Radiorresistência - Radioresistance

Radiorresistência é o nível de radiação ionizante que os organismos são capazes de suportar.

Organismos resistentes à radiação ionizante (IRRO) foram definidos como organismos para os quais a dose de radiação ionizante aguda (IR) necessária para atingir uma redução de 90% (D10) é maior que 1000 cinza (Gy)

A radiorresistência é surpreendentemente alta em muitos organismos, em contraste com as opiniões defendidas anteriormente. Por exemplo, o estudo do meio ambiente, animais e plantas ao redor da área do desastre de Chernobyl revelou uma sobrevivência inesperada de muitas espécies, apesar dos altos níveis de radiação. Um estudo brasileiro em um morro no estado de Minas Gerais, que possui altos níveis de radiação natural de depósitos de urânio, também mostrou muitos insetos , vermes e plantas radiorresistentes . Certos extremófilos , como a bactéria Deinococcus radiodurans e os tardígrados , podem suportar grandes doses de radiação ionizante da ordem de 5.000 Gy .

Radiorresistência induzida

Este é um gráfico que mostra o efeito do fracionamento na capacidade dos raios gama de causar a morte celular. A linha azul é para células que não tiveram a chance de se recuperar, enquanto a linha vermelha é para células que ficaram em repouso por um tempo e se recuperaram.

No gráfico à esquerda, uma curva de dose / sobrevivência para um grupo hipotético de células foi desenhada com e sem um tempo de descanso para as células se recuperarem. Além do tempo de recuperação parcial durante a irradiação, as células teriam sido tratadas de forma idêntica.

A radiorresistência pode ser induzida pela exposição a pequenas doses de radiação ionizante. Vários estudos documentaram esse efeito em leveduras , bactérias , protozoários , algas , plantas, insetos, bem como em células humanas e de mamíferos in vitro e em modelos animais . Vários mecanismos de radioproteção celular podem estar envolvidos, como alterações nos níveis de algumas proteínas citoplasmáticas e nucleares e aumento da expressão gênica , reparo do DNA e outros processos. Também os modelos biofísicos apresentaram fundamentos gerais para este fenômeno.

Descobriu-se que muitos organismos possuem um mecanismo de autorreparação que pode ser ativado pela exposição à radiação em alguns casos. Dois exemplos desse processo de autorreparação em humanos são descritos a seguir.

Devair Alves Ferreira recebeu uma grande dose (7,0 Gy ) durante o acidente em Goiânia , e sobreviveu, enquanto sua esposa, que recebeu uma dose de 5,7 Gy, morreu. A explicação mais provável é que a dose dele foi fracionada em muitas doses menores que foram absorvidas ao longo de um período de tempo, enquanto sua esposa ficou mais em casa e foi submetida a irradiação contínua sem interrupção, dando aos mecanismos de autorreparação em seu corpo menos tempo para reparar alguns dos danos causados ​​pela radiação. Isso resultou em sua morte. Ele também morreu em 1994. Da mesma forma que algumas das pessoas que trabalharam no porão do destruído Chernobyl acumularam doses de 10 Gy, esses trabalhadores receberam essas doses em pequenas frações para evitar os efeitos agudos.

Foi descoberto em experimentos de biologia de radiação que, se um grupo de células é irradiado, à medida que a dose aumenta, o número de células que sobrevivem diminui. Também foi descoberto que se uma população de células recebe uma dose antes de ser colocada de lado (sem ser irradiada) por um período de tempo antes de ser irradiada novamente, então a radiação tem menos capacidade de causar a morte celular . O corpo humano contém muitos tipos de células e um ser humano pode ser morto pela perda de um único tecido em um órgão vital. Para muitas mortes por radiação de curto prazo (3 dias a 30 dias), a perda de células formadoras de células do sangue ( medula óssea ) e as células do sistema digestivo (parede do intestino ) causam a morte.

Herança de radiorresistência

Há fortes evidências de que a radiorresistência pode ser determinada geneticamente e herdada, pelo menos em alguns organismos. Heinrich Nöthel, geneticista da Freie Universität Berlin realizou o mais extenso estudo sobre mutações de radiorresistência usando a mosca da fruta comum , Drosophila melanogaster , em uma série de 14 publicações.

Evolução da radiorresistência

Do ponto de vista da história evolutiva e da causalidade, a radiorresistência não parece ser uma característica adaptativa porque não há nenhuma pressão de seleção de ocorrência natural documentada que pudesse ter conferido uma vantagem de aptidão à capacidade dos organismos de suportar doses de radiação ionizante na faixa de vários Observou-se que espécies extremófilas são capazes de sobreviver. Isso ocorre principalmente porque o campo magnético da Terra protege todos os seus habitantes da radiação cósmica solar e dos raios cósmicos galácticos, que são as duas principais fontes de radiação ionizante em nosso sistema solar, e até mesmo incluindo todas as fontes terrestres documentadas de radiação ionizante, como gás radônio e radionuclídeos primordiais em localizações geográficas consideradas locais naturais de alto nível de radiação, a dose anual de radiação natural de fundo permanece dezenas de milhares de vezes menor do que os níveis de radiação ionizante que muitos organismos altamente radiorresistentes podem suportar.

Uma possível explicação para a existência de radiorresistência é que ela é um exemplo de adaptação cooptada ou exaptação, onde a radiorresistência poderia ser uma consequência indireta da evolução de uma adaptação diferente e ligada que foi selecionada positivamente pela evolução. Por exemplo, a hipótese de adaptação à dessecação propõe que as temperaturas extremas presentes nos habitats de hipertermófilos como D e inococcus radiodurans causam dano celular que é virtualmente idêntico ao dano tipicamente causado pela radiação ionizante, e que os mecanismos de reparo celular que evoluíram para reparar esses danos por calor ou dessecação são generalizáveis ​​para danos por radiação também, permitindo que D. radiodurans sobreviva a doses extremas de radiação ionizante. A exposição à radiação gama leva a danos no DNA celular, incluindo alterações no emparelhamento de bases nitrogenadas, danos no esqueleto açúcar-fosfato e lesões de DNA de fita dupla. Os mecanismos de reparo celular extraordinariamente eficientes que as espécies de Deinoccocus como D. radiodurans desenvolveram para reparar danos causados ​​pelo calor também são capazes de reverter os efeitos do dano ao DNA causado pela radiação ionizante, como remontar quaisquer componentes de seu genoma que tenham sido fragmentado pela radiação.

Bacillus sp. produzindo esporos invulgarmente resistentes à radiação (e ao peróxido), foram isolados de instalações de montagem de naves espaciais e são considerados candidatos que poderiam cavalgar em naves espaciais por meio de transferência interplanetária. A análise do genoma de alguns desses produtores de esporos resistentes à radiação lançou alguma luz sobre as características genéticas que poderiam ser responsáveis ​​pelas resistências observadas.

Radiorresistência em radiação oncológica

Radiorresistência também é um termo algumas vezes usado na medicina ( oncologia ) para células cancerosas que são difíceis de tratar com radioterapia . A radiorresistência de células cancerosas pode ser intrínseca ou induzida pela própria radioterapia.

Comparação de radiorresistência

A comparação na tabela abaixo destina-se apenas a fornecer indicações aproximadas de radiorresistência para diferentes espécies e deve ser tomada com muito cuidado. Geralmente, há grandes diferenças na radiorresistência para uma espécie entre os experimentos, devido à forma como a radiação afeta os tecidos vivos e às diferentes condições experimentais. Devemos, por exemplo, considerar que, como a radiação impede a divisão celular, os organismos imaturos são menos resistentes à radiação do que os adultos, e os adultos são esterilizados em doses muito menores do que a necessária para matá-los. Por exemplo, para o inseto parasitóide Habrobracon hebetor , o LD 50 para embrião haplóide durante a clivagem (1-3 horas de idade) é 200 R , mas cerca de 4 horas depois é de 7.000 R (para intensidade de raios-X de 110 R / minuto), e embriões haplóides (= machos) são mais resistentes do que embriões diplóides (= fêmeas). A mortalidade de adultos H. hebetor expostos a uma dose de 180.250 R é a mesma de um grupo de controle não irradiado (comida não foi fornecida a nenhum dos grupos) (por 6.000 R / minuto). No entanto, uma dose mais baixa de 102.000 R (para 6.000 R / minuto) é suficiente para induzir um estado de letargia em H. hebetor que se manifesta por uma cessação completa da atividade, incluindo a cessação da alimentação, e esses indivíduos eventualmente se deixam morrer de fome morte. E uma dose ainda mais baixa de 4.858 R (para 2.650 R / minuto) é suficiente para esterilizar H. hebetor fêmea adulta (a esterilidade surge 3 dias após a exposição). Outros fatores importantes que influenciam o nível de radiorresistência incluem: O período de tempo durante o qual uma dose de radiação é administrada - com doses administradas durante períodos mais longos ou em intervalos de tempo, estando associado a efeitos negativos muito reduzidos; O estado de alimentação dos indivíduos - com indivíduos pré-alimentados e pós-alimentados sendo mais resistentes às radiações em comparação com indivíduos famintos; O tipo de radiação usada (por exemplo, tardígrados Milnesium tardigradum irradiados com íons pesados ​​têm uma sobrevida maior do que quando irradiados com raios gama, para uma mesma dose de irradiação); O estado fisiológico dos indivíduos (por exemplo, as espécies tardígradas Richtersius coronifer e Milnesium tardigradum são mais resistentes à radiação de raios gama quando no estado hidratado, e Macrobiotus areolatus é mais resistente à radiação de raios X quando no estado anidrobiótico). A forma como a letalidade é medida também é fonte de variação para a radiorresistência estimada de uma espécie. As amostras irradiadas não são mortas instantaneamente, a menos que sejam expostas a uma dose muito alta (dose aguda). Portanto, os espécimes irradiados morrem ao longo de um certo período de tempo e as doses de irradiação mais baixas correspondem a uma sobrevida mais longa. Isso significa que a dose de radiação LD 50 flutua com o tempo em que é medida. Por exemplo, a dose de radiação β que causa 50% de mortalidade na barata americana em 25 dias após a exposição é 5.700 R, mas para atingir 50% de mortalidade em 3 dias após a exposição, 45.610 R são necessários. 25 dias pode representar um longo período de sobrevivência para espécies de vida curta, como insetos, mas representaria um tempo de sobrevivência muito curto para espécies de vida longa, como mamíferos, portanto, comparar a sobrevivência de diferentes espécies após o mesmo período de pós-exposição também apresenta alguns desafios de interpretação. Esses exemplos ilustram as muitas questões associadas à comparação de radiorresistência entre espécies e a necessidade de cautela ao fazê-lo.

Doses de radiação letal ( cinza )
Organismo Dose letal LD 50 LD 100 Classe / Reino
Cão   3,5 (LD 50/30 dias )   Mamíferos
Humano 4-10 4,5 10 Mamíferos
Rato   7,5   Mamíferos
Mouse 4,5-12 8,6-9   Mamíferos
Coelho   8 (LD 50/30 dias )   Mamíferos
Tartaruga   15 (LD 50/30 dias )   Réptil
Goldfish   20 (LD 50/30 dias )   Peixe
Escherichia coli 60   60 Bactérias
Barata alemã   64   Insetos
Marisco   200 (LD 50/30 dias )   -
Mosca da fruta comum 640     Insetos
C. elegans ∗   160-200 ≫ 500-800 Nematóide
Ameba   1.000 (LD 50/30 dias )   -
Habrobracon hebetor 1.800     Insetos
Milnesium tardigradum 5.000     Eutardígrado
Deinococcus radiodurans 15.000     Bactérias
Thermococcus gammatolerans 30.000     Archaea

∗ Embora um LD 50 tenha sido relatado para indivíduos de C. elegans de tipo selvagem , um limite letal superior não foi estabelecido, em vez disso, "quase todos os animais estavam vivos sem indicação de letalidade em excesso até 800 Gy, a dose mais alta ... medida . "

Veja também

Notas e referências

Leitura adicional