На все живые организмы действуют излучения разных типов - естественные и искусственные. К естественным относятся неионизирующая солнечная радиация, ионизирующая радиация космических лучей, радиоактивных изотопов, содержащихся в скальных породах, почве, воде, атмосфере.
Искусственное ионизирующее излучение возникает в результате испытаний ядерного оружия, работы атомных электростанций и .других источников, использующих атомную энергию.
Излучение действует на организм или вещество только в том случае, если оно им поглощается. Результат действия излучения зависит от длины волны и поглощенной дозы.
Большая часть солнечной радиации приходится на длинноволновые инфракрасные (тепловые) лучи, лучи видимого света и расположенные рядом невидимые коротковолновые ультрафиолетовые лучи.
Видимый свет (длина волны 300-1000 нм) оказывает благоприятное действие на развитие только небольшой группы пурпурных и зеленых фотобактерий, в также цианобактерий, которые используют энергию света для осуществления фотосинтеза. Все остальные бактерии лучше развиваются в полной темноте. Рассеянный свет хотя и не оказывает губительного действия, но значительно задерживает размножение.
Прямым солнечным лучам свойственно бактерицидное действие. Бактерицидность их связана с активностью коротковолновой части спектра - с ультрафиолетовыми лучами (длина волны 10-300 нм). Действие ультрафиолета может быть либо летальным (смертельным), либо мутагенным, т. е. вызывающим наследственные изменения. Эффективность действия УФ зависит от биологических свойств облучаемого микроорганизма и дозы облучения. Наиболее активными являются лучи с длинной волны около 260 нм. Они поглощаются пуриновыми и пиримидиновыми основаниями нуклеиновых кислот. Под действием УФ-лучей в молекуле дит димеризация тимина - образование ковалентных связей между соседними основаниями тимина. Наличие димеров тимина препятствует репликации ДНК и клетка теряет способность к делению.
Образование димеров в ДНК служит основной причиной летального и мутагенного действия ультрафиолетового облучения на биологические системы. Около 90 % биологических повреждений, вызванных УФ, связано с димеризацией оснований в ДНК. Кроме образования димеров УФ-лучи могут вызывать разрыв водородных связей между комплементарными нитями ДНК, гидроксилирование цитозина и урацила, образование поперечных сшивок.
Внешним проявлением изменений в структуре ДНК может быть несбалансированный рост клеток, изменение их морфологии, прекращение деления. Повреждающее действие ультрафиолетового облучения частично снижается обработкой культур видимым светом. Этот процесс получил название фотореактивации. В основе фотореактивации лежит активация видимым светом с длиной волны от 360 до 420 нм фермент-субстратного комплекса, который образуется соединением фермента фотореактивации с димером ДНК. Активация приводит к разрыву ковалентных связей димера и образованию мономеров. Более эффективное восстановление повреждений ДНК происходит при темновой репарации.
Действие ионизирующей радиации (длина волны менее 10 нм) менее специфично, чем ультрафиолета, хотя также оказывает в основном влияние на нуклеиновые кислсты и вызывает либо летальный, либо мутагенный эффект.
Повреждения ДНК, вызываемые ионизирующими излучениями, представляют собой одноцепочечные разрывы в ДНК, модификации пиримидиновых оснований, которые вызывают свободные радикалы, образующиеся под действием радиации.
Некоторые микроорганизмы обладают высокой устойчивостью к действию ионизирующей радиации. Так, в воде атомных реакторов часто обнаруживается бактерия Micrococcus radiodurans, содержащая красный пигмент и характеризующаяся чрезвычайной устойчивостью как к ионизирующему, так и ультрафиолетовому излучению.
Одной из причин устойчивости является особенность нуклеотидного состава ДНК этой бактерии: у нее содержится меньше АТ пар. Отношение Г + Ц/А + Т у Microc. radiodurans в 1,6 раза больше, чем в Е. coli. Кроме того, у Microc. radiodurans высокая эффективность удаления димеров тимина. Процесс репарации исключительно точен. Резистентность к радиации коррелирует у микроорганизмов со способностью к репарации. Исключительно эффективную систему репарации имеет другой вид микрококков - Microc. radiophilus. Он обладает наивысшей радиорезистентностью к у-излучен ию и УФ-облучению - в 25-50 раз устойчивее кишечной палочки (УФ-резистентного штамма Е. coli К 12 АВ 1157).