עמידותו, כך עולה ממחקר של פרופ' אברהם מינסקי ממכון ויצמן למדע, נובעת בעיקר מהדרך שבה הוא מארגן את החומר הגנטי שלו: בצורת טבעות.
החיידק Deinococcus radiodurans מסוגל לשרוד גם כשהוא סופג קרינה בעוצמה של 1.5 מיליון רד - פי אלף מהעוצמה שבה מסוגל לעמוד כל יצור חי אחר על כדור הארץ, ופי 3,000 מעוצמת הקרינה שבה מסוגלים לעמוד בני אדם. אם לא די בכל אלה, מתברר שהוא עמיד במיוחד גם בתנאים קיצוניים של יובש וקור, תכונה שבזכותה הוא גם אחד היצורים הבודדים שמסוגלים לחיות בקוטב הצפוני.
עמידותו של החיידק היתה בשנים האחרונות במרכז ויכוחים בין מדעני נאס"א לבין מדענים רוסים, הטוענים שהוא הגיע לכדור הארץ ממאדים, שם רמת הקרינה הרדיואקטיבית גבוהה יותר בהשוואה לקרינת הרקע של כדור הארץ.
התעלומה הגיעה באחרונה לפתרונה, כאשר פרופ' מינסקי מהמחלקה לכימיה אורגנית במכון ויצמן למדע מצא שה-DNA של החיידק העמיד ארוז בצפיפות בצורת טבעות, מה שמקנה לו את עמידותו בפני גורמים חיצוניים (דוגמת קרינה רדיואקטיבית), הפוגעים בחומר הגנטי ושוברים את הרצף הכימי שלו. ממצאי המחקר התפרסמו בשבועון המדע Science. על שום הטבעות הוצמד לו הכינוי "שר הטבעות".
Deinococcus radiodurans
והנה, חברי קבוצת המחקר של פרופ' מינסקי גילו כי ה-DNA של Deinococcus radiodurans מסודר בטבעת שמונעת מחתיכות שבורות של DNA להתפזר בנוזל התא, כפי שקורה ביצורים אחרים, כולל באדם. במילים אחרות, גם כאשר החומר הגנטי שלו נשבר למקטעים זעירים כתוצאה מקרינה רבת עוצמה, "שר הטבעות" הזעיר אינו מאבד חומר גנטי, אלא שומר את השברים במקומותיהם הקבועים, במבנה של טבעת הדוקה. לאחר מכן, אנזימי התיקון עוברים על הטבעת, "מלחימים" את המקטעים הגנטיים אלה לאלה ומחזירים את המצב לתקנו.
במחקרי המשך מצאו המדענים שתהליך תיקון ה-DNA של "שר הטבעות" מתנהל בשני שלבים. בשלב הראשון ה-DNA עובר תהליכי תיקון במסגרת הטבעת. בשלב השני מתרחש תהליך מפתיע: Deinococcus radiodurans הוא יצור חד-תאי המחולק לארבעה "חדרים" נפרדים. כל חדר מכיל העתק של ה-DNA שלו. החוקרים מצאו שני מעברים זעירים המחברים את ארבעת החדרים. מעקב מדוקדק אחר תהליך התיקון העלה שלאחר כשעה וחצי של תיקון בתוך הטבעת, מתחיל השלב השני של התיקון: ה-DNA משתחרר ממבנה הטבעת ונודד לחדר הסמוך, שם הוא מתאחד עם העתק ה-DNA השוכן שם. בשלב זה. מנגנוני התיקון ה"רגילים", הקיימים בבני אדם וביצורים אחרים, מתחילים לפעול: אנזימי תיקון משווים בין שני העתקי החומר הגנטי, כשהם משתמשים בכל אחד מהם כבגיבוי למידע החסר בשני. מאחר שה-DNA כבר עבר את השלב הראשון של התיקון, שבמהלכו תוקנו שברים רבים, השלב השני נעשה בקלות יחסית.
גילוי האריזה הטבעתית הצפופה גרמה לתמיהה בקרב החוקרים: כיצד מסוגל יצור כלשהו לתפקד כשהחומר הגנטי שלו ארוז באריזה כל כך הדוקה, הרי כדי לבצע את תפקידם העיקרי, גדילי ה-DNA חייבים להיפרם ולאפשר היווצרות של RNA שליח. שהוא השלב הראשון בדרך לייצור חלבון. אבל איך הם יכולים להיפרם כאשר הם ארוזים בהידוק כה רב עד שכמעט אינם מסוגלים לזוז?
שאלה זו הובילה לחשיפת טכניקת הישרדות נוספת של החיידק: מתוך ארבעת ההעתקים של ה-DNA המצויים בכל חיידק כזה, תמיד יש שניים או שלושה המצויים במבנה טבעתי. בעוד שהאחרים חופשיים לנוע. כך, בכל רגע נתון קיימים העתקי DNA היכולים להתבטא וליצור חלבונים. בעוד שהעתקים אחרים ארוזים בטבעת המהודקת, שאינה פעילה, אבל מעניקה לחיידק את עמידותו המופלאה.
לדעת החוקרים, תכונותיו הייחודיות של החיידק התפתחו על כדור הארץ באזורים יבשים במיוחד, שבהם כמעט לא מתקיימת שום צורת חיים אחרת, והמנגנון שהתפתח כדי לתת לחיידק יכולת עמידות בתנאים אלה הוא שמעניק לו גם כושר הישרדות בקרינה חזקה.
מציאת הדרך שבה מספק מבנה הטבעת יכולת עמידות בתנאים קשים עשויה לסייע בהבנת מנגנונים להגנה על החומר הגנטי במערכות אחרות, דוגמת תאי זרע אנושיים ונבגים של חיידקים שונים, שגם ה-DNA שלהם מאורגן בצורת טבעת. עם זאת, למרבה הצער, אין לצפות שהממצאים יובילו להגנה על בני אדם מפני קרינה רדיואקטיבית. "החומר הגנטי שלנו מאורגן באופן בסיסי בדרך שונה", אומר מינסקי.
