Брент Кристнер, адъюнкт-профессор биологических наук, и его коллеги из LSU, включая постдокторанта Маркуса Дизера и Мэри Лу Эпплуайт, профессора Джона Баттиста, недавно получили результаты по восстановлению ДНК микробов, заключенных во льду, которые были опубликованы в журнале прикладной и экологической микробиологии. Чтобы понять, как микробы выживают в замороженных условиях, Кристнер и его коллеги сосредоточились на анализе ДНК, наследственной молекулы, которая кодирует генетические инструкции, используемые в развитии и функционировании всех организмов.«Микробы состоят из макромолекул, которые, даже если они заморожены, подвержены разложению», — сказал Кристнер. «Мы знаем о ряде спонтанных реакций, которые приводят к повреждению ДНК».
Наихудший вид повреждения известен как двухцепочечный разрыв, когда ДНК микроба расщепляется на две отдельные части, которые необходимо соединить вместе, чтобы хромосома функционировала.«Подобные повреждения неизбежны, если клетки существуют замороженными в вечной мерзлоте в течение тысяч лет и не могут их отремонтировать», — сказал Кристнер. «Представьте себе, что микроб находится во льду в течение длительного периода времени, и его ДНК постепенно разрезается на части.
В конечном итоге наступит момент, когда ДНК микроба станет настолько повреждена, что перестанет быть жизнеспособной молекулой для хранения информации. Остается только одно. труп."Ситуация с долголетием микробов во льду может показаться ужасной. Но любопытно, что исследователям удалось возродить микробы, погребенные во льду и вечной мерзлоте на протяжении сотен тысяч и миллионов лет.
Фактически, Кристнеру удалось возродить несколько различных типов бактерий у подножия ледяной шапки Гулия на Цинхань-Тибетском плато в Западном Китае — льда, которому 750000 лет, задолго до возраста человека.
Но как микробы могут противостоять ожиданиям и выжить в течение стольких периодов времени в замороженном состоянии? Выживание микроорганизмов в древних ледниковых льдах и вечной мерзлоте обычно объясняется их способностью сохраняться в спящем, метаболически инертном состоянии.
Но даже это объяснение не учитывает фоновые уровни ионизирующего излучения, которые вызывают повреждение ДНК этих микробов, замороженных на дне ледника или нет.«Чтобы выжить так долго, различные исследования, например, указывают на состояние покоя или« медленный метаболизм », но независимо от физиологического состояния без активного восстановления ДНК организм будет накапливать повреждения ДНК до такой степени, что приведет к гибели клеток, "Сказал Дизер.
Результаты недавней статьи Кристнера и его коллег указывают на другое объяснение: механизмы, восстанавливающие ДНК, могут работать даже в условиях замораживания. В лабораторных экспериментах Кристнер и его коллеги взяли замороженные суспензии бактерий, обитающих в сибирской вечной мерзлоте, и подвергли их дозе разрушающего ДНК ионизирующего излучения, эквивалентной той, которую микробы испытали бы в течение ~ 225000 лет, погребенных в вечной мерзлоте.
Затем исследователи позволили микробам инкубироваться при низкой температуре (5 ° F) в течение двух лет, периодически проверяя целостность ДНК микробов.Как и ожидалось, ионизирующее излучение повредило круглую хромосому микробов, превратив ее в суспензию из более мелких кусочков.
Что удивило исследователей, так это то, что в течение двух лет, проведенных в морозильной камере, фрагменты ДНК начали собираться вместе в своем надлежащем порядке.«Это не случайный процесс», — сказал Кристнер. «Это говорит нам о том, что клетки восстанавливают свою ДНК. Это важно, потому что мы обычно не думаем об этом как об условиях, в которых происходят сложные биологические процессы».Кристнер сказал, что эти результаты позволяют предположить, что если жизнь когда-либо возникла на Марсе и микробы все еще заморожены где-то в недрах, эти микробы все еще могут быть жизнеспособными при соблюдении правильных условий.
«Он просто продолжает улучшаться с точки зрения условий обитаемости на Марсе», — сказал Кристнер. «Это актуально в астробиологическом смысле, потому что, если эти механизмы восстановления ДНК работают в криосфере Земли, внеземные микробы могут использовать этот механизм выживания, чтобы сохраняться в других ледяных мирах Солнечной системы. Мы очень рады этим результатам».