被称为“细菌柯南”（Conan the Bacterium）的 Deinococcus radiodurans 因其非凡的能力能够在极端条件下生存而得名。它可以承受比杀死人类高数千倍的辐射剂量——事实上，比任何其他生物体都要强。这种出色抵抗力的背后是一种简单代谢物的集合，这些代谢物与锰结合形成一种强大的抗氧化剂。现在，西北大学和统一服务大学（USU）的化学家们发现了这种抗氧化剂的工作原理。
在一项新研究中，研究人员表征了一种合成设计的抗氧化剂，称为MDP，该抗氧化剂灵感来源于 Deinococcus radiodurans 的耐受力。他们发现MDP的成分——锰离子、磷酸盐和一个小肽——形成了一种三元复合物，这种复合物比单独使用锰与其他任一成分组合时具有更强的保护作用，防止辐射损伤。这一发现最终可能导致开发出专门针对人类需求的新合成抗氧化剂。应用范围包括保护宇航员在深空任务中免受强烈的宇宙辐射、应对辐射紧急情况以及生产辐射灭活疫苗。
这项研究将于12月9日当周发表在《美国国家科学院院刊》上。“正是这种三元复合物使MDP成为对抗辐射效应的绝佳盾牌，”西北大学的Brian Hoffman说，他与USU的Michael Daly共同进行了这项研究。“我们早就知道锰离子和磷酸盐一起构成了一种强大的抗氧化剂，但发现并理解添加第三成分提供的‘神奇’效力是一个突破。这项研究提供了关键的理解，解释了为什么这种组合如此强大，且前景广阔。”
Hoffman是西北大学温伯格艺术与科学学院的Charles E.和Emma H. Morrison化学教授及分子生物科学教授。他还是生命过程化学研究所的成员。Daly是USU病理学教授，也是国家科学院行星保护委员会的成员，他是 Deinococcus radiodurans 方面的专家。
微生物界的不可思议的浩克
这项新研究建立在Hoffman和Daly之前合作的研究基础上，当时他们试图更好地了解 Deinococcus radiodurans 预测的在火星上抵御辐射的能力。在那项研究中，Hoffman的团队使用先进的光谱技术测量了微生物细胞中锰抗氧化剂的积累量。
据Hoffman和Daly称，微生物或其孢子能存活的辐射剂量大小直接与其含有的锰抗氧化剂的数量相关。换句话说，更多的锰抗氧化剂意味着更强的抗强烈辐射能力。在早期的研究中，其他研究人员发现 Deinococcus radiodurans 可以存活25,000戈瑞（或X射线和伽马射线的单位）。但在2022年的研究中，Hoffman和Daly发现，当细菌干燥和冷冻时，它可以承受140,000戈瑞的辐射，这是一般人类致死剂量的28,000倍。因此，如果火星上有任何休眠的冷冻微生物，它们可能已经幸存下来，经受住了银河宇宙辐射和太阳质子的冲击。
三者的威力
为了进一步了解微生物的辐射抗性，Hoffman和Daly的团队研究了一种名为DP1的设计十肽。当与磷酸盐和锰结合时，DP1形成了自由基清除剂MDP，成功保护细胞和蛋白质免受辐射损伤。在另一项最近的研究中，Daly和他的合作者发现MDP在制备辐照多价疫苗方面非常有效。
利用先进的顺磁共振光谱技术，研究团队揭示了MDP的有效成分是一种三元复合物——磷酸盐和肽精确结合到锰上的结构。“对MDP的新理解可能会导致开发出更有效的基于锰的抗氧化剂，应用于医疗、工业、国防和太空探索。”Michael Daly表示。
这项研究“Mn2+、合成十肽DP1（DEHGTAVMLK）和正磷酸盐的三元复合物是一种出色的抗氧化剂”得到了美国国立卫生研究院（资助编号GM111097）、美国国家科学基金会（资助编号CHE-2333907）和国防威胁减少局（资助编号HDTRA1620354）的支持。
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