紫外線損傷DNA修復遺伝子の過剰発現とリボ核酸の持続性が砂漠シアノバクテリウムの乾燥バイオフィルムの回復力に寄与していることを明らかにした

Over-Expression of UV-Damage DNA Repair Genes and Ribonucleic Acid Persistence Contribute to the Resilience of Dried Biofilms of the Desert Cyanobacetrium Exposed to Mars-Like UV Flux and Long-Term Desiccation.

• Claudia Mosca
• Lynn J Rothschild
• Alessandro Napoli
• Fabrizio Ferré
• Marco Pietrosanto
• Claudia Fagliarone
• Mickael Baqué
• Elke Rabbow
• Petra Rettberg
• Daniela Billi

抄録

砂漠シアノバクテリウムの生存限界を、7年間の風乾保存後、1.5×10kJ/mのMars-like UVに曝露した乾燥バイオフィルムと乾燥バイオフィルムを再湿潤することで挑戦した。PCR-stopアッセイにより、乾燥バイオフィルム中のDNA病変の存在と、乾燥UV照射バイオフィルム中の蓄積の増加が明らかになった。30分と60分の再水和後、再水和した乾燥バイオフィルムとUV照射した再水和バイオフィルムでは、DNA病変の種類や量が異なり、遺伝子の発現量が異なることが明らかになった。紫外線損傷エンドヌクレアーゼをコードする遺伝子の発現が乾燥リウェットバイオフィルムで増加していることから、紫外線損傷DNA修復が乾燥損傷の修復に寄与していることが示唆された。一方、フォトリアーゼをコードする遺伝子は、乾燥UV照射した再湿潤バイオフィルムでのみ発現が上昇していた。ヌクレオチド切断修復遺伝子は、乾燥-UV照射-再湿バイオフィルムと乾燥-UV照射-再湿バイオフィルムで過剰発現しており、乾燥-UV照射-再湿バイオフィルムで最も増加していた。また、乾燥したバイオフィルムは、少なくとも調査対象遺伝子のmRNAと16SリボソームRNAを無傷で保存しており、リボソーム機構やmRNAの持続性が早期回復に重要な役割を果たしている可能性が示唆された。この結果は、火星や他の星の周りを周回する惑星など、宇宙生物学的に重要なターゲットのハビタビリティーの定義に貢献することで、地球外生命体の探索に意味を持つ。

The survival limits of the desert cyanobacterium were challenged by rewetting dried biofilms and dried biofilms exposed to 1.5 × 10 kJ/m of a Mars-like UV, after 7 years of air-dried storage. PCR-stop assays revealed the presence of DNA lesions in dried biofilms and an increased accumulation in dried-UV-irradiated biofilms. Different types and/or amounts of DNA lesions were highlighted by a different expression of and genes in dried-rewetted biofilms and dried-UV-irradiated-rewetted biofilms, after rehydration for 30 and 60 min. The up-regulation in dried-rewetted biofilms of gene encoding an UV damage endonuclease, suggested that UV-damage DNA repair contributed to the repair of desiccation-induced damage. While the gene encoding a photolyase was up-regulated only in dried-UV-irradiated-rewetted biofilms. Nucleotide excision repair genes were over-expressed in dried-rewetted biofilms and dried-UV-irradiated-rewetted biofilms, with gene showing the highest increase in dried-UV-irradiated-rewetted biofilms. Dried biofilms preserved intact mRNAs (at least of the investigated genes) and 16S ribosomal RNA that the persistence of the ribosome machinery and mRNAs might have played a key role in the early phase recovery. Results have implications for the search of extra-terrestrial life by contributing to the definition of habitability of astrobiologically relevant targets such as Mars or planets orbiting around other stars.

Copyright © 2019 Mosca, Rothschild, Napoli, Ferré, Pietrosanto, Fagliarone, Baqué, Rabbow, Rettberg and Billi.