Изменение чувствительности к ультрафиолету и радиации микроорганизмов рода Bacillus в условиях гипомагнитного поля

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

В результате проведенных работ получены данные о модулирующем эффекте гипомагнитного поля (ГМП) при воздействии ультрафиолета или радиации на бактериальные клетки. После воздействия физических стресс-факторов бактериальные споры восстанавливали в гипомагнитной камере (ГМК), позволяющей ослабить магнитное поле Земли почти в 1000 раз. Полученные результаты демонстрируют повышенную выживаемость, формирование более крупных колоний на питательной среде при восстановлении клеток в условиях ГМП после воздействия ультрафиолета или радиации. Следовательно, происходит более высокая скорость роста и размножения бактериальной популяции в гипомагнитных условиях. На молекулярном уровне наблюдался повышенный уровень экспрессии генов, участвующих в репарации ДНК и ответе на окислительный стресс, что может обеспечивать более высокую скорость восстановления повреждений, накопленных в бактериальных клетках после воздействия импульсного ультрафиолета или радиации. Выявлено, что в условиях ГМП активированы гены системы репарации по типу соединения негомологичных концов (NHEJ) и эксцизионной репарации (BER), антиоксидантного фермента каталазы, но снижена экспрессия генов, участвующих в SOS-ответе. Несмотря на то, что само ГМП не оказывало очевидного влияния на жизнеспособность бактериальных клеток, оно явно повышало их способность восстанавливаться после воздействия ультрафиолета или радиации. Представленные результаты указывают на роль гипомагнитного поля как модулятора стрессовых ответов у микроорганизмов, что важно для понимания возможности их выживания и адаптации в экстремальных условиях космоса.

Об авторах

С. В. Фиалкина

Государственный научный центр Российской Федерации – Институт медико-биологических проблем РАН; Национальный исследовательский центр эпидемиологии и микробиологии им. почетного академика Н.Ф. Гамалеи Минздрава России

Email: fialkina-fsv@mail.ru
Москва, 123007, Россия; Москва, 123098, Россия

П. Д. Осипова

Государственный научный центр Российской Федерации – Институт медико-биологических проблем РАН

Москва, 123007, Россия

В. М. Лебедев

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д.В. Скобельцына

Москва, 119991, Россия

А. В. Спасский

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д.В. Скобельцына

Москва, 119991, Россия

Д. С. Юров

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д.В. Скобельцына

Москва, 119991, Россия

С. В. Поддубко

Государственный научный центр Российской Федерации – Институт медико-биологических проблем РАН

Москва, 123007, Россия

О. И. Орлов

Государственный научный центр Российской Федерации – Институт медико-биологических проблем РАН

Москва, 123007, Россия

Список литературы

  1. Карпов Д. С., Домашин А. И., Котлов М. И., Осипова П. Д., Киселева Т. А. Серегина С. В., Гончаренко А. В., Миронов А. С., Карпов В. Л., Поддубко С. В. Биотехнологический потенциал штамма Bacillus subtilis 20 // Мол. биология. 2020. T. 54. С. 137‒145.
  2. Орлов О. И., Гурьева Т. С., Дадашева О. А., Спасский А. В., Ездакова М. В., Литвин Е. Д., Сычев В. Н. Влияние условий ослабленного в 1000 раз магнитного поля Земли на эмбриогенез и онтогенез японского перепела в рядуп околений // Докл. Российской академии наук. Науки о жизни. 2020. T. 490. № 1. С. 94‒100.
  3. Фиалкина С. В., Осипова П. Д., Васин А. Л., Лебедев В. М., Спасский А. В., Буравков С. В., Поддубко С. В., Орлов О. И. Влияние гипомагнитного поля на характер роста и морфологию клеток бактерий рода Bacillus // Авиационная и экологическая медицина. 2024. Т. 58. № 5. С. 89‒99. https://doi.org/10.21687/0233-528X-2024-58-5-89-99
  4. Alken P., Thebault E., Beggan C., Amit H., Aubert J., Baerenzung J., Bondar T. N., Brown W. J., Califf S. International geomagnetic reference field: The thirteenth generation // Earth Planets Space. 2021. V. 73. Art. e197. https://doi.org/10.1186/s40623-020-01288-x
  5. Baek S., ChoiH., Park H. Effects of a hypomagnetic field on DNA methylation during the differentiation of embryonic stem cells // Sci. Rep. 2019. V. 9. Art. 1333. https://doi.org/10.1038/s41598-018-37372-2
  6. Berguig M. S., Hamoudi M., Lemouel J. L., Cohen Y. Validate global mapping of internal lunar magnetic field // Arab. J. Geosci. 2013. P. 1063–1072. https://doi.org/10.1007/s12517-011-0406-4
  7. Binhi V. N. Statistical amplification of the effects of weak magnetic fields in cellular translation // Cells. 2023. V. 12. Art. 724. https://doi.org/10.3390/cells12050724
  8. Creanga D., Poiata A., Morariu V., Tupu P. Zero-magnetic field effect in pathogen bacteria // J. Magn. Magnet. Mater. 2004. V. 272–276. P. 2442–2444. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2003.12.853
  9. Furukawa S., Nagamatsu A., Nenoi M., Fujimori A., Kakinuma S., Katsube T., Wang B., Tsuruoka C., Shirai T., Nakamura A. J., Sakaue-Sawano A., Miyawaki A., Harada H., Kobayashi M., Kobayashi J., Kunieda T., Funayama T., Suzuki M., Miyamoto T., Hidema J., Yoshida Y., Takahashi A. Space radiation biology for “Living in Space” // Biomed. Res. Int. 2020. V. 8. Art. e4703286. https://doi.org/10.1155/2020/4703286
  10. Gudoshnikov S. A., Venediktov S. N., Grebenshchikov Y. B., Kuznetsov P. A., Manninen S. A., Krivolapova O. N., Trukhanov K. A., Kruglov O. S., Spasskii A. V. A screening chamber for attenuating the Earth’s magnetic field based on roll magnetic materials // Measurement Techniques. 2012. V. 55. P. 329–335.
  11. Horneck G., Klaus D. M., Mancinelli R. L. Space microbiology // Microbiol. Mol. Biol. Rev. 2010. V. 74. Р. 121–156. https://doi.org/10.1128/MMBR.00016-09
  12. Livak K. J., Schmittgen T. D. Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2−ΔΔCt method // Methods. 2001. V. 25. P. 402‒408. https://doi.org/10.1006/meth.2001.1262
  13. Maffei M. E. Magnetic field effects on plant growth, development, and evolution // Front. Plant Sci. 2014. Art. 445.
  14. Martino C. F., Castello P. R. Modulation of hydrogen peroxide production in cellular systems by low level magnetic fields // PLoS One. 2011. V. 6. Art 22753. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0022753
  15. Mo W., Liu Y., Bartlett P. F., He R.-Q. Transcriptome profile of human neuroblastoma cells in the hypomagnetic field // Sci. China Life Sci. 2014. V. 57. P. 448–461. https://doi.org/0.1007/s11427-014-4644-z
  16. Mo W., Zhang Z., Wang D., Liu Y., Bartlett P. F., He R.-Q. Shielding of the geomagnetic field alters actin assembly and inhibits cell motility in human neuroblastoma cells // Sci. Rep. 2016. V. 6. Art. e22624. https://doi.org/10.1038/srep22624
  17. Mukherjee S., Bassler B. L. Bacterial quorum sensing in complex and dynamically changing environments // Nat. Rev. Microbiol. 2019. V. 17. Р. 371–382. https://doi.org/10.1038/s41579-019-0186-5
  18. Nagwani A. K., Budka A., Łacka A., Kaczmarek Ł., Kmita H. The effect ofhypomagneticfield on survival and mitochondrial functionality of active Paramacrobiotus experimentalis females and males of different age // Front. Physiol. 2023. V. 14. Art 1253483. https://doi.org/10.3389/fphys.2023.1253483
  19. Obhodas J., Valkovic V., Kollar R., Hrenović J., Nađ K., Vinković A., Orlić Ž. The growth and sporulation of Bacillus subtilis in nanotesla magnetic fields // Astrobiology. 2021.V. 21. P. 323‒331. https://doi.org/10.1089/ast.2020.2288
  20. Poiata A., Creanga D. E., Morariu V. V. Life in zero magnetic field. V. E. coli resistance to antibiotics // Electromagn. Biol. Med. 2009. V. 22. P. 171–182. https://doi.org/10.1081/JBC-120024626
  21. Ramsay J., Kattnig D. R. Radical triads, not pairs, may explain effects of hypomagnetic fields on neurogenesis // PLoS Comput. Biol. 2022. V. 18. Art. e1010519. https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1010519
  22. Roemer K., Mo W., Zhang Z., Liu Y., Bartlett P. F., He R.-Q. Magnetic shielding accelerates the proliferation of human neuroblastoma cell by promoting G1-phase progression // PLoS One. 2013. V. 8. Art. e54775. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0054775
  23. Simonsen L. C., Slaba T. C., Guida P. Rusek A. NASA’s first ground-based Galactic Cosmic Ray Simulator: Enabling a new era in space radiobiology research // PLoS Biol. 2020. V. 18. Art. e3000669. https://doi.org/0.1371/journal.pbio.3000669
  24. Sincak M., Sedlakova-Kadukova J. Hypomagnetic fields and their multilevel effects on living organisms // Processes. 2023.V. 11. Art. e282. https://doi.org/10.3390/pr11010282
  25. Steinhilber F., Abreu J. A., Beer J., McCracken K.G. Interplanetary magnetic field during the past 9300 years inferred from cosmogenic radionuclides // J. Geophys. Res. Space. 2010. V. 115. № A1. Art. e01104. https://doi.org/10.1029/2009JA014193
  26. Tarduno J. A., Blackman E. G., Mamajek E. E. Detecting the oldest geodynamo and attendant shielding from the solar wind: Implications for habitability // Phys. Earth Planet. 2014. V. 233. № 8. Р. 68–87.
  27. Tian L., Luo Y., Ren J., Zhao C. The role of oxidative stress in hypomagnetic field effects // Antioxidants (Basel). 2024. V. 13. Art8. e1017. https://doi.org/10.3390/antiox13081017
  28. Watters T. R., McGovern P.J., Irwin R. P. Hemispheres apart: the crustal dichotomy on Mars // Annu. Rev. Earth Planet. Sci. 2007. V. 35. Р. 621–652. https://doi.org/10.1146/annurev.earth.35.031306.140220
  29. Xue X., Ali Y. F., Liu C., Hong Z., Luo W., Nie J., Li B., Jiao Y., Liu N.-A. Geomagnetic shielding enhances radiation resistance by promoting DNA repair process in human bronchial epithelial cells // Int. J. Mol. Sci. 2020. V. 21. Art. e304. https://doi.org/10.3390/ijms21239304
  30. Xue X., Ali Y. F., Luo W., Liu C., Zhou G., Liu N.-A. Biological effects of space hypomagnetic environment on circadian rhythm // Front. Physiol. 2021. V. 9. Art. e643943. https://doi.org/10.3389/fphys.2021.643943
  31. Yurov D. S., Alimov A. S., Ishkhanov B. S., Pakhomov N. I., Sakharov V. P., Shvedunov V. I. Industrial prototype of compact CW linac // Proceedings of RuPAC’2014. Obninsk, Russia. 2014. P. 248.
  32. Zhang B., Wang L., Zhan A., Wang M., Tian L., Guo W., Pan Y. Long-term exposure to a hypomagnetic field attenuates adult hippocampal neurogenesis and cognition // Nat. Commun. 2021. V. 12. Art. 1174. https://doi.org/10.1038/s41467-021-21468-x
  33. Zhang H. T., Zhang Z. J., Mo W. C., Hu P.-D., Ding H.-M., Liu Y., Hua Q., He R.-Q. Shielding of the geomagnetic field reduces hydrogen peroxide production in human neuroblastoma cell and inhibits the activity of CuZn superoxide dismutase // Protein Cell. 2017. V. 8. Р. 527–537. https://doi.org/10.1007/s13238-017-0403-9

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025