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抗辐射微生物 曹萌 * 主要内容 一、抗辐射微生物概述二、微生物抗辐射的机理三、抗辐射微生物的应用四、抗辐射微生物的筛选 * 一、抗辐射微生物概述 抗辐射微生物的发现历史比较短暂，1956年美国科学家 Anderson等从X射线灭菌处理后的肉罐食品中发现的一株红色的非致病菌。该菌能够在 60Gy 辐照条件下正常生长， 而且经15kGy 的急性照射也能保持一定的细胞存活率。 * 辐射剂量对人体的伤害 * 耐辐射菌是一种古老的细菌，科学研究表明在20亿年前就存在于地球上。而耐辐射微生物不可能在长期的辐射选择压力下进化获得辐射抗性 ,因此该类微生物的物种起源及其进化机制一直是科学界长期争论的焦点 ,目前尚无一种清晰的进化模式。 * 抗辐射微生物可能的进化机制 1、早期地球环境中存在极强的电离辐射 ,耐辐射微生物的辐射抗性是在强烈辐射环境下形成的一种适应能力。 2、微生物在长期的环境 (如干燥 )胁迫下 ,或通过物种间的基因水平转移 ,或经过趋同进化 ,以不同的进化方式获得了电离辐射的抗性。 * 二、微生物抗辐射的机理 1、微生物细胞本身具有的保护结构 抗辐射微生物产生色素吸收辐射能量，防止辐射对DNA或其他细胞物质的损害。 * ②细胞壁坚固、细胞膜脂质成分独特 耐辐射异常球菌细胞具有多层特殊的结构 质膜含有特殊的磷酸糖脂而非通常的磷脂 肽聚糖厚度达14~20nm，形成桥联的氨基酸为L-鸟氨酸 肽聚糖外层有分隔层，厚度为肽聚糖层的两倍 外膜不包含脂多糖 S层，由高度有规律排列的蛋白质组成，形成六方点格 * * 2、DNA修复机理 光修复： 在可见光下光复活酶作用于紫外线引起的T-T二聚体，将二聚体打开。 暗修复： 内切核酸酶辨认出DNA分子上受损部分，将其切开 外切核酸酶切除二聚体DNA部分 DNA聚合酶以完整的DNA链为模板，将缺口补上 连接酶将新复制的DNA链连接起来 * 3、修复由电离辐射引起的DNA损伤 超快修复：单链断裂部分在DNA连接酶作用下极快的修复 快修复：在DNA聚酶Ⅰ作用下，修复由超快修复后剩下的断裂的单链DNA。 慢修复：利用重组修复系统修复快修复所不能修复断裂的单链DNA。 * 4、耐辐射异常球菌修复酶 抗辐射微生物中含有内切核酸酶α和内切核酸酶β，它们能修上千个碱基断裂的DNA片段。 5、耐辐射异常球菌保护酶 抗辐射微生物中含有活力很高的SOD、CAT、POD，能有效的清除辐射间接作用产生的大量自由基，保护细胞免受侵害。 * 三、抗辐射微生物的应用 抗辐射微生物在环境修复中的应用 抗辐射微生物的微生物是十分丰富和重要的生物资源 ,可以直接作为环境修复特别是核废料的处理工具 ,或者通过基因改造构建工程菌株的方法以提高它们的环境修复能力。 * 1997年美国能源部便开始了以异常球菌属为工具的放射性污染生物修复的研究 ,利D.radiodurans和 D. grandis作为外源功能基因受体 ,成功得到了具有抗汞和降解有机氯化物的“ 超级细菌 ” ,并将其应用于防护地下放射性废物堆积点和核反应堆放射性核素的泄漏。研究发现 ,在有氧或厌氧条件下 D. radiodurans可以还原铀和锝。 * 2、植物抗逆品系培育 生物芯片分析结果表明， 辐射和干燥胁迫都会诱导一些与修复有关的相同基因的高表达，抗辐射微生物都具有抗干旱的能力。抗辐射微生物中含有丰富的基因资源 ,具有应用于作物抗干旱研究的潜在价值。 * Monsanto公司已将枯草芽孢杆菌 (B acillus subtilis)的冷激蛋白基因 ( csp B )在植物中表达 ,提高了其干旱抗性。 2009年本研究室将 D. radiodurans调控因子 irrE基因在油菜中表达后明显提高了转基因油菜的耐盐性 (达到 350 mmol /L NaCl)。 * 3、药物开发 为抗氧化药物的研究提供了新的思路 已经从 D. radiodurans中鉴定了许多与抗氧化有关的蛋白质 ,主要包括:耐辐射异常球菌的微生物资源及其应用Mn/ Fe超氧物歧化酶 、Cu /Zn超氧化物歧化酶 、过氧化氢酶 、过氧化物酶 、巯基烷基过氧化物还原酶 、硫氧还蛋白还原酶 /烷基过氧化物还原酶、甲硫氨酸亚砜还原酶和谷氧还蛋白等。 * ②发现治疗肿瘤的新方法和新药物 耐辐射球菌对辐射的高抗性表明，其基因组内含有对辐射抗性极强的基因。向骨髓细胞导入耐辐射基因，增强骨髓细胞对射线的耐受性，提高放射应用剂量杀伤体内残存的肿瘤细胞。 * 四、抗辐射微生物的筛选