Koncom 80-tych rokov ukrajinskí vedci skúmajúci temné a nebezpečné vnútro zničeného reaktora 4 v Černobyle zistili, že na stenách a v bazénoch rádioaktívnej vody rastie čierna, pleseňovitá huba. Huba nielenže prežívala obrovské úrovne radiácie v budove reaktora, ale zdala sa, že prospieva – dokonca rastie smerom k najvyšším úrovniam gama žiarenia.
Počas nasledujúcich 15 rokov bolo z miesta černobyľskej katastrofy izolovaných tisíce kmeňov stoviek rôznych druhov mikroskopických húb. V testoch mnohé z nich rástli smerom k silným zdrojom ionizujúceho žiarenia a niektoré sa dokonca zdali byť schopné stravovať tzv. ‚horúce častice‘ – nesmierne rádioaktívny grafit z jadra reaktora.
Bolo známe už od 60-tych rokov, že určité druhy húb majú extrémne vysokú odolnosť voči žiareniu. Huby boli nájdené rastúce na vysokých svahoch antarktických hôr, kde sú úrovne UV žiarenia jedny z najvyšších na Zemi, a v vzorkách vody používanej na chladenie jadrových reaktorov.
Ale objavy v Černobyle naznačovali, že niektoré huby sú radiotrofické – aktívne vyhľadávajú a profitujú z vysokých úrovní žiarenia. Mohli by huby využívať extrémne vysokoenergetické gama žiarenie ako zdroj energie rovnakým spôsobom, akým rastliny využívajú slnečné svetlo?
Vysoká expozícia
Po počiatočných pozorovaniach ukrajinských vedcov sa profesor Ekaterina Dadachova a kolegovia z Albert Einstein College of Medicine v New Yorku rozhodli podrobnejšie skúmať tieto pozoruhodné druhy húb v sérii laboratórnych experimentov.
Zistili, že bunky húb ako Wangiella dermatitidis (teraz Exophiala dermatitidis) a Cryptococcus neoformans rástli výrazne rýchlejšie a nahromadili viac biomasy počas expozície vysokým úrovniam žiarenia ako pri expozícii pozadiu žiarenia. Transkriptóm a metabolizmus húb sa výrazne zmenili za vysokoradičných podmienok.
Kľúčom k tomu všetkému sa zdala byť melanín – všeobecná skupina pigmentov nachádzajúcich sa v mnohých typoch eukaryotov, ktorá chráni proti UV žiareniu. Dadachova a jej kolegovia zistili, že keď boli radiotrofické kmeňy húb geneticky upravené, aby mali málo alebo žiadny melanín (známe ako albínové mutanty), nerástli lepšie v prítomnosti ionizujúceho žiarenia.
Úloha melanínu
Melanín je veľká skupina tmavých, vysokomolekulových polymérov, ktoré môžu absorbovať 99,9% UV a viditeľného svetla. Vo svojich rôznych formách melanín plní rôzne biologické funkcie, vrátane pigmentácie kože a vlasov, fotoprotekcie kože a očí a niektorých neurologických funkcií.
„Aby huby rástli smerom k žiareniu, potrebujete veľmi robustný senzor, ktorý nie je zničený pri interakcii s tým žiarením,“ hovorí Dadachova. „Žiarenie má miliónkrát vyššiu energiu ako viditeľné svetlo alebo ako energia chemickej väzby. Toto dokáže Melanín, vďaka tomu, že je to taká jedinečná molekula.“
U druhov nájdených v černobyľských reaktoroch tvorí ťažký pigment viacero koncentrických vrstiev, ktoré vytvárajú tmavú sférickú škrupinu.
Dadachova a jej kolegovia zistili, že silné ionizujúce žiarenie mení elektrochemickú štruktúru hubového melanínu, čo zvyšuje jeho schopnosť pôsobiť ako redukčné činidlo a prenášať elektróny. Začali teoretizovať, že melanín nepôsobí len ako rádioprotektívny štít, ale aj ako energetický transduktor, ktorý dokáže vnímať a možno dokonca využiť energiu z ionizujúceho žiarenia rovnakým spôsobom, ako fotosyntetické pigmenty pomáhajú využiť energiu slnečného svetla.
„Dôležité je povedať, že keď hube dáte jej obľúbené výživné médium, nemusí zapínať tieto mechanizmy,“ hovorí Dadachova. „Bude jednoducho jesť to, čo jej dáte, a nezačne používať ionizujúce žiarenie – to sme testovali mnohokrát. Ale ak sa huba ocitne v podmienkach nedostatku živín – napríklad priamo v černobyľskom reaktore, kde nie je žiadna hnijúca vegetácia – vtedy zapne tento mechanizmus.“
Stojí za to si uvedomiť, že život na Zemi vznikol v čase, keď boli úrovne žiarenia oveľa vyššie ako dnes. Mnohé fosílie húb vykazujú dôkazy melanizácie, najmä v obdobiach vysokého žiarenia, keď mnohé druhy zvierat a rastlín vyhynuli, ako napríklad počas skorého kriedového obdobia, keď Zem dočasne stratila svoj štít pred kozmickým žiarením.
Melanizované huby sú bežné aj dnes a mnohé druhy jedlých húb obsahujú veľa melanínu. Silno melanizované huby boli nájdené na vonkajších povrchoch vesmírnych staníc Mir a ISS, ktoré sú vystavené obrovským úrovniam slnečného žiarenia.
Melanínoví majstri
Prečo sa huby stali špecialistami na melanín? „Myslím si, že preto, lebo huby sú eukaryoty, takže sú oveľa komplexnejšie ako iné mikroorganizmy a musia chrániť svoj genóm, svoj jadro,“ hovorí Dadachova. „Často žijú na alebo v pôde, kde čelia mnohým environmentálnym vplyvom a predátorom.
Takže huby si vyvinuli túto sofistikovanú prvú líniu obrany proti tomu všetkému. Existujú naozaj závažné prípady hubových ochorení, kde huby majú hrubé vrstvy melanínu v bunkovej stene a imunitný systém pacienta proti nim nič nezmôže.“
Dadachovú začali radiotrofické huby zaujímať počas jej postdoktorandských štúdií, keď skúmala, ako žiarenie ovplyvňuje živé bunky a myšlienku produkcie terapií založených na cielenej radiácii. Jedným z cieľov, ktoré ona a jej spolupracovník Arturo Casadevall identifikovali, že by mohli byť užitočné pre rádio-označené protilátky, bol melanín.
„Pigment melanínu je veľmi rozšírený vo všetkých triedach malých organizmov, ale mikroskopické huby milujú tvoriť melanín,“ hovorí. „Tak sme sa začali zaujímať o to, ako tieto čierne mikroskopické huby interagujú s ionizujúcim žiarením.“
Jej najnovšia práca podrobnejšie vysvetlila, ako predchádzajúce vystavenie žiareniu zavádza adaptácie do melanizovaných druhov húb, ktoré ich vybavujú na tolerovanie, vnímanie a reakciu na vedľajšie produkty žiarenia.
Teraz ako predsedníčka oddelenia rádionuklidovej farmácie na Univerzite v Saskatchewane v Kanade, Dadachova dúfa, že v nasledujúcich rokoch spolupráce medzi ňou a biológmi z univerzitných oddelení biológie a poľnohospodárstva môžu pomôcť objasniť presný mechanizmus, ktorým huby používajú melanín na zvýšenie svojho rastu – rovnakým spôsobom, akým boli rôzne chemické kroky fotosyntézy detailne opísané chemikmi v 19. a 20. storočí. „Rozumiem tomu tak, že to zatiaľ nikto neurobil, takže to je môj dlhodobý cieľ.“
Lepšie pochopenie vlastností hubového melanínu by mohlo viesť k zaujímavým aplikáciám v mnohých oblastiach. Niektoré skupiny sa snažia vyrobiť syntetické melaníny na použitie ako ochranu proti UV alebo iným formám žiarenia. Iné skupiny veria, že huby by mohli nájsť uplatnenie pri bioremediácii rádioaktívneho odpadu.
Dadachová je obzvlášť zaujímaná tým, ako by mohol melanín pomôcť chrániť pacientov podstupujúcich radiačné terapie. Spolupracuje tiež s Kanadskou vesmírnou agentúrou a vedcami z Brookhaven National Laboratory na výrobe skafandrov na báze melanínu, ktoré by mohli chrániť astronautov pred účinkami žiarenia vo vesmíre. (Doterajšia práca zahŕňala výrobu malých melanínových prilieb na ochranu mozgov myší.)
Budúce aplikácie
Existuje možnosť, že radiotrofické huby by nám mohli pomôcť vyvinúť nové zdroje obnoviteľnej energie a biomateriálov. „Na našej planéte je mnoho miest, ktoré zažívajú veľmi málo dažďa a kde je ťažké pestovať rastliny. Mohli by ste ich nahradiť rastlinami alebo hubami, ktoré používajú melanín namiesto chlorofylu? Týmto organizmom nevadia veľmi suché podmienky.
Pravdepodobne by vyrábali rovnaké užitočné cukry a ďalšie veci, ktoré v súčasnosti získavame zo zelených rastlín,“ hovorí Dadachová. Špekulatívnejšie myšlienky naznačujú, že tieto huby by mohli pomôcť chrániť alebo dokonca nakŕmiť kolonistov vo vesmíre – napríklad vytvorením samoreplikujúceho sa rádioprotektívneho stavebného materiálu pre základňu na Marse.
Zatiaľ však tento lákavý pohľad na iný spôsob, ako môže život využívať žiarenie, zostáva málo pochopený.
Zdroj: RSB
