порядка 5000 Гр^[3][4][5].

Приобретённая радиорезистентность

Радиорезистентность можно вызвать, подвергая изучаемый объект небольшим дозам ионизирующего излучения. В нескольких работах был описан такой эффект у дрожжей, бактерий, протистов, водорослей, растений и насекомых, а также in vitro клетках млекопитающих и человека, лабораторных животных. При этом активируется несколько клеточных радиозащитных механизмов, таких как изменение уровня некоторых цитоплазматических и ядерных белков, повышенная экспрессия генов, репарация ДНК и другие процессы.

Многие организмы обладают механизмами самовосстановления, активирующиеся при подвергании действию радиации при некоторых условиях. Два таких процесса самовосстановления у людей описаны ниже.

Devair Alves Ferreira получил большую дозу (7,0 Гр) в ходе радиоактивного заражения в Гоянии и жил, в то время как его жена, получившая дозу 5,7 Гр, умерла. Наиболее вероятным объяснением этого является то, что свою дозу он получил небольшими частями, получаемыми в течение длительного времени, тогда как его жена больше находилась в доме и подвергалась продолжительной радиации без перерыва, давая механизмам самовосстановления в её теле меньше времени, чтобы восстановить нанесённый радиацией вред. Точно также некоторые люди, работавшие в подвалах Чернобыля, получили дозы до 10 Гр, однако они получали их небольшими частями, поэтому острого действия радиация не имела.

В экспериментах по радиобиологии было открыто, что чем больше доза радиации, которой облучают группу клеток, тем меньше число выживших клеток. Кроме того, было установлено, что, если облучать радиацией клетки, длительное время не пребывавшие под её воздействием, то радиация менее способна вызвать клеточную гибель. Человеческое тело содержит множество типов клеток, и отмираение одной ткани в жизненно важном органе приводит к его смерти. Многие быстрые смерти от радиации (от 3 до 30 дней) происходят из-за утраты клеток, образующих клеток крови (костный мозг), и клеток пищеварительной системы, формирующих стенку кишечника.

На приведённом ниже графике дуга доза/выживаемость для гипотетической группы клеток нарисована для случаев, когда клетки имели или не имели времени для восстановления. Кроме времени на восстановление от радиации клетки этих двух групп находились в одинаковых условиях.

Наследственная радиорезистентность

Точно установлено, что радиорезистентность может задаваться генетически и передаваться по наследству по крайней мере у некоторых организмов. Heinrich Nöthel, генетик из Свободного университета Берлина, создал наиболее обширную работу по радиорезистентным мутациям, используя обычную плодовую мушку Drosophila melanogaster, в серии из 14 публикаций.

Радиорезистентность в радиационной онкологии

Термин «радиорезистентность» иногда используется в медицине (онкология) для раковых клеток, плохо устраняемых радиотерапией. Радиорезистентные клетки могут как сами обладать этим свойством, так и вырабатывать его в ответ на радиотерапию.

Радиорезистентность у различных организмов

В приведённой ниже таблице даны сведения о радиорезистентности у различных видов. Между данными, полученными в различных экспериментах, существуют большие различия, так как число используемых образцов невелико, кроме того, иногда невозможно проконтролировать среду, в которой брались данные (к примеру, данные для человека были взяты по результатам бомбардировки Хиросимы и Нагасаки).

Летальная доза радиации, Гр

Организм	Летальная доза	LD50	LD100	Класс/царство
Собака		3.5 (LD50/30 дней)[6]		Млекопитающие
Человек	4-10[7]	4.5[8]	10[9]	Млекопитающие
Крыса		7.5		Млекопитающие
Мышь	4.5-12	8.6-9		Млекопитающие
Кролик		8 (LD50/30 дней)[6]		Млекопитающие
Черепаха		15 (LD50/30 дней)[6]		Рептилии
Золотая рыбка		20 (LD50/30 дней)[6]		Рыбы
Escherichia coli	60		60	Бактерии
Рыжий таракан		64[7]		Насекомые
Моллюск		200 (LD50/30 дней)[6]		-
Плодовая мушка	640[7]			Насекомые
Амёба		1000 (LD50/30 days)[6]		-
Бракониды	1800[7]			Насекомые
Milnesium tardigradum	5000[10]			Eutardigrade
Deinococcus radiodurans	15000[7]			Бактерии
Thermococcus gammatolerans	30000[7]			Археи

LD₅₀ — средняя летальная доза, т.е. доза, убивающая половину организмов в эксперименте;
LD₁₀₀ — летальная доза, убивающая всех организмов в эксперименте^[11].

Примечания

1. ↑ (1973) «Radioresistance of a natural population of Drosophila willistoni living in a radioactive environment.». Mutation research 19 (3): 325–9. DOI:10.1016/0027-5107(73)90233-9. PMID 4796403.
2. ↑ (1965) «Induction by physical and chemical agents of mutations for radioresistance in Saccharomyces cerevisiae». Mutation research 2 (5): 403–12. DOI:10.1016/0027-5107(65)90052-7. PMID 5878261.
3. ↑ Moseley BEB, Mattingly A (1971). «Repair of irradiated transforming deoxyribonu- cleic acid in wild type and a radiation- sensitive mutant of Micrococcus radiodu- rans». J. Bacteriol 105 (3): 976–83. PMID 4929286.
4. ↑ Murray RGE. 1992. The family Deino- coccaceae. In The Prokaryotes, ed. A Ballows, HG Truper, M Dworkin, W Harder, KH Schleifer 4:3732–44. New York: Springer-Verlag
5. ↑ Ito H, Watanabe H, Takeshia M, Iizuka H (1983). «Isolation and identification of radiation-resistant cocci belonging to the genus Deinococcus from sewage sludges and animal feeds. Agric». Biol. Chem. 47: 1239–47.
6. ↑ ^{1 2 3 4 5 6} Radiochemistry and Nuclear Chemistry, G. Choppin, J-O. Liljenzin and J. Rydberg, edition three, page 481, ISBN 0-7506-7463-6
7. ↑ ^{1 2 3 4 5 6} Cockroaches & Radiation. Архивировано из первоисточника 30 сентября 2012. Проверено 13 мая 2006.
8. ↑ Radiation Notes: Radiation Damage and Dose Measurement. Архивировано из первоисточника 30 сентября 2012. Проверено 13 мая 2006.
9. ↑ CDC Radiation Emergencies, Acute Radiation Syndrome: A Fact Sheet for Physicians. Архивировано из первоисточника 30 сентября 2012.
10. ↑ Horikawa DD, Sakashita T, Katagiri C, Watanabe M, Kikawada T, Nakahara Y, Hamada N, Wada S, Funayama T, Higashi S, Kobayashi Y, Okuda T, Kuwabara M. (2006). «Radiation tolerance in the tardigrade Milnesium tardigradum». International Journal of Radiation Biology 82 (12): 843–8. DOI:10.1080/09553000600972956. PMID 17178624.
11. ↑ Р. Г. Госманов, А. К. Галиуллин, А. Х. Волков, А. И. Ибрагимова. Микробиология. — 2011. — С. 241. — 494 с. — 1500 экз.