Penemuan Terbaharu: Bakteria Ekstremofil Deinococcus radiodurans Mampu Bertahan dalam Radiasi Angkasa – Kajian Mendedahkan Mekanisme Perlindungan Protein dan DNA yang Luar Biasa

Penemuan Terbaharu: Bakteria Ekstremofil Deinococcus radiodurans Mampu Bertahan dalam Radiasi Angkasa – Kajian Mendedahkan Mekanisme Perlindungan Protein dan DNA yang Luar Biasa. Bakteria Deinococcus radiodurans, yang digelar 'Conan the Bacterium', terkenal dengan ketahanan luar biasa terhadap radiasi gamma yang mematikan. Kajian terbaharu yang diterbitkan dalam Nature Communications mendedahkan bahawa bakteria ini menggunakan kompleks mangan antioksidan yang unik untuk melindungi protein daripada kerosakan oksidatif, di samping sistem pembaikan DNA yang sangat cekap. Penemuan ini membuka jalan untuk aplikasi perlindungan radiasi dalam penerokaan angkasa lepas dan teknologi nuklear, serta memberikan pemahaman baharu tentang mekanisme kelangsungan hidup dalam persekitaran ekstrem.. Pengenalan kepada Deinococcus radiodurans: Bakteria Kebal Radiasi Dalam dunia mikrobiologi, terdapat satu organisma yang menonjol dengan ketahanan yang hampir ghaib terhadap radiasi pengion: Deinococcus radiodurans . Bakteria ini, yang pertama kali diasingkan daripada daging dalam tin yang disterilkan menggunakan radiasi gamma pada tahun 1956, mampu bertahan dengan dos radiasi sehingga 15,000 gray Gy – berbanding manusia yang hanya mampu bertahan sekitar 5 Gy. Keupayaan ini menjadikannya subjek kajian yang amat menarik dalam bidang astrobiologi, perlindungan radiasi, dan bioteknologi. Walaupun mekanisme pembaikan DNA-nya telah dikaji secara meluas, satu persoalan utama masih belum terjawab: bagaimana bakteria ini melindungi protein dan enzimnya daripada kerosakan oksidatif yang disebabkan oleh radiasi? Metodologi Kajian Terbaharu: Menyingkap Mekanisme Perlindungan Protein Satu pasukan penyelidik dari University of Oxford, yang diketuai oleh Profesor Michael Daly, telah menjalankan satu siri eksperimen untuk memahami mekanisme perlindungan protein dalam D. radiodurans . Kajian mereka, yang diterbitkan dalam Nature Communications pada tahun 2023, menggunakan teknik spektroskopi resonans paramagnet elektron EPR dan kromatografi cecair-spektrometri jisim LC-MS untuk menganalisis komposisi intrasel bakteria selepas pendedahan kepada radiasi gamma. Mereka mendapati bahawa D. radiodurans mengumpul kepekatan mangan Mn yang sangat tinggi dalam sitoplasmanya, yang membentuk kompleks dengan ion fosfat dan peptida kecil. Kompleks ini bertindak sebagai antioksidan super, menyingkirkan radikal bebas oksigen yang dihasilkan oleh radiasi sebelum ia sempat merosakkan protein. Mekanisme Perlindungan Protein: Peranan Kompleks Mangan Antioksidan Penemuan utama kajian ini adalah bahawa kompleks mangan-fosfat-peptida Mn2+-HPO4-2-peptide mampu mengurangkan kerosakan oksidatif pada protein sehingga 90 peratus. Berbeza dengan antioksidan biasa seperti glutathione atau vitamin C, kompleks ini sangat stabil dan tidak mudah terdegradasi oleh radiasi. Penyelidik juga mendapati bahawa D. radiodurans menghasilkan enzim katalase dan superoksida dismutase dalam kuantiti yang tinggi, tetapi mekanisme utama perlindungan protein adalah melalui kompleks mangan ini. Tanpa kompleks ini, protein bakteria akan mengalami pengoksidaan yang teruk, menyebabkan kegagalan fungsi enzim dan kematian sel. Kajian ini menjelaskan mengapa D. radiodurans dapat terus hidup walaupun DNAnya rosak teruk – kerana protein yang diperlukan untuk pembaikan DNA masih berfungsi dengan baik. Implikasi untuk Penerokaan Angkasa dan Teknologi Nuklear Penemuan ini mempunyai implikasi yang luas, terutamanya dalam bidang penerokaan angkasa lepas. Angkasawan yang terdedah kepada radiasi kosmik semasa misi ke Marikh atau Bulan memerlukan perlindungan yang berkesan. Kompleks mangan antioksidan yang ditemui dalam D. radiodurans boleh disintesis dan digunakan sebagai suplemen atau salutan pelindung untuk peralatan angkasa. Selain itu, dalam industri nuklear, bahan ini boleh digunakan untuk melindungi pekerja loji nuklear daripada radiasi atau untuk membersihkan sisa radioaktif. Penyelidik juga sedang mengkaji kemungkinan untuk menghasilkan strain D. radiodurans yang diubah suai secara genetik untuk menghasilkan bahan api atau ubat-ubatan dalam persekitaran radiasi tinggi. Perbandingan dengan Organisma Ekstremofil Lain D. radiodurans bukan satu-satunya organisma yang tahan radiasi. Tardigrade, misalnya, juga mampu bertahan dalam radiasi tinggi, tetapi mekanismenya berbeza. Tardigrade menggunakan protein unik yang dipanggil Dsup untuk melindungi DNA, manakala D. radiodurans lebih bergantung kepada perlindungan protein dan pembaikan DNA. Kajian perbandingan antara kedua-dua organisma ini boleh memberikan pandangan yang lebih mendalam tentang strategi kelangsungan hidup dalam persekitaran ekstrem. Penyelidik dari University of Tokyo baru-baru ini menerbitkan kajian dalam Scientific Reports yang menunjukkan bahawa gabungan mekanisme tardigrade dan D. radiodurans boleh menghasilkan ketahanan radiasi yang lebih tinggi. Cabaran dan Hala Tuju Penyelidikan Masa Depan Walaupun penemuan ini sangat menjanjikan, masih terdapat beberapa cabaran. Pertama, pengeluaran kompleks mangan antioksidan dalam skala besar masih mahal dan memerlukan teknologi fermentasi yang canggih. Kedua, kesan sampingan penggunaan kompleks ini pada manusia masih belum dikaji sepenuhnya. Kajian toksikologi awal menunjukkan bahawa dos tinggi mangan boleh menyebabkan gangguan neurologi, jadi formulasi yang selamat perlu dibangunkan. Penyelidik kini sedang menguji kompleks ini pada sel kultur manusia dan mencit untuk menilai keselamatan dan keberkesanannya. Jika berjaya, kita mungkin akan melihat aplikasi pertama dalam masa 5 hingga 10 tahun akan datang. Kesimpulan: Satu Langkah Ke Arah Kehidupan Tahan Radiasi Kajian oleh University of Oxford ini telah mendedahkan satu mekanisme perlindungan protein yang luar biasa dalam Deinococcus radiodurans . Dengan memahami bagaimana bakteria ini melindungi proteinnya daripada radiasi, kita bukan sahaja dapat memanfaatkan mekanisme ini untuk teknologi manusia, tetapi juga mendapat gambaran tentang bagaimana kehidupan boleh wujud di planet-planet yang terdedah kepada radiasi tinggi, seperti Marikh atau Europa. Penemuan ini mengingatkan kita bahawa alam semula jadi sering menyimpan rahsia yang menakjubkan, menunggu untuk ditemui oleh sains.