Deinococcus radiodurans，也被稱為”細菌柯南”，是自然界中最頑強的生命形式之一，能夠在比殺死人類的輻射水平高出數千倍的輻射中存活下來。科學家終於揭開了它頑強生命力背後的分子秘密：一種由錳和特定代謝物形成的獨特抗氧化複合物。 這項發現可能為從太空探索到醫學治療等拯救生命的技術鋪平道路。

輻射球菌（Deinococcus radiodurans）被稱為”細菌柯南”，因為它具有非凡的能力，能夠忍受最惡劣的環境，它所能承受的輻射劑量比人類所能承受的輻射劑量高出數千倍。 圖片來源：Michael J. Daly/USU

Deinococcus radiodurans因其驚人的恢復能力而被暱稱為”細菌柯南”，它能在比對人類或任何其他已知生物致命的輻射劑量強數千倍的輻射中存活下來。

這種非凡的抵抗力來自於一組簡單的代謝物，它們與錳結合產生了一種強大的抗氧化劑。 西北大學（Northwestern University）和統一服務大學（USU）的研究人員現在揭示了這種天然防禦機制的工作原理。

在一項新研究中，研究人員描述了一種名為MDP的合成設計抗氧化劑的特徵，這種抗氧化劑的靈感來自放射蟲的恢復能力。 他們發現，MDP的成分–錳離子、磷酸鹽和一種小肽–形成了一種三元複合物，這種複合物比錳與其他單獨成分的結合更能抵抗輻射損傷。

這項發現最終可能會催生出專門滿足人類需求的新型合成抗氧化劑。 其應用包括在深空任務中保護太空人免受強烈宇宙輻射的傷害，為輻射緊急情況做好準備，以及生產輻射滅活疫苗。

研究報告於12月12日發表在《美國國家科學院院刊》。

抗氧化劑研究的突破

西北大學的布萊恩-霍夫曼（Brian Hoffman）與南加州大學的邁克爾-戴利（Michael Daly）共同完成了這項研究。 “我們早就知道錳離子和磷酸鹽共同構成了一種強大的抗氧化劑，但發現並理解加入第三種成分所帶來的’神奇’功效是一項突破。 這項研究為我們提供了一把鑰匙，幫助我們理解為什麼這個組合能夠產生如此強大、如此有前景的抗輻射保護作用。

霍夫曼是西北大學溫伯格文理學院查爾斯-莫里森（Charles E. and Emma H. Morrison）化學教授和分子生物科學教授。 他也是生命過程化學研究所的成員。 身為放射蟲的專家，戴利是美國南加州大學病理學教授，也是美國國家科學院行星保護委員會成員。

微生物世界的綠巨人

這項新研究建立在霍夫曼和戴利先前合作研究的基礎上，在此期間，他們試圖更了解放射球菌在火星上抵禦輻射的預測能力。 在這項研究中，霍夫曼在西北大學的團隊使用了一種先進的光譜技術來測量微生物細胞中錳抗氧化劑的累積。

根據霍夫曼和戴利的研究，微生物或其孢子能夠存活的輻射劑量大小與其所含的錳抗氧化劑數量直接相關。 換句話說，更多的錳抗氧化劑意味著更強的抗強輻射能力。

在早期的研究中，其他研究人員發現輻射球菌（Deinococcus radiodurans）可以在25000灰度（或X射線和伽馬射線單位）的輻射下存活。 但是，在2022年的研究中，霍夫曼和戴利發現，這種細菌在乾燥和冷凍後可以承受14萬格瑞的輻射，這個劑量是人類致死量的2.8萬倍。 因此，如果火星上埋藏著任何沉睡、冷凍的微生物，那麼它們有可能在銀河宇宙輻射和太陽質子的衝擊下存活至今。

獨特的輻射屏蔽特性

霍夫曼和戴利的團隊在了解微生物抗輻射能力的基礎上，研究了一種名為DP1 的十肽。 當DP1 與磷酸鹽和錳結合時，就形成了自由基清除劑MDP，它能成功地保護細胞和蛋白質免受輻射損傷。 在最近的另一項研究中，Daly和他的合作者發現MDP在製備輻照多價疫苗時非常有效。

研究小組利用先進的順磁共振光譜技術揭示了MDP 的活性成分是一種三元複合物–一種與錳結合的磷酸鹽和勝肽的精確組合。

戴利說：”對MDP的這一新認識可能會開發出更強效的錳基抗氧化劑，應用於醫療保健、工業、國防和太空探索等領域。”

編譯自/ ScitechDaily