Радиотрофный грибок - Radiotrophic fungus
Радиотрофные грибы - это грибы, которые могут использовать радиацию в качестве источника энергии для стимуляции роста. Радиотрофные грибы были обнаружены в экстремальных условиях, например на Чернобыльской АЭС .
Большинство известных радиотрофных грибов в какой-то мере используют меланин для выживания. Процесс использования радиации и меланина для получения энергии получил название радиосинтеза и считается аналогом анаэробного дыхания . Однако неизвестно , используются ли в радиосинтезе многоступенчатые процессы, такие как фотосинтез или хемосинтез .
Открытие
В 1991 году были обнаружены радиотрофные грибы, растущие внутри и вокруг Чернобыльской АЭС . Особо было отмечено, что в охлаждающей воде реакторов на электростанции начали быстро расти колонии грибов, богатых меланином , и они стали черными. Хотя есть много случаев экстремофилов (организмов, которые могут жить в суровых условиях, например, на радиоактивной электростанции), микробиолог Артуро Касадеваль полагал, что эти грибы росли из-за радиации, а не вопреки ей.
Дальнейшие исследования, проведенные в Медицинском колледже Альберта Эйнштейна, показали, что три меланинсодержащих гриба - Cladosporium sphaerospermum , Wangiella dermatitidis и Cryptococcus neoformans - увеличивают биомассу и быстрее накапливают ацетат в среде, в которой уровень радиации был в 500 раз выше, чем в окружающей среде. нормальная среда. Воздействие этих уровней излучения на клетки C. neoformans быстро (в течение 20-40 минут после воздействия) изменило химические свойства его меланина и увеличило опосредованную меланином скорость переноса электронов (измеряемую как восстановление феррицианида под действием НАДН ) в три-четыре раза. -кратно по сравнению с неэкспонированными клетками. Подобные эффекты на способность меланина к переносу электронов наблюдались авторами после воздействия неионизирующего излучения, предполагая, что меланотические грибы также могут использовать световое или тепловое излучение для роста.
Роль меланина
Меланины - это семейство встречающихся в природе древних пигментов с радиозащитными свойствами, которые обычно имеют темно-коричневый / черный цвет. Важно отметить, что меланин имеет высокую молекулярную массу. Этот пигмент может преобразовывать и экранировать энергию, поэтому он может поглощать электромагнитное излучение и поглощать свет. Это качество означает, что меланин может защитить меланизированные грибы от ионизирующего излучения. Передача энергии также усиливает рост грибов, а это означает, что меланизированные грибы растут быстрее. Меланин также является преимуществом для гриба, так как помогает ему выживать в самых разных, более экстремальных и разнообразных средах. Примеры такой среды включают поврежденный реактор в Чернобыле , космическую станцию и горы Антарктики. Меланин также может помочь грибку преобразовывать радиацию в энергию, но все еще необходимы дополнительные доказательства и исследования.
Сравнение с немеланизированными грибами
Меланизация может иметь некоторые метаболические издержки для грибковых клеток. В отсутствие радиации некоторые немеланизированные грибы (которые были мутированы в пути меланина) росли быстрее, чем их меланизированные аналоги. Было высказано предположение, что ограниченное поглощение питательных веществ из-за молекул меланина в клеточной стенке грибов или токсичных промежуточных продуктов, образующихся при биосинтезе меланина, способствует этому явлению. Это согласуется с наблюдением, что, несмотря на способность продуцировать меланин, многие грибы не синтезируют меланин конститутивно (то есть постоянно), а часто только в ответ на внешние раздражители или на разных стадиях своего развития. Точные биохимические процессы в предлагаемом синтезе органических соединений или других метаболитов на основе меланина для роста грибов, включая химические промежуточные соединения (такие как естественные донорные и акцепторные молекулы электронов) в грибковой клетке, а также местоположение и химические продукты этого процесса, являются неизвестный.
Использование в полете человека в космос
Предполагается, что радиотрофные грибы потенциально могут использоваться в качестве щита для защиты от радиации , особенно в связи с использованием астронавтами в космосе или других атмосферах. Эксперимент, проводившийся на Международной космической станции с декабря 2018 года по январь 2019 года, был проведен с целью проверить, может ли использование радиотрофных грибов помочь в защите от ионизирующего излучения в космосе, в рамках исследовательских усилий, предшествующих возможному полету на Марс . В этом эксперименте использовали радиотрофный штамм грибов Cladosporium sphaerospermum . Рост этого грибка и его способность отражать действие ионизирующего излучения изучались в течение 30 дней на борту Международной космической станции . Это экспериментальное испытание дало очень благоприятные результаты.
Было обнаружено, что количество отклоненного излучения напрямую зависит от количества грибка. Не было никакой разницы в снижении ионизирующего излучения между экспериментальной и контрольной группами в течение первых 24 часов, однако, как только радиотрофные грибы достигли адекватного созревания и с радиусом защиты 180 °, было обнаружено, что количество ионизирующего излучения были значительно снижены по сравнению с контрольной группой. С экраном толщиной 1,7 мм из меланизированного радиотрофного Cladosporium sphaerospermum измерения радиации ближе к концу экспериментального испытания оказались на 2,42% ниже, демонстрируя способность отклонять излучение в пять раз по сравнению с контрольной группой. При обстоятельствах, при которых грибки полностью охватят объект, уровни радиации будут снижены примерно на 4,34 ± 0,7%. Оценки показывают, что слой толщиной примерно 21 см может значительно отклонить годовое количество радиации, получаемой на поверхности Марса . Ограничения использования щита на основе радиотрофных грибов включают повышенную массу во время миссий. Однако в качестве жизнеспособной замены для уменьшения общей массы в потенциальных марсианских миссиях можно использовать смесь с равной мольной концентрацией марсианской почвы , меланина и слоя грибов толщиной примерно 9 см.