Thread by @Malo_82

Deinococcus radiodurans 🦠
Der Hulk unter den Bakterien 🧌

Strahlendosen ☢️ von mehreren Tausend Gray?
Kein Problem für den Hulk unter den Bakterien 🧌

#Mikrobiologie for the Win 🧵 1/15

https://twitter.com/Malo_82/status/1622130760692948994

2) Allen ist wohl klar, dass ionisierende Strahlung gefährlich ist ☢️☠️
Doch was genau passiert da auf molekularer Ebene?
Den größten Schaden richtet die Strahlung bei der DNA an.

3) Die DNA ist eine Doppelhelix und besteht aus zwei sich umwindenden Einzelsträngen. Durch die Strahlung können diese Stränge brechen. Besonders kritisch sind dabei Doppelstrangbrüche, wo die DNA in zwei Teile geteilt bzw. ringförmige DNA (z.B. bei Bakterien) linearisiert wird.

4) Auch Nukleotide, also die Bausteine der DNA, können verändert oder zerstört werden. Dadurch kann es zu Mutationen kommen.
Alle diese Schäden verursachen auch Probleme beim Ablesen der DNA (Transkription der mRNA) und bei der Replikation (DNA-Verdopplung für die Zellteilung).

5) Schäden in der DNA können auch unter normalen Lebensbedingungen entstehen. Daher gibt es spezielle Reparaturmechanismen, um diese wieder beheben zu können. Fehlerhafte Nukleotide werden z.B. erkannt, herausgeschnitten und anhand des komplementären Stranges neu synthetisiert.

6) Auch Strangbrüche in der DNA können bis zu einem gewissen Teil auf unterschiedliche Arten wieder repariert werden. Dabei kann es aber auch zu Fehlern und evtl. Mutationen kommen.
Doch nun zurück zu unserem heutigen Rekordhalter D. radiodurans 🦠

7) D. radiodurans ist kugelförmig, rosa bis rot gefärbt und lebt oft in Gruppen von 4 Zellen. Es wurde erstmals 1956 aus verdorbenen Fleischkonserven isoliert. Das faszinierende daran: Die Konserven wurden zuvor mit 4000 Gy Gammastrahlung behandelt, um diese zu sterilisieren ☢️😱

8) Doch da geht noch deutlich mehr. Bis zu 5000 Gy gibt es keinen Verlust der Lebensfähigkeit! Danach sinkt das Überleben exponentiell, doch auch bei 10000 Gy überleben noch immer einige der Bakterien in der bestrahlten Kultur.
(Quelle: DOI: 10.1146/annurev.micro.51.1.203)

9) Einer der Gründe für die enorme Resistenz dieses Bakteriums gegenüber Strahlung ist sein erstaunlich effizientes DNA-Reparatursystem. Während bei E. coli schon wenige Doppelstrangbrüche in der DNA letal sind, kann D. radiodurans mehrere 100 solcher Brüche reparieren 🧬🩹

10) Das Genom von D. radiodurans besteht aus 4 verschiedenen ringförmigen DNAs. Stellt euch vor, ihr habt 4 Ringe, die an hunderten Stellen auseinanderbrechen. Jetzt sollt ihr die Stücke wieder korrekt verbinden, sodass ihr exakt die originalen 4 Ringe wieder fehlerfrei erhaltet.

11) Genau das schafft das DNA-Reparatursystem von d. radiodurans. Es repariert trotz hunderter Brüche und anderer Schäden die gesamte DNA in wenigen Stunden, in korrekter Reihenfolge und ohne schädliche Mutationen.

12) Die Strahlenresistenz ist eher ein "Bonus-Feature" der Anpassung an Austrocknung, denn diese verursacht ähnliche DNA-Schäden. Die Bakterien leben auch unter "normalen" Bedingungen, die eigentlich keine Anpassung an so hohe Strahlendosen erfordern würden.

13) Eine Vielzahl von Proteinen/Enzymen sowie verschiedene Mechanismen ermöglichen diese enorme Strahlenresistenz von D. radiodurans. Die gesamte Komplexität dieses"Survival Kits" und seiner Funktionen ist jedoch noch nicht vollständig geklärt.

14) Übrigens wird die Strahlensterilisation noch immer im Medizin-/Pharmabereich und auch bei Lebensmittel angewendet. Aber keine Sorge, man hat dort natürlich die Strahlendosis entsprechend angepasst, um die erforderliche Sterilität auch sicherzustellen.

https://twitter.com/Malo_82/status/1587127298888794114

15) Last but not least, die besten Antworten zum Schätzspiel:
Die 5000 Gy hat zwar niemand geschätzt, mit 6000 Gy waren aber @nicka_egli @JaguarCat_ @Bella_Atropa_ @chaosimkittel & @Readonl42343620 am nächsten dran 👏

Vielen Dank an alle fürs Mitmachen und die Retweets!

P.S.: Für das Fachpublikum 👩‍🔬🧑‍🔬 hier drei Reviews über dieses faszinierende Bakterium, die mir teilweise auch als Quellen für den Thread dienten:
tandfonline.com/doi/full/10.10…
annualreviews.org/doi/10.1146/an…
Das ist ein halbwegs aktueller Review mit Open Access:
academic.oup.com/femsre/article…

P.P.S.: Wer die letzten 3 faszinierenden Rekordhalter unter den Mikroorganismen verpasst hat, kann diese hier Nachlesen:

https://mobile.twitter.com/Malo_82/status/1602014528199352323