방사영양균
Radiotrophic fungus |
방사영양균은 성장을 촉진하기 위한 에너지원으로서 방사선을 사용할 수 있는 균류이다.방사성 영양균은 체르노빌 원자력 발전소와 같은 극한 환경에서 발견되어 왔다.
대부분의 알려진 방사성 영양균들은 살아남기 위해 [1]멜라닌을 어느 정도 사용한다.에너지를 위해 방사선과 멜라닌을 사용하는 과정은 방사능 합성이라고 불리며, 혐기성 [2]호흡과 유사한 것으로 여겨진다.그러나 광합성이나 화학합성 등의 다단계 과정이 방사선 합성에 사용되는지는 알려져 있지 않다.
검출
방사성 영양균은 체르노빌 원자력 [3]발전소 내부와 주변에서 자라는 것이 1991년에 발견되었다.특히 멜라닌이 풍부한 곰팡이 군락이 발전소 내 원자로 냉각수 안에서 빠르게 성장하기 시작해 검게 변했다는 점이 지적됐다.미생물학자 Arturo Casadevall은 극친동물의 많은 사례가 있지만, 이러한 곰팡이는 [4]방사능에 의한 것이 아니라 방사능에 의한 것이라고 믿었다.
Albert Einstein College of Medicine에서 수행된 추가 연구에서는 일반 환경보다 방사선 수치가 500배 높은 환경에서 세 가지 멜라닌 함유 균류인 Cladosporium Sphaerospermum, Wangiella dermitidis 및 Cryptoccus neformans가 바이오매스 및 축적된 아세트산염이 빠르게 증가했다는 것을 보여주었다.이러한 방사선 수준에 대한 C. 네오포만스 세포의 피폭은 멜라닌의 화학적 특성을 빠르게 변화시켰고(노출되지 않은 [4]세포에 비해 멜라닌 매개 전자 전달 속도(NADH에 의한 펠리시안화물 감소로 측정됨)를 3~4배 증가시켰다.비이온화 방사선에 노출된 후 멜라닌 전자 수송 능력에 대한 유사한 영향이 저자들에 의해 관찰되었으며, 이는 흑색 곰팡이가 성장을 [4]위해 빛이나 열 방사선을 사용할 수도 있음을 시사한다.
멜라닌의 역할
멜라닌은 자연적으로 발생하는 고대 색소의 한 과로 일반적으로 짙은 갈색/검은색인 방사선 방호 특성을 가지고 있습니다.멜라닌은 높은 분자량을 가지고 있다는 것을 알아두는 것이 중요하다.이 색소는 에너지를 변환하고 차폐할 수 있기 때문에 빛을 포함한 전자파 방사선을 흡수할 수 있습니다.이 품질은 멜라닌이 전리방사선으로부터 멜라닌 진균을 보호할 수 있다는 것을 의미한다.에너지 전달은 또한 곰팡이의 성장을 촉진하는데, 이는 흑색화된 곰팡이가 더 빨리 성장한다는 것을 의미한다.멜라닌은 또한 곰팡이가 여러 가지, 더 극단적이고 다양한 환경에서 생존하도록 돕는다는 점에서 곰팡이의 장점이다.이러한 환경의 예로는 체르노빌의 손상된 원자로, 국제우주정거장, 남극산맥 등이 있다.멜라닌은 또한 곰팡이가 방사선을 에너지로 대사하는 것을 도울 수 있지만, 더 많은 증거와 연구가 여전히 필요하다.[1]
녹지 않은 곰팡이와의 비교
멜라닌화는 곰팡이 세포에 대사 비용을 지불한다.방사선이 없을 때, 일부 비멜란화 균류는 멜라닌 경로에서 변이된 균류보다 더 빨리 성장했다.곰팡이 세포벽의 멜라닌 분자나 멜라닌 생합성에서 형성된 독성 중간체로 인한 영양소의 제한적인 섭취가 이 [4]현상에 기여하는 것으로 제안되었다.이는 멜라닌을 생성할 수 있음에도 불구하고, 많은 곰팡이가 멜라닌을 구성적으로 합성하지 않고(즉, 항상), 종종 외부 자극에 대한 반응이나 그 [5]발달의 다른 단계에서만 합성한다는 관찰과 일치한다.곰팡이 세포 내의 화학 중간체(예를 들어 천연 전자 공여체 및 수용체 분자)와 이 과정의 위치와 화학 제품을 포함하여 곰팡이 성장을 위한 유기 화합물 또는 기타 대사물의 멜라닌 기반 합성에서의 정확한 생화학적 과정은 알려져 있지 않다.
인간 우주 비행에 사용
방사영양균은 방사능으로부터 [2]방어막으로 사용될 수 있으며, 특히 우주나 다른 대기에서의 우주 비행사 사용과 관련이 있다.2018년 12월부터 2019년 1월까지 국제우주정거장에서 행해진 실험은 화성 여행 가능성에 대한 연구 노력의 일환으로 방사성 영양균의 사용이 우주에서의 이온화 방사선에 대한 방지에 도움이 될 수 있는지를 테스트하기 위해 이루어졌다.이 실험은 균류 Cladosporium Sphaerospermum의 [2]방사성 영양 변종을 사용했다.이 곰팡이의 성장과 이온화 방사선의 영향을 비껴가는 능력은 국제 우주 정거장에서 30일 동안 연구되었다.이번 실험 결과는 매우 유망했다.
편향된 방사선의 양은 균의 양과 직접적인 상관관계가 있는 것으로 밝혀졌다.처음 24시간 동안 실험군과 대조군 간 이온화 방사선의 감소에는 차이가 없었지만, 일단 방사영양균이 적절한 성숙기에 도달하고 180° 보호 반경을 가진 후, 대조군에 비해 이온화 방사선의 양이 유의미하게 감소한 것으로 확인되었다.1.7mm 두께의 흑색방사영양성 Cladosporium Sphaerospermum에서 실험 종료 직전 방사선 측정값이 2.42% 낮아져 방사선 편향 능력이 대조군의 5배에 달했다.균류가 실체를 완전히 감싸는 상황에서 방사선 수준은 약 4.34±0.[2]7% 감소한다.추정치에 따르면 약 21cm 두께의 층이 화성 표면에서 받는 연간 방사선량을 상당히 비껴갈 수 있다.방사영양균 기반 보호막의 사용에 대한 제한은 임무에 대한 질량의 증가를 포함한다.그러나 잠재적인 화성 임무에서 전체적인 질량을 줄이기 위한 실행 가능한 대안으로, 화성 토양과 멜라닌, 그리고 약 9cm 두께의 균류 층의 동일한 몰 농도의 혼합물을 [2]사용할 수 있다.
「 」를 참조해 주세요.
레퍼런스
- ^ a b Dadachova, Ekaterina; Casadevall, Arturo (December 2008). "Ionizing Radiation: how fungi cope, adapt, and exploit with the help of melanin". Current Opinion in Microbiology. 11 (6): 525–531. doi:10.1016/j.mib.2008.09.013. ISSN 1369-5274. PMC 2677413. PMID 18848901.
- ^ a b c d e Shunk, Graham K.; Gomez, Xavier R.; Averesch, Nils J. H. (2020-07-17). "A Self-Replicating Radiation-Shield for Human Deep-Space Exploration: Radiotrophic Fungi can Attenuate Ionizing Radiation aboard the International Space Station". bioRxiv 10.1101/2020.07.16.205534.
- ^ Castelvecchi, Davide (May 26, 2007). "Dark Power: Pigment seems to put radiation to good use". Science News. Vol. 171, no. 21. p. 325. Archived from the original on 2008-04-24.
- ^ a b c d Dadachova E, Bryan RA, Huang X, Moadel T, Schweitzer AD, Aisen P, Nosanchuk JD, Casadevall A (2007). Rutherford J (ed.). "Ionizing radiation changes the electronic properties of melanin and enhances the growth of melanized fungi". PLOS ONE. 2 (5): e457. Bibcode:2007PLoSO...2..457D. doi:10.1371/journal.pone.0000457. PMC 1866175. PMID 17520016.
- ^ Calvo AM, Wilson RA, Bok JW, Keller NP (2002). "Relationship between secondary metabolism and fungal development". Microbiol Mol Biol Rev. 66 (3): 447–459. doi:10.1128/MMBR.66.3.447-459.2002. PMC 120793. PMID 12208999.
