Resistenz von verschiedenen Stämmen von Deinococcus radiodurans gegenüber mono- und polychromatischer UVStrahlung und Trocknung

Kurzfassung

Deinococcus radiodurans weist eine außergewöhnlich hohe Resistenz gegenüber DNAschädigenden Umwelteinflüssen wie Austrocknung und UV-Strahlung auf. Um die Mechanismen dieser Resistenz genauer zu erforschen, wurden der Wildtyp und verschiedene DNA-reparaturdefiziente Mutantenstämme von D. radiodurans mono- und polychromatischer UV-Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen (UVC: 254 nm; UVA/B: 280-400 nm; UVA: 315-400 nm) sowie Trocknung bei Raumluft, im Exsikkator und im Vakuum ausgesetzt und deren Überleben verglichen. Die Stämme ΔrecA, ΔirrE und ΔpprA erwiesen sich gegenüber allen Trocknungsmodalitäten als am sensitivsten. Dies liegt vermutlich begründet in der wichtigen Rolle von RecA, IrrE und PprA bei der Reparatur von DNA-Doppelstrangbrüchen (DSB), die bei Austrocknung enstehen oder in der Rolle von PprA im Schutz vor oxidativem Stress. Vierwöchige Vakuum- Trocknung hatte eine geringere Inaktivierung von D. radiodurans zur Folge als ebenso lange Trocknung im Exsikkator und bei Raumluft, was mit der relativen Feuchtigkeit während der Trocknung zusammenhängt. Die genauen Ursachen hierfür sind jedoch noch nicht bekannt. Bei Bestrahlung von getrockneten Zellen des Wildtypstammes mit UV-Strahlung verschiedener Wellenlängen zeigten diese eine höhere Resistenz als bei Bestrahlung in Suspension. Hier könnte ein Induktionseffekt vermutet werden. Bei langsamer Austrocknung könnte ein System zum Schutz vor oxidativem Stress aktiviert oder verstärkt ausgeprägt werden und dadurch die Folgen der Strahlung, die ebenfalls mit der Bildung von ROS verbunden sind, vermindern. Es wurde auch eine unterschiedliche Verteilung an UVCinduzierten Pyrimidindimeren bei getrockneten Zellen im Vergleich zu Zellen in Suspension festgestellt. Dies weist darauf hin, dass die lethalen Effekte von UVC-Strahlung nicht nur in der Schadensmenge, sondern auch in der Art der induzierten Photoprodukte begründet liegen. UVC-Bestrahlung der Mutantenstämme in Suspension führte zu einer deutlichen Aufspaltung in eine UVC-sensitive Gruppe (ΔrecA, ΔirrE) und eine UVC-resistente Gruppe (Wildtyp, ΔpprA, ΔsbcC, ΔsbcD, ΔpolX). RecA ist ein Schlüsselprotein in der homologen Rekombination, dem Hauptreparaturweg von DNA-DSB. Durch PFGE konnte nachgewiesen werden, dass DSB auch bei UVC-Strahlung entstehen. Ebenso könnte RecA direkt zur Beseitigung UVC-induzierter Pyrimidindimere beitragen. IrrE ist ein Regulatorprotein, das die Expression verschiedener Gene, die an Reparatur- oder Schutzmechanismen beteiligt sind, induziert. Der Stamm ΔirrE wies daher eine erhöhte Sensitivität sowohl gegenüber UVC, als auch gegenüber UVA und UVA/B auf. Die Stärke der Inaktivierung von D. radiodurans nahm mit zunehmender Wellenlänge ab. Die UVC-sensitiven Stämme näherten sich bei UVA/B- und UVA-Bestrahlung den Überlebenskurven des Wildtyps an. Trotz nachgewiesener Bildung von DSB bei UVA-Bestrahlung war die ΔrecA-Mutante ähnlich resistent wie der Wildtyp gegenüber diesem Wellenlängenbereich, was auf eine untergeordnete Rolle der homologen Rekombination in der Resistenz gegenüber langwelligem UV hinweist. Vor allem ΔpprA zeigte bei bei höheren Fluenzen von UVA/Bund UVA-Bestrahlung eine erhöhte Sensitivität. Dies kann zum einen auf die vermutete Rolle von PprA im Schutz vor oxidativen Stress zurückgeführt werden, zum anderen könnte PprA an einem alternativen DNA-DSB-Reparaturweg, dem Non-homologous End-Joining, beteiligt sein. Die Stämme ΔsbcC, ΔsbcD und ΔpolX zeigten gegenüber allen Behandlungen ähnliche Resistenz wie der Wildtyp. Daraus wurde der Schluss gezogen, dass die Genprodukte von sbcC, sbcD und polX keine bedeutende Rolle in der UV-Strahlungs- und Trocknungsresistenz von D. radiodurans spielen.