Il Deinococcus radiodurans è un archeobatterio altamente resistente alle radiazioni. Questo è elencato nel Guinness Book of World Records come il “batterio più forte del mondo“. E lo è per una buona ragione! Infatti questo microbo può sopravvivere in condizioni di siccità, mancanza di nutrienti e, cosa più importante, è mille volte più resistente alle radiazioni di una persona. Il batterio, il cui nome significa “strana bacca che resiste alle radiazioni”, è l’organismo noto più resistente alle radiazioni. Questo archeobatterio però non è l’unico fortunato, infatti questa resistenza è comune in molti membri del gruppo dei Deinococcus-Thermus, al quale appartiene. I membri di questo gruppo sono in grado di sopravvivere a dosi acute di radiazioni ionizzanti anche superiori a 10.000 gray, dove un gray (Gy) è definito come l’assorbimento di un joule (J) di energia da una massa di 1 kilogrammo! Questi Archaea possono inoltre sopravvivere anche ad esposizioni croniche di radiazioni ionizzanti pari a 60 Gy/ora e a dosi di luce UV di un kJ/m2. Per comprendere ancora meglio quanto siano resistenti questi batteri, basti pensare che una dose di 60 Gy può uccidere il comune batterio E. coli, mentre 10 Gy sono sufficienti per uccidere un uomo!
Questo batterio sferico e rosso è stato scoperto quasi cinquanta anni fa in una scatoletta di carne macinata. Oggi, gli scienziati sono alla ricerca di modi per sfruttare i notevoli talenti del batterio. Essi credono che D. radiodurans si rivelerà utile per ripulire i rifiuti tossici e verificare le ipotesi sulla vita in ambienti estremi, tra le altre cose.
Ciò che rende il microbo così forte è un sistema efficiente per la riparazione del DNA. Alte dosi di radiazioni frantumano il genoma di D. radiodurans, ma l’organismo “cuce” i frammenti di nuovo insieme, a volte anche in poche ore. E alla fine il genoma riparato sembra essere come nuovo.
“L’organismo può mettere il suo genoma di nuovo insieme con fedeltà assoluta“, dice Claire M. Fraser, dell’Istituto per la Genome Research (TIGR) in Rockville, Maryland. Il batterio sembra vivere ovunque e in nessun luogo. È stato trovato in ambienti diversi come nello sterco di elefante e nel granito nelle valli secche in Antartide (l’ambiente della Terra pensato di più assomigliare a Marte), ma nessuno sa davvero qual è l’habitat naturale di questo microbo.
Nessun posto sulla Terra è così radioattivo quanto i livelli di radiazione che D. radiodurans può sopportare e nessuno degli ambienti in cui questo batterio è stato trovato offre un indizio sul motivo per cui il microbo ha sviluppato una resistenza alle radiazioni così elevata.
Questa caratteristica può essere correlata alla risposta dell’organismo alla disidratazione, che non è raro in natura. La disidratazione e le radiazioni, infatti, provocano dei danni al DNA molto simili. Gli scienziati hanno ipotizzato che la disposizione fisica del genoma di D. radiodurans potrebbe aiutare l’organismo a realizzare la riparazione del DNA. Il microbo, infatti, porta da quattro a dieci copie del suo genoma, piuttosto che una copia singola, e le copie sembrano essere impilate una sopra l’altra.
I genomi aggiuntivi possono consentire al batterio di recuperare almeno una copia completa del suo genoma dopo l’esposizione a radiazioni. Le proteine e i meccanismi coinvolti nella “ricucitura” del genoma fratturato sono ora al centro di una serie di studi. La squadra ha trovato una serie piuttosto convenzionale di geni di riparazione del DNA. Deinococcus radiodurans ha meno geni di riparazione del DNA che il batterio sensibile alle radiazioni E. coli, che è comunemente usato nei laboratori di ricerca. A prima vista D. radiodurans non sembra essere in possesso di geni di riparazione del DNA che qualche altro batterio non ha.
Diversi studi recenti sul meccanismo di riparazione del DNA del batterio si sono concentrati su una proteina che è ormai nota per essere essenziale per la resistenza alle radiazioni – la proteina RecA. Un team guidato da Daly e Michael M. Cox, della University of Wisconsin-Madison, hanno purificato la proteina RecA nel D. radiodurans. Il mese scorso, Cox e Jong-Il Kim, hanno messo a confronto le funzioni della proteina RecA nel D. radiodurans e in E. coli. Essi hanno scoperto che il processo di ricostruzione DNA coinvolge percorsi differenti in ciascuna delle due specie. “Quando è sottoposto ad alti livelli di radiazioni, il genoma di Deinococcus è ridotto in frammenti“, scrivono in Proceedings of the National Academy of Sciences. “Le proteine RecA possono svolgere un ruolo fondamentale nel ricercare frammenti di genoma sovrapposti e nel ricucirli insieme“.
Le specie microbiche che sono comunemente usate per la pulitura dell’ambiente, un processo noto come bioremediation – non sopravvivono alle radiazioni. Per creare un “superbug” in grado di ripulire l’ambiente e sopportare le radiazioni, Daly e colleghi hanno inserito geni provenienti da altri batteri in D. radiodurans. I ricercatori hanno creato un ceppo di D. radiodurans che può abbattere il Toluene, una sostanza chimica organica che si trova nei siti di rifiuti radioattivi.
Un altro ceppo ingegnerizzato converte il mercurio, trovato anche in questi siti, in una forma molto meno tossica. Questi ceppi geneticamente modificati non possono essi stessi sbarazzarsi delle radiazioni, ma possono accelerare la pulizia e risparmiare denaro.
“L’idea è in ultima analisi, di introdurre questi batteri in ambienti contaminati“, spiega Daly. Egli aggiunge che l’obiettivo è probabilmente molto lontano, viste le preoccupazioni ampiamente condivise sulle emissioni nell’ambiente di organismi geneticamente modificati nel mondo.
Nel frattempo, Daly e altri scienziati stanno anche sperimentando applicazioni di D. radiodurans in un ambiente esterno più “esotico” – lo spazio. L’organismo, infatti, potrebbe essere utilizzato in simulazioni per aiutare gli scienziati a prevedere dove cercare la vita su Marte o altrove, o aiutarli a capire come evitare la potenziale “contaminazione incrociata” tra i terrestri e le forme di vita aliene.
Altri usi potenziali di D. radiodurans nello spazio, come l’utilizzo del microbo per il trattamento delle acque reflue in lunghi voli spaziali o in ingegneria ambientale per rendere la superficie marziana più adatta per la colonizzazione umana, rimangono nel regno della speculazione. Ma chi lo sa? La semplice esistenza di D. radiodurans suggerisce che quasi tutto può essere possibile.
Salvatore Gemmellaro
Fonti: Genetica, un approccio molecolare, Peter J. Russell; Genome News Network
è un batterio, non un archea.