9 июля 2020

Ученые синтезировали новый биоматериал для защиты космонавтов от радиации

Американские химики создали сверхстойкое к радиации вещество, вставив атомы селена внутрь молекул природного пигмента меланина. Ученые защитили с его помощью микробы и культуры клеток от смертельных доз ионизирующего излучения. Описание исследования опубликовал Journal of the American Chemical Society.

"Мы показали, что селеномеланин поглощает радиацию, лучше чем феомеланин. Учитывая то, что селена в природе достаточно много, не исключено, что это вещество уже было изобретел до нас какой-нибудь организм, которому пришлось приспосабливаться к жизни в условиях сверхвысокой радиационной нагрузки", – рассказал один из авторов исследования, профессор Северо-Западного университета (США) Нэйтан Джаннески.

Каждую секунду на кожу человека и тело большинства животных действует ионизирующее излучение в виде ультрафиолета Солнца, космических лучей и других источников радиации. Главным защитником от этого излучения служит пигмент меланин – он поглощает ультрафиолет без вреда для остальных частей клеток кожи.

Сегодня ученые не до конца уверены, защищает ли меланин нашу кожу от радиации всегда, и как на ее состояние влияют другие молекулы, которые могут поглощать ионизирующее излучение. В последние годы интерес к его изучению значительно вырос, так как специалисты NASA стали рассматривать природные источники меланина, в том числе грибы, как одно из средств защиты участников будущих экспедиций на Марс и другие планеты от космической радиации.

Джаннески и его коллеги нашли природному меланину более интересную и простую для получения альтернативу. В своем исследовании они пытались понять, какая из пяти природных разновидностей этого пигмента – желтый феомеланин, коричневый эумеланин, черные алломеланин и нейромеланин или же бежевый пиомеланин – лучше всего поглощает рентгеновское излучение.

Шестой пигмент

Сравнивая свойства этих молекул, ученые обратили внимание, что их защитные свойства зависели в первую очередь от того, как много в этих вариациях меланина было атомов серы. Это натолкнуло их на мысль, что радиационную стойкость этих пигментов можно повысить, если заменить серу на селен, атомы которого гораздо больше.

Руководствуясь этой идеей, Джаннески и его коллеги синтезировали эту вариацию пигмента с помощью гормона допамина и аналога серосодержащей аминокислоты цистеина, в которой селен заменял серу. Ученые отмечают, что сборка его молекул оказалась неожиданно простой – по крайней мере по сравнению  синтезом феомеланина, который сейчас рассматривают как одно из средств радиационной защиты для астронавтов.

Получив некоторое количество этого вещества, ученые подготовили набор наночастиц из селеномеланина и обработали ими культуры клеток кожи и несколько колоний микробов. То же самое химики проделали с частицами из эумеланина и феомеланина. Убедившись в том, что клетки не погибли от этих наночастиц, ученые обработали все пробирки смертельной дозой гамма-излучения в 6 грей.

Опыты показали, что множества повреждений в ДНК клеток не появилось. Однако они продолжили размножаться только в тех случаях, если в среде их обитания были наночастицы из селеномеланина. В среднем он защищал клетки от радиации примерно в 2–3 раза эффективнее, чем обе природных вариации пигмента.

Ученые предполагают, что в природе могут существовать живые организмы, которые производят эту вариацию пигмента, так как селен есть в белках практически всех представителей жизни на Земле.

Благодаря подобным свойствам селеномеланина, как считают ученые, его синтетические или природные источники можно будет использовать как основу для защитных материалов и наполнителей для обшивок космических кораблей, а также различных кремов для кожи, которые будут защищать тело участников экспедиций в дальний космос от рентгеновского и других форм ионизирующего излучения.