La radiorresistencia es el nivel de radiación ionizante que los organismos son capaces de soportar.
Los organismos resistentes a la radiación ionizante (IRRO) se definieron como organismos para los cuales la dosis de radiación ionizante aguda (IR) necesaria para lograr una reducción del 90 % (D10) es superior a 1000 gray (Gy) [1]
La radiorresistencia es sorprendentemente alta en muchos organismos, en contraste con lo que se pensaba anteriormente. Por ejemplo, el estudio del medio ambiente, los animales y las plantas alrededor de la zona del desastre de Chernobyl ha revelado una supervivencia inesperada de muchas especies, a pesar de los altos niveles de radiación. Un estudio brasileño en una colina del estado de Minas Gerais , que tiene altos niveles de radiación natural procedente de depósitos de uranio, también ha demostrado que hay muchos insectos , gusanos y plantas radiorresistentes. [2] [3] Ciertos extremófilos , como las bacterias 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 sido tratadas de manera idéntica.
La radiorresistencia 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 in vitro en células de mamíferos y humanos y en modelos animales . Pueden estar implicados varios mecanismos de radioprotección celular, como alteraciones en los niveles de algunas proteínas citoplasmáticas y nucleares y aumento de la expresión génica , la reparación del ADN y otros procesos. También los modelos biofísicos presentaron los fundamentos generales de este fenómeno. [7]
Se ha descubierto que muchos organismos poseen un mecanismo de autorreparación que, en algunos casos, puede activarse mediante la exposición a la radiación. A continuación se describen dos ejemplos de este proceso de autorreparación en humanos.
Devair Alves Ferreira recibió una dosis importante (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 necesaria ] es que su dosis se fracturó en muchas dosis más pequeñas que se absorbieron durante un período de tiempo mientras su esposa permanecía más tiempo en la casa y era sometida a irradiación continua sin interrupción, lo que dio lugar a los mecanismos de autorreparación en su cuerpo menos tiempo para reparar parte del daño causado por la radiación. Esto resultó en su muerte. Finalmente murió en 1994. De la misma manera que algunas de las personas que trabajaron en el sótano del desastre de Chernobyl acumularon dosis de 10 Gy, estos trabajadores recibieron estas dosis en pequeñas fracciones para evitar los efectos agudos.
Se ha descubierto en experimentos de biología de la radiación que si se irradia un grupo de células, a medida que aumenta la dosis, disminuye el número de células que sobreviven. También se ha descubierto que si a una población de células se le administra una dosis antes de dejarla a un lado (sin irradiarla) durante un período de tiempo antes de volver a irradiarla, entonces la radiación tiene menos capacidad de causar la muerte celular . El cuerpo humano contiene muchos tipos de células y un ser humano puede morir por la pérdida de un solo tejido en un órgano vital [ cita requerida ] . En el caso de muchas muertes por radiación a corto plazo (de 3 a 30 días), la pérdida de células que forman las células sanguíneas ( médula ósea ) y de células del sistema digestivo (pared de los intestinos ) causa la muerte.
Hay pruebas sólidas de que la radiorresistencia puede determinarse genéticamente y heredarse, al menos en algunos organismos. Heinrich Nöthel, genetista de la Freie Universität Berlin, llevó a cabo el estudio más extenso sobre mutaciones de radiorresistencia utilizando la mosca común de la fruta , Drosophila melanogaster , en una serie de 14 publicaciones.
Desde la perspectiva de la historia evolutiva y la causalidad, la radiorresistencia no parece ser un rasgo adaptativo porque no existe una presión de selección natural documentada que pudiera haber otorgado una ventaja de aptitud física a la capacidad de los organismos para resistir dosis de radiación ionizante en el rango que varios Se ha observado que las 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 todo nuestro sistema solar, [10] e incluso incluye todas las fuentes terrestres documentadas. fuentes de radiación ionizante como el gas radón y radionucleidos primordiales en ubicaciones geográficas consideradas sitios naturales de radiación de alto nivel, la dosis anual de radiación natural de fondo [11] sigue siendo decenas de miles de veces menor que los niveles de radiación ionizante que muchas personas altamente los organismos radiorresistentes pueden resistir.
Una posible explicación para la existencia de radiorresistencia es que es un ejemplo de adaptación o exaptación cooptada, 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 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 calor o los daños por desecación también son generalizables a daños 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 emparejamiento de bases nitrogenadas, daños en la columna vertebral de azúcar y fosfato y lesiones en el ADN de doble cadena. [13] Los mecanismos de reparación celular extraordinariamente eficientes que las especies de Deinoccocus como D. radiodurans han desarrollado para reparar el daño causado por el calor probablemente también sean capaces de revertir los efectos del daño en el ADN provocado por la radiación ionizante, como por ejemplo reconstruyendo cualquier componente de su genoma. que han sido fragmentados por la radiación. [14] [15] [16]
Bacilo sp. que producen esporas inusualmente resistentes a la radiación (y al peróxido), se han aislado de las instalaciones de ensamblaje de naves espaciales y se consideran candidatos que podrían viajar a cuestas en naves espaciales mediante transferencia interplanetaria. [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]
Radiorresistencia también es un término que a veces se utiliza en medicina ( oncología ) para 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 siguiente tabla sólo pretende dar indicaciones aproximadas de radiorresistencia para diferentes especies y debe tomarse con gran precaución. Generalmente existen grandes diferencias en la radiorresistencia de una especie entre experimentos, debido a la forma en que la radiación afecta a los tejidos vivos y a las diferentes condiciones experimentales. Por ejemplo, deberíamos 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 en dosis mucho más bajas que las necesarias para matarlos. Por ejemplo, para el insecto parasitoide Habrobracon hebetor , la LD 50 para el embrión haploide durante la escisión (1 a 3 horas de edad) es de 200 R , pero aproximadamente 4 horas después es de 7000 R (para una intensidad de rayos X de 110 R/ minuto), y los embriones haploides (= masculinos) son más resistentes que los embriones diploides (= femeninos). [26] La mortalidad de los adultos de H. hebetor expuestos a una dosis de 180.250 R es la misma que la de un grupo de control no irradiado (no se proporcionó alimento a ninguno de los grupos) (a 6.000 R/minuto). [27] [28] Sin embargo, una dosis más baja de 102.000 R (por 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 los individuos eventualmente se dejaron morir de hambre. [28] Y una dosis aún más baja de 4.858 R (por 2.650 R/minuto) es suficiente para esterilizar a una hembra adulta de H. hebetor (la esterilidad surge 3 días después de la exposición). [29] Otros factores importantes que influyen en el nivel de radiorresistencia incluyen: El período de tiempo durante el cual se administra una dosis de radiación; las dosis administradas durante períodos más largos o en intervalos de tiempo se asocian con efectos negativos muy reducidos; [29] [30] El estado de alimentación de los individuos: los individuos prealimentados y posalimentados son más resistentes a las radiaciones en comparación con los individuos hambrientos; [29] [30] 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 la misma dosis de irradiación); [31] El estado fisiológico de los individuos (p. ej., 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 están en estado anhidrobiótico) . [31]La forma en que se mide la letalidad también es una fuente de variación en la radiorresistencia estimada de una especie. Las muestras irradiadas no mueren instantáneamente, a menos que se expongan a una dosis muy alta (dosis aguda). [32] Por lo tanto, las muestras irradiadas mueren durante un cierto período de tiempo y dosis de irradiación más bajas corresponden a una supervivencia más larga. 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 el 50% de mortalidad en la cucaracha americana 25 días después de la exposición es 5.700 R, pero para alcanzar el 50% de mortalidad a los 3 días después de la exposición, se necesitan 45.610 R. [30] 25 días pueden representar un período de supervivencia largo 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 se compara la supervivencia de diferentes especies después del mismo período de tiempo. -La exposición también plantea algunos desafíos de interpretación. Estos ejemplos ilustran los muchos problemas asociados con la comparación de la radiorresistencia entre especies y la necesidad de tener precaución al hacerlo.
∗ Si bien se ha informado una LD 50 para individuos de C. elegans de tipo salvaje , no se ha establecido un límite letal superior, más bien "casi todos los animales estaban vivos sin indicación de exceso de letalidad hasta 800 Gy, la dosis más alta... medida ". [39]
