被誉为“康纳细菌”（因其在极端条件下非凡的耐受能力），德氏放线菌（Deinococcus radiodurans）能够承受比杀死人类高数千倍的辐射剂量，事实上，它还能抵抗任何其他生物体无法承受的辐射剂量。这种超强抵抗力的秘密在于一组简单的代谢物，这些代谢物与锰结合形成一种强大的抗氧化剂。现在，西北大学和美国军医大学（USU）的化学家们已经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名为MDP的人工设计抗氧化剂，该抗氧化剂受到德氏放线菌（Deinococcus radiodurans）的启发。他们发现，MDP的成分包括锰离子、磷酸盐和一个小肽，这三种成分形成的三元复合物比单独使用锰与其他任一成分组合时具有更强的辐射防护作用。
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宇宙辐射的影响、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成为抵御辐射影响的超级盾牌，”西北大学的布莱恩·霍夫曼（Brian Hoffman）说，他与美国军医大学的迈克尔·戴利（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可以形成一个强大的抗氧化剂，但发现并理解第三种成分带来的‘魔力’效力是一个突破。这项研究为我们理解为什么这种组合如此强大和有前途的辐射防护剂提供了关键。”
霍夫曼是西北大学温伯格艺术与科学学院的查尔斯·E·和艾玛·H·莫里森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。作为德氏放线菌的专家，戴利是美国军医大学病理学教授，也是国家科学院行星保护委员会的成员。
微生物界的“不可思议的浩克”
这项新研究建立在霍夫曼和戴利之前合作的研究基础上，当时他们试图更好地理解德氏放线菌预测的在火星上抵抗辐射的能力。在那项研究中，霍夫曼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。据霍夫曼和戴利称，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数量相关。换句话说，更多的锰抗氧化剂意味着更强的抗辐射能力。
在早期的研究中，其他研究人员发现德氏放线菌可以承受25,000戈瑞（或X射线和伽马射线单位）。但在2022年的研究中，霍夫曼和戴利发现，当细菌干燥和冷冻时，它可以承受140,000戈瑞的辐射，这个剂量比杀死人类的剂量高出28,000倍。因此，如果火星上埋藏着任何休眠的冷冻微生物，它们可能已经幸存下来，抵御了银河宇宙辐射和太阳质子的袭击。
三者之力
为了进一步了解微生物的辐射抗性，霍夫曼和戴利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，成功地保护了细胞和蛋白质免受辐射损伤。在另一项最近的研究中，戴利和他的合作者发现MDP在制备辐照多价疫苗方面非常有效。
通过使用高级顺磁共振光谱技术，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组装体。
“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、国防和空间探索等领域，”戴利说。
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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