La radioresistencia es el nivel de radiación ionizante que los organismos pueden soportar.
Los organismos resistentes a la radiación ionizante (IRRO) se definieron como organismos para los cuales la dosis de radiación ionizante aguda (IR) requerida para lograr una reducción del 90% (D10) es mayor a 1000 gray (Gy) [1].
La radiorresistencia es sorprendentemente alta en muchos organismos, en contraste con las opiniones sostenidas anteriormente. Por ejemplo, el estudio del medio ambiente, los animales y las plantas alrededor de la zona del desastre de Chernóbil ha revelado una supervivencia inesperada de muchas especies, a pesar de los altos niveles de radiación. Un estudio brasileño en una colina en el estado de Minas Gerais que tiene altos niveles de radiación natural debido a los depósitos de uranio, también ha mostrado muchos insectos , gusanos y plantas radioresistentes. [2] [3] Ciertos extremófilos , como la bacteria Deinococcus radiodurans y los tardígrados , pueden soportar grandes dosis de radiación ionizante del orden de 5.000 Gy . [4] [5] [6]
En el gráfico de la izquierda se ha dibujado una curva de dosis/supervivencia para un grupo hipotético de células con y sin un tiempo de descanso para que las células se recuperen. Aparte del tiempo de recuperación a mitad de la irradiación, las células habrían recibido un tratamiento idéntico.
La radioresistencia puede ser inducida por la exposición a pequeñas dosis de radiación ionizante. Varios estudios han documentado este efecto en levaduras , bacterias , protozoos , algas , plantas, insectos, así como en células de mamíferos y humanos in vitro y en modelos animales . Varios mecanismos de radioprotección celular pueden estar involucrados, como alteraciones en los niveles de algunas proteínas citoplasmáticas y nucleares y aumento de la expresión génica , reparación del ADN y otros procesos. También los modelos biofísicos presentaron fundamentos generales para este fenómeno. [7]
Se ha descubierto que muchos organismos poseen un mecanismo de autorreparación que puede activarse mediante la exposición a la radiación en algunos casos. A continuación se describen dos ejemplos de este proceso de autorreparación en humanos.
Devair Alves Ferreira recibió una dosis alta (7,0 Gy ) durante el accidente de Goiânia y sobrevivió, mientras que su esposa, que recibió una dosis de 5,7 Gy, murió. La explicación más probable [ cita requerida ] es que su dosis se fraccionó en muchas dosis más pequeñas que se absorbieron durante un período de tiempo mientras su esposa permanecía más tiempo en la casa y estaba sujeta a una irradiación continua sin interrupción, lo que dio a los mecanismos de autorreparación de su cuerpo menos tiempo para reparar parte del daño causado por la radiación. Esto resultó en su muerte. Él también murió finalmente en 1994. De la misma manera que algunas de las personas que trabajaron en el sótano de la ruina de Chernóbil han acumulado dosis de 10 Gy, estos trabajadores recibieron estas dosis en pequeñas fracciones para evitar los efectos agudos.
En experimentos de biología de la radiación se ha descubierto que si se irradia un grupo de células, a medida que aumenta la dosis, el número de células que sobreviven disminuye. También se ha descubierto que si se administra una dosis a una población de células antes de dejarlas de lado (sin irradiarlas) durante un período de tiempo antes de volver a irradiarlas, la radiación tiene menos capacidad para causar la muerte celular . El cuerpo humano contiene muchos tipos de células y una persona puede morir por la pérdida de un solo tejido en un órgano vital [ cita requerida ] . En muchas muertes por radiación a corto plazo (de 3 a 30 días), la pérdida de células que forman células sanguíneas ( médula ósea ) y de células del sistema digestivo (pared de los intestinos ) causa la muerte.
Existen pruebas sólidas de que la radiorresistencia puede estar determinada genéticamente y heredarse, al menos en algunos organismos. Heinrich Nöthel, genetista de la Freie Universität Berlin, realizó el estudio más extenso sobre mutaciones de radiorresistencia utilizando la mosca de la fruta común , Drosophila melanogaster , en una serie de 14 publicaciones.
Desde la perspectiva de la historia evolutiva y la causalidad, la radioresistencia no parece ser un rasgo adaptativo porque no hay ninguna presión de selección natural documentada que pudiera haber otorgado una ventaja de aptitud a la capacidad de los organismos para soportar dosis de radiación ionizante en el rango en el que se ha observado que varias especies extremófilas son capaces de sobrevivir. [8] Esto se debe principalmente a que el campo magnético de la Tierra protege a todos sus habitantes de la radiación cósmica solar y los rayos cósmicos galácticos, [9] que son las dos fuentes principales de radiación ionizante en nuestro sistema solar, [10] e incluso incluyendo todas las fuentes terrestres documentadas de radiación ionizante como el gas radón y los radionucleidos primordiales en ubicaciones geográficas consideradas como sitios naturales de radiación de alto nivel, la dosis anual de radiación de fondo natural [11] sigue siendo decenas de miles de veces menor que los niveles de radiación ionizante que muchos organismos altamente radioresistentes pueden soportar.
Una posible explicación de la existencia de la radiorresistencia es que se trata de un ejemplo de adaptación cooptada o exaptación, donde la radiorresistencia podría ser una consecuencia indirecta de la evolución de una adaptación diferente y vinculada que ha sido seleccionada positivamente por la evolución. Por ejemplo, la hipótesis de la adaptación a la desecación propone que las temperaturas extremas presentes en los hábitats de los hipertermófilos como Deinococcus radiodurans causan un daño celular que es prácticamente idéntico al daño causado típicamente por la radiación ionizante, y que los mecanismos de reparación celular que han evolucionado para reparar este daño por calor o desecación son generalizables también al daño por radiación, lo que permite a D. radiodurans sobrevivir a dosis extremas de radiación ionizante. [12] La exposición a la radiación gamma provoca daños en el ADN celular, incluidas alteraciones en el apareamiento de bases nitrogenadas, daño en la cadena principal de azúcar-fosfato y lesiones en el ADN bicatenario. [13] Los mecanismos de reparación celular extraordinariamente eficientes que las especies de Deinococcus como D. radiodurans han desarrollado para reparar el daño por calor probablemente también sean capaces de revertir los efectos del daño del ADN causado por la radiación ionizante, por ejemplo, reconstruyendo cualquier componente de su genoma que haya sido fragmentado por la radiación. [14] [15] [16]
Se han aislado de instalaciones de ensamblaje de naves espaciales especies de Bacillus sp. que producen esporas inusualmente resistentes a la radiación (y al peróxido) y se piensa que son candidatos que podrían viajar en naves espaciales a través de transferencias interplanetarias. [17] [18] [19] [20] [21] El análisis del genoma de algunos de estos productores de esporas resistentes a la radiación ha arrojado algo de luz sobre los rasgos genéticos que podrían ser responsables de las resistencias observadas. [22] [23] [24] [25]
En general, la radiorresistencia en procariotas se logra mediante dos mecanismos celulares. [26] El primero es la protección del proteoma y el ADN del daño inducido por la radiación ionizante . El segundo es el reclutamiento de mecanismos de reparación del ADN altamente sofisticados que permiten la reconstrucción de un genoma completamente funcional . Estos mecanismos de reparación del ADN incluyen la reparación recombinatoria homóloga y la hibridación de cadenas dependiente de la síntesis extendida . [26]
La radiorresistencia es también un término que se utiliza a veces en medicina ( oncología ) para referirse a las células cancerosas que son difíciles de tratar con radioterapia . La radiorresistencia de las células cancerosas puede ser intrínseca o inducida por la propia radioterapia.
La comparación en la tabla siguiente solo pretende dar indicaciones aproximadas de radioresistencia para diferentes especies y debe tomarse con gran precaución. Generalmente hay grandes diferencias en radioresistencia para una especie entre experimentos, debido a la forma en que la radiación afecta los tejidos vivos y a diferentes condiciones experimentales. Por ejemplo, debemos considerar que debido a que la radiación impide la división celular, los organismos inmaduros son menos resistentes a las radiaciones que los adultos, y los adultos son esterilizados a dosis mucho menores que las necesarias para matarlos. Por ejemplo, para el insecto parasitoide Habrobracon hebetor , la LD 50 para el embrión haploide durante la segmentación (1-3 horas de edad) es 200 R , pero aproximadamente 4 horas después es de 7,000 R (para una intensidad de rayos X de 110 R/minuto), y los embriones haploides (= masculinos) son más resistentes que los embriones diploides (= femeninos). [27] La mortalidad de los adultos de H. hebetor expuestos a una dosis de 180.250 R es la misma que la de un grupo control no irradiado (no se proporcionó comida a ninguno de los grupos) (para 6.000 R/minuto). [28] [29] Sin embargo, una dosis menor de 102.000 R (para 6.000 R/minuto) es suficiente para inducir un estado de letargo en H. hebetor que se manifiesta por un cese completo de la actividad, incluido el cese de la alimentación, y estos individuos finalmente se dejan morir de hambre. [29] Y una dosis aún menor de 4.858 R (para 2.650 R/minuto) es suficiente para esterilizar a las hembras adultas de H. hebetor (la esterilidad surge 3 días después de la exposición). [30] Otros factores importantes que influyen en el nivel de radioresistencia incluyen: El tiempo durante el cual se administra una dosis de radiación, ya que las dosis administradas durante períodos más largos o en intervalos de tiempo se asocian con efectos negativos muy reducidos; [30] [31] El estado de alimentación de los individuos, ya que los individuos prealimentados y posalimentados son más resistentes a las radiaciones en comparación con los individuos hambrientos; [30] [31] El tipo de radiación utilizada (por ejemplo, los tardígrados Milnesium tardigradum irradiados con iones pesados tienen una mayor supervivencia que cuando se irradian con rayos gamma, para una misma dosis de irradiación); [32] El estado fisiológico de los individuos (por ejemplo, las especies de tardígrados Richtersius coronifer y Milnesium tardigradum son más resistentes a la radiación de rayos gamma cuando están en estado hidratado, y Macrobiotus areolatus es más resistente a la radiación de rayos X cuando está en estado anhidrobiótico). [32]La forma en que se mide la letalidad también es una fuente de variación para la radioresistencia estimada de una especie. Los especímenes irradiados no mueren instantáneamente, a menos que se expongan a una dosis muy alta (dosis aguda). [33] Por lo tanto, los especímenes irradiados mueren en un cierto período de tiempo y las dosis de irradiación más bajas corresponden a una supervivencia más prolongada. Esto significa que la dosis de radiación LD 50 fluctúa con el momento en que se mide. Por ejemplo, la dosis de radiación β que causa una mortalidad del 50% en la cucaracha americana a los 25 días posteriores a la exposición es de 5700 R, pero para alcanzar una mortalidad del 50% a los 3 días posteriores a la exposición, se necesitan 45 610 R. [31] 25 días pueden representar un largo período de supervivencia para especies de vida corta, como los insectos, pero representarían un tiempo de supervivencia muy corto para especies de vida larga, como los mamíferos, por lo que comparar la supervivencia de diferentes especies después de la misma cantidad de tiempo posterior a la exposición también plantea algunos desafíos de interpretación. Estos ejemplos ilustran los numerosos problemas asociados con la comparación de la radioresistencia entre especies y la necesidad de tener precaución al hacerlo.
∗ Si bien se ha informado una DL 50 para individuos de tipo salvaje de C. elegans , no se ha establecido un límite letal superior, sino que "casi todos los animales estaban vivos sin indicios de letalidad excesiva hasta 800 Gy, la dosis más alta... medida". [40]
