A radioszintézis az ionizáló sugárzás energiájának élő szervezetek általi elméleti felfogása és metabolizmusa , a fotoszintézis analógiájával . A fotoszintézishez hasonlóan, amely a látható fény energiáját használja fel, kémiai energia keletkezik . A radioszintézisre azonban még nem áll rendelkezésre bizonyíték.
Ezt a folyamatot először 1956-ban írta le elméletileg Szergej Ivanovics Kuznyecov (1900-1987) szovjet mikrobiológus publikációjában. [1] A csernobili atomerőmű 1986-os balesete után több mint 200, melanin pigmentet tartalmazó gombafajt [2] találtak a reaktorcsarnok falain és a környező talajban. A melaninok olyan pigmentek , amelyek képesek elnyelni az ionizáló sugárzást. Az egyik fajon végzett további vizsgálatok azt mutatták, hogy a besugárzástól függően gyakrabban nőnek, azaz radiotróf gombákról van szó . [3] [4] A melanin jelentőségét a radiotróf hatásban is kimutatták.
Ilyen "melanizált" gombákat találtak tápanyagban szegény, nagy magasságú területeken is, amelyek nagy mennyiségű ultraibolya sugárzásnak vannak kitéve. Az orosz eredményeket követően a New York-i Yeshiva Egyetem Albert Einstein Orvostudományi Főiskolájának amerikai csapata kísérletezni kezdett a melanin és a melanizált gombák sugárterhelésével. Azt találták, hogy az ionizáló sugárzás növeli a melanin képességét egy fontos anyagcsere-reakció támogatására, és hogy a Cryptococcus neoformans gombák a normálisnál háromszor gyorsabban növekednek. Jekatyerina Dadacseva mikrobiológus azt javasolta, hogy az ilyen gombák táplálékként és sugárvédelemként szolgálhatnak a kozmikus sugárzásnak kitett bolygóközi űrhajósok számára . 2014-ben egy amerikai kutatócsoport szabadalmat kapott egy olyan módszerre, amellyel a melanintartalom növelésével fokozható a mikroorganizmusok növekedése. Az eljárás feltalálói azt állították, hogy gombáik radioszintézist alkalmaztak, és azt feltételezték, hogy a radioszintézis szerepet játszhatott a Föld korai életében azáltal, hogy lehetővé tette, hogy a melanizált gombák autotrófként működjenek . 2018 októbere és 2019 márciusa között a NASA kísérletet végzett a Nemzetközi Űrállomás fedélzetén , hogy megvizsgálja a radiotróf gombákat, mint potenciális sugárgátat a káros sugárzással szemben az űrben. A radiotróf gombáknak számos felhasználási lehetősége van a Földön, ideértve a nukleáris hulladék ártalmatlanításának módszerét vagy a nagy magasságban történő bioüzemanyagként vagy energiaforrásként való felhasználást.
A melanizált gombák azon képessége, hogy elektromágneses sugárzást fiziológiai folyamatokhoz felhasználjanak, nagy jelentőséggel bír a bioszférában zajló biológiai energiaáramlások tanulmányozása és az exobiológia szempontjából, mivel új mechanizmusokat biztosít a túléléshez földönkívüli körülmények között.
A gombák, például a Cryptococcus neoformans , amelyek súlyos fertőzéseket okoznak AIDS-betegeknél, melaninrétegeket tartalmaznak a membránjukon. A melanin gazdag gyökökben – olyan molekuláris régiókban, amelyekben erősen reaktív párosítatlan elektronok találhatók –, amelyek segíthetnek kivédeni minden olyan szervezet immunrendszerét, amelyet a gomba megpróbál megfertőzni. A melanizált gombák radioaktív forrásokhoz vándorolnak, ami úgy tűnik, hogy fokozza növekedésüket. Egyes működő atomreaktorokban a hűtővíz elfeketül a melaninban gazdag gombák telepei miatt. [5] Ez a jelenség, kombinálva a melaninnak az elektromágneses sugárzás széles skáláját elnyelő és ezt a sugárzást más energiaformákká alakító képességével , felveti annak lehetőségét, hogy a melanin is részt vesz az ilyen energia biológiai felhasználásra történő begyűjtésében. A radiotróf gombák a melanin pigmentet használják fel, hogy a gamma-sugárzást kémiai energiává alakítsák a növekedéshez. Ez a javasolt mechanizmus hasonló lehet a redukált szerves szén (például szénhidrátok ) szintézisének anabolikus útjaihoz a fototróf organizmusokban, amelyek a látható fényből fotonokat alakítanak át pigmentek, például klorofill segítségével , amelyek energiáját azután a fotolízisben használják fel . vizet, hogy hasznos kémiai energiát (mint ATP ) képezzen a fotofoszforiláció vagy a fotoszintézis során. Nem ismert azonban, hogy a melanintartalmú gombák ugyanazt a többlépéses útvonalat használják-e, mint a fotoszintézis vagy egyes kemoszintézis útvonalak .
Úgy tűnik, hogy ezek a gombák kihasználják a melanin kémiai szerkezetének változásait és a paramágnesesség jelenségeit [6] , valamint a melatonin kémiai összetételének és térbeli elrendezésének jellemzőit [7] .
Egy kísérlet során a kutatók azt találták, hogy a gamma-sugárzás négyszeresére növeli a melanin azon képességét, hogy katalizálja a sejtanyagcserére jellemző redox reakciót.
A melanin gamma-sugárzásra adott válaszát elektronspin-rezonancia segítségével is tesztelték, amely a magmágneses rezonancia spektroszkópiához hasonló technika. A gamma-sugarak megváltoztatták a párosítatlan elektronok eloszlását a molekulában.
Ezek az eredmények arra utalnak, hogy a gamma-sugarak gerjesztik a melanin elektronok egy részét, elindítva egy még ismeretlen folyamatot, amely végül kémiai energia keletkezéséhez vezet; ez hasonló lehet ahhoz, ahogy a fotoszintézis energiával látja el a növényeket. A kutatók azt sugallják, hogy a melanin nemcsak a gamma-sugárzásból gyűjthet energiát, hanem az alacsonyabb energiájú sugárzásból is, például a röntgen- vagy ultraibolya sugarakból . „Azt hiszem, ez csak a jéghegy csúcsa” – mondja Arturo Casadeval mikrobiológus , a New York-i Albert Einstein Orvostudományi Főiskola munkatársa. [5] Míg a melaninnal kapcsolatos energiatranszdukció működésének néhány részlete meghatározható különböző megfigyelések és közvetett adatok összekapcsolásával, a konkrét részletek még mindig kevéssé ismertek.
| anyagcsere a baktériumokban | |
|---|---|
| Erjesztés | |
| Fotoszintézis | |
| Kemoszintézis | |
| Anaerob légzés |
|