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Lexikon der Biologie: Deinococcus

Deinococcus m, Deinobacter, Gattung in der Thermus/Deinococcus-Gruppe, einer Abstammungslinie der Eubakterien (Familie Deinococcaceae) mit mehreren Arten. Die Zellen sind sporenlos, nicht-pathogen, rosa bis rot gefärbt, meist grampositiv; sie wachsen aerob in komplexen Medien. Die erste Isolierung von Deinococcus (1956) erfolgte von Fleischkonserven, die durch radioaktive Bestrahlung mit Gammastrahlen sterilisiert worden waren. Später wurde das Bakterium in Fäkalien, Hausstaub, auf bestrahlten medizinischen Instrumenten und auf Gesteinen in der Antarktis nachgewiesen. Bemerkenswert ist die außerordentlich hohe Resistenz der vegetativen Zellen gegen ionisierende Strahlen und UV-Strahlung (Ultraviolett), gentoxische Chemikalien (Genotoxizität), oxidative Schädigungen und Austrocknung (Austrocknungsfähigkeit). Einige Stämme von Deinococcus radiodurans überleben eine γ-Bestrahlung von 5000 Gray (Strahlendosis), einzelne Stämme sogar 15 000 Gray. Sie ertragen somit eine etwa 3000fach höhere Dosis als alle anderen Organismen. Es ist die höchste bisher bekannte Resistenz vegetativer Zellen gegenüber radioaktiver Strahlung (Radioaktivität). Ein Mensch überlebt höchstens 3–5 Gray (Strahlenbelastung, Strahlenschäden). Das Genom von Deinococcus radiodurans (Stamm R1) konnte vollständig entschlüsselt werden (1999). Es besteht aus 2 Chromosomen (2 648 638 und 412 348 Basenpaare), einem Megaplasmid (177 466 Basenpaare) und einem kleinen Plasmid (45 704 Basenpaare). Das Gesamtgenom beträgt demnach ca. 3,284 Millionen Basenpaare. Das Erbgut enthält knapp 3200 Gene. Das Basenverhältnis (Guanin zu Cytosin; Basenzusammensetzung) der DNA beträgt bei Deinococcus 60–70mol%. Die DNA bricht bei einer hohen Bestrahlung an vielen Stellen auseinander, doch besitzt das Bakterium ein außerordentlich effektives zuverlässiges Reparatursystem (DNA-Reparatur), so daß nach wenigen Stunden wieder ein intaktes Bakterienchromosom mit korrekter Reihenfolge der Bausteine und ohne erkennbare Mutationen hergestellt ist. Geschädigte Teile der DNA werden aus der Zelle entfernt. Die Gene für die Reparaturenzyme liegen in vielfacher Ausführung vor. Die vitalen Zellen können Chromosomen und Plasmide außerdem in mehrfacher Ausführung enthalten (4–10fach). Die Strahlenresistenz ist wahrscheinlich eine Begleiterscheinung der ausgeprägten Trockenresistenz. Gentechnisch wird versucht, die Radioaktivitätsresistenz von Deinococcus mit der Fähigkeit anderer Bakterien zu kombinieren, Schwermetalle zu binden und/oder giftige organische Chemikalien abzubauen. Diese gentechnisch veränderten Stämme könnten z. B. dazu genutzt werden, flüssigen Chemie-Atommüll vor der Endlagerung von organischen Lösungsmitteln zu befreien.

G.S.

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