In de ruïnes van Tsjernobyl ontdekten wetenschappers een zwarte schimmel die zich voedt met gammastraling.

De zwarte schimmel die werd gevonden in de radioactieve ruïnes van Tsjernobyl is geïdentificeerd als Cladosporium sphaerospermum, een donkergepigmenteerde schimmelsoort. De wetenschappelijke classificatie is als volgt:

• Rijk: Eukaryota – (organismen met complexe cellen)
• Stam: Fungi – (het schimmelrijk)
• Afdeling: Ascomycota – (zakjeszwammen, gekenmerkt door sporenproducerende structuren)
• Klasse: Dothideomycetes – (een klasse van voornamelijk plant-geassocieerde schimmels)
• Orde: Capnodiales – (een orde die onder andere roetdauwschimmels bevat)
• Familie: Davidiellaceae – (een familie binnen de Capnodiales)
• Geslacht: Cladosporium – (een geslacht van veelvoorkomende, vaak donkergekleurde schimmels)
• Soort: Cladosporium sphaerospermum – de specifieke zwarte schimmelsoort die floreert in Tsjernobyl (Cladosporium sphaerospermum – Wikipedia).

Deze schimmel is een van meerdere radiotrofe schimmels die in Tsjernobyl zijn ontdekt. Dat betekent dat hij kan groeien in omgevingen met hoge stralingsniveaus en mogelijk straling kan gebruiken als energiebron (Cladosporium sphaerospermum – Wikipedia). Andere schimmels met vergelijkbare eigenschappen zijn onder andere Wangiella (Exophiala) dermatitidis en Cryptococcus neoformans, die allemaal het pigment melanine bevatten in hun celwanden.

Cladosporium sphaerospermum is een dematiaceous schimmel – het heeft donker gepigmenteerde (zwarte of olijfgroene) cellen vanwege het hoge melaninegehalte (Cladosporium sphaerospermum – Wikipedia). Enkele van de opvallende biologische kenmerken zijn:

• Morfologie: Het groeit als een schimmel met vertakte septate hyfen (filamenten) die dikwandig en olijfgroenbruin zijn. De kolonies hebben meestal een fluweelachtige textuur en blijven eerder plat dan donzig. De schimmel plant zich hoofdzakelijk ongeslachtelijk voort door het vormen van conidiën (sporen) in ketens. De conidiën zijn bijna bolvormig (rond tot ellipsoïde, ~3–4 µm in diameter) en vormen zich in vertakte ketens. Deze soort kan speciale grotere conidiën produceren, genaamd ramoconidia, op vertakkingspunten, wat helpt om hem te onderscheiden van nauw verwante soorten.
• Groeicondities: Interessant is dat C. sphaerospermum psychrofiel is (koude-liefhebbend). Het kan groeien bij temperaturen vanaf -5 °C tot ongeveer 35 °C, met optimale groei rond kamertemperatuur (25 °C). Het is ook xerotolerant, wat betekent dat het bestand is tegen een lage beschikbaarheid van water of hoge zoutconcentraties. Deze eigenschappen helpen het te overleven in barre omstandigheden.
• Radiotolerantie: De meest unieke eigenschap is het vermogen om intense ioniserende straling te weerstaan en er zelfs in te floreren. In de extreem radioactieve omgeving van het binnenste van de Tsjernobyl-reactor overleefde deze schimmel niet alleen, maar groeide hij ook krachtig en leek zijn groei zelfs te richten op de stralingsbron. Dit ongebruikelijke gedrag wordt “radiotropisme” genoemd, wat betekent dat de schimmel zijn groei richting straling stuurt, vergelijkbaar met hoe planten naar licht groeien. Laboratoriumtests bevestigden dat veel Tsjernobyl-schimmels groeiden richting sterke bèta- en gammastralingsbronnen, wat suggereert dat de straling zelf diende als aantrekkingskracht of groeistimulus.
• Melaninepigmentatie: De donkere kleur is afkomstig van melanine, een pigment in de celwanden. Melanine staat bekend om zijn bescherming tegen ultraviolette straling, maar bij deze schimmels wordt aangenomen dat het een nog actievere rol speelt bij het opvangen van hoogenergetische straling. De zware melaninisatie wordt beschouwd als een belangrijke factor in de radiotolerantie van de schimmel en speelt mogelijk een rol in zijn vermogen om straling te benutten voor groei.

Kort samengevat is de Tsjernobyl-zwarte schimmel een robuuste, melaninerijke schimmel met extreme stralingsweerstand en de bizarre eigenschap om naar radioactief materiaal toe te groeien of het zelfs te “eten”. Deze eigenschappen maken hem tot een bijzondere extremofiel binnen de wereld van schimmels.

Hoe kan een schimmel zich “voeden” met gammastraling? Het antwoord lijkt te liggen in melanine, het zwarte pigment. Onderzoekers stellen dat deze schimmels een proces uitvoeren dat “radiosynthese” wordt genoemd – analoog aan fotosynthese, maar dan met ioniserende straling in plaats van zonlicht. Hoewel de exacte biochemische routes nog worden onderzocht, hebben verschillende studies al inzicht gegeven in het mechanisme:

• Rol van melanine: Melaninemoleculen kunnen een breed spectrum van elektromagnetische straling absorberen vanwege hun elektronische structuur. In schimmels zoals C. sphaerospermum absorbeert melanine waarschijnlijk gammastraling en helpt deze energie om te zetten in een vorm die de schimmel kan gebruiken. Experimenten aan het Albert Einstein College of Medicine toonden aan dat melaninerijke schimmelcellen (Cladosporium sphaerospermum, Wangiella dermatitidis, Cryptococcus neoformans) bij blootstelling aan hoge stralingsniveaus (500× achtergrondniveau) meer groeiden en meer biomassa vormden dan cellen zonder straling. Binnen 20–40 minuten na blootstelling vertoonde de melanine chemische veranderingen en een sterk verbeterd vermogen tot elektronoverdracht. Met name bestraalde melanine kon een elektronenacceptor (ferricyanide) met NADH ongeveer 3-4 keer sneller reduceren dan melanine van onbestraalde cellen. Dit wijst erop dat de melanine stralingsenergie opvangt en elektronen doorstuurt naar metabole processen.
• Radiosynthese vs. fotosynthese: In tegenstelling tot fotosynthese (waarbij complexe stappen nodig zijn om licht om te zetten in chemische energie), is het proces bij schimmels mogelijk eenvoudiger. De term “radiosynthese” beschrijft het gebruik van ioniserende straling om metabolisme aan te drijven. Men vermoedt dat melanine straling absorbeert en elektronische excitatie of redoxreacties uitlokt die energie of groeivoordelen voor de cel opleveren. Zo toonde één studie aan dat bestraling van melanine de capaciteit om NADH te reduceren met een factor vier verhoogde, wat op energieoverdracht duidt. In wezen zou melanine kunnen functioneren als een “radiant energy transducer” die gammastralen omzet in elektronen of andere energiedragende moleculen die de schimmel kan benutten. Dit wordt nog onderzocht en het is nog onduidelijk of de schimmel op deze manier koolstof kan vastleggen (zoals planten dat doen), of dat het voornamelijk andere voedingsstoffen efficiënter benut.
• Radiobescherming vs. energiewinning: Belangrijk om te vermelden is dat melanine ook voor bescherming zorgt. Melanine kan cellen fysiek afschermen en schadelijke vrije radicalen neutraliseren die door straling ontstaan. In sterk radioactieve omgevingen lopen melaninerijke schimmels minder DNA-schade op. Men denkt dat het pigment reactieve zuurstofsoorten die ontstaan door radiolyse (het uiteenvallen van watermoleculen door straling) neutraliseert. Melanine dient dus een dubbele functie: bescherming tegen schadelijke effecten van straling én mogelijk het benutten van stralingsenergie voor metabolisme. Schimmels die genetisch gemodificeerd waren om geen melanine te produceren (albino) vertoonden geen verbeterde groei onder straling, wat de sleutelrol van melanine onderstreept.

Samengevat werkt de melanine van de zwarte schimmel als een “radioactieve batterij”. Het absorbeert gammastralen, ondergaat veranderingen in elektronische structuur en stimuleert metabole processen zoals elektronoverdracht en groei. Dit opmerkelijke mechanisme stelt de schimmel in staat om dodelijke straling om te zetten in bruikbare energie – een fenomeen aan de grens van ons begrip, waarbij onderzoekers nog steeds bezig zijn de biochemie achter deze vorm van energiewinning volledig te ontrafelen.

Vroege observaties in de ruïnes van TsjernobylNiet lang na de kernramp van Tsjernobyl in 1986 deden wetenschappers die het wrak onderzochten een verrassende ontdekking: het sterk radioactieve binnenste van reactor 4 werd zwart van de schimmelgroei. In 1991, vijf jaar na het ongeval, meldden onderzoekers dat de muren van de verwoeste reactor bedekt waren met een zwarte, schimmelachtige substantie. Zelfs in de koelbaden groeiden schimmels die het water zwart kleurden met hun gepigmenteerde sporen.

De Oekraïense mycoloog Nelli Zhdanova en collega’s waren onder de eersten die deze schimmels onderzochten. Ze vonden “hete deeltjes” van reactorgrafiet (sterk radioactief afval) die actief werden gekoloniseerd en afgebroken door de schimmels. De schimmels leefden daar niet zomaar – ze leken de radioactieve materialen te verkiezen. Het team van Zhdanova bedacht de term “radiotropisme” om te beschrijven hoe de schimmeldraden groeiden in de richting van bèta- en gammastraling. In gecontroleerde experimenten groeide ongeveer tweederde van de geïsoleerde schimmelsoorten (veel afkomstig uit Tsjernobyl) richting een stralingsbron in petrischalen, terwijl genetisch vergelijkbare schimmels uit niet-radioactieve gebieden weinig tot geen aantrekking vertoonden. Dit sloot toeval uit en suggereerde een echt biologisch fenomeen van stralingsgericht gedrag.

In de daaropvolgende 15 jaar werden duizenden stammen van honderden micro-schimmelsoorten geïsoleerd uit de uitsluitingszone rond Tsjernobyl. Veel daarvan waren donker gepigmenteerde soorten (rijk aan melanine) zoals Cladosporium, Alternaria, Penicillium en gisten zoals Cryptococcus. De meest voorkomende was Cladosporium sphaerospermum, die symbool werd voor Tsjernobyl’s “zwarte schimmels”. Opmerkelijk genoeg konden sommige van deze schimmels zelfs de radioactieve grafietblokken uit de reactorkern afbreken – letterlijk de resten van de reactor “opeten”, waarschijnlijk gebruikmakend van zowel de koolstofbron als de stralingsenergie.

Doorbraak in laboratoriumstudiesDe eerste bevindingen riepen een prikkelende vraag op: groeiden deze schimmels daadwerkelijk beter door de straling, en niet ondanks? Om dit te onderzoeken, voerden Dr. Ekaterina Dadachova en Arturo Casadevall baanbrekend onderzoek uit in de jaren 2000. In 2007 publiceerden zij een invloedrijke studie waaruit bleek dat bepaalde Tsjernobyl-schimmels sneller groeiden in aanwezigheid van ioniserende straling dan zonder. Ze kweekten melaninerijke schimmels (Wangiella, Cryptococcus, enz.) onder hoge gammastraling in het lab en zagen een significante toename in biomassa en acetaatopname in vergelijking met controlecondities. Het metabolisme en de genexpressie van de schimmels veranderden onder invloed van straling, wat wijst op een echte fysiologische reactie om energie te benutten – het eerste directe bewijs voor radiosynthese.

De studie van Dadachova uit 2007 ging ook in op de chemie: na blootstelling aan straling vertoonde schimmelmelanine veranderingen die pasten bij elektronische excitatie (gedetecteerd via electron spin resonance) en werd het efficiënter in energieoverdracht (reductie van NADH). In wezen werd de melanine als het ware “opgeladen” door de straling, vergelijkbaar met hoe chlorofyl wordt geactiveerd door zonlicht. Ze concludeerden dat melanine inderdaad kan bijdragen aan energieopslag en -gebruik bij schimmels, waarmee de deur werd geopend voor het beschouwen van straling als mogelijke energie- of voedingsbron voor leven.

Verschillende studies hebben deze bevindingen sindsdien bevestigd. Een overzichtsartikel uit 2008 van Dadachova & Casadevall vatte samen dat C. sphaerospermum een van de dominante soorten in de reactor was en dat melaninerijke schimmelcellen beter groeiden na bestraling. In 2004 publiceerde Zhdanova’s team formeel bewijs voor radiotropisme in Mycological Research. Andere onderzoekers onderzochten genetische veranderingen in Tsjernobyl-schimmels die hun extreme stralingsresistentie kunnen verklaren. Recentere genomische en transcriptomische studies (Malo et al. 2021) onderzochten hoe schimmels zoals Exophiala dermatitidis zich op moleculair niveau aanpassen aan straling, en vonden veranderingen in genen voor stressrespons en melanineproductie.

In 2020 liet een fascinerende studie van de University of Saskatchewan zien dat schimmels zelfs “getraind” kunnen worden om straling beter te detecteren en erop af te bewegen. Door zwarte schimmels herhaaldelijk bloot te stellen aan straling (radio-adaptatie), konden onderzoekers een verhoogde groeireactie opwekken bij latere blootstelling aan hoge stralingsdoses. Dit suggereert dat we mogelijk schimmels kunnen selecteren of verbeteren met zeer efficiënte radiosynthetische capaciteiten.

Waarom Tsjernobyl?De Tsjernobyl-reactor bood een unieke omgeving – hoge straling, overvloedig rottend organisch materiaal (zoals dode bomen, constructiemateriaal en grafiet), en weinig concurrentie van andere organismen (de meeste planten en dieren waren gestorven of verdwenen). Deze omstandigheden selecteerden waarschijnlijk voor schimmels die de straling konden overleven en benutten. Tegen 1991 merkten wetenschappers dat de bodem en oppervlakken zwart kleurden door schimmelgroei in besmette zones. Het is een treffend voorbeeld van leven dat zich aanpast aan wat wij als onleefbaar beschouwen. Tsjernobyl’s zwarte schimmel is sindsdien een iconisch voorbeeld geworden van extremofielen – organismen die floreren onder extreme omstandigheden, in dit geval extreme radioactiviteit.

De ontdekking dat schimmels straling kunnen “eten” en mogelijk omzetten in bruikbare energie heeft geleid tot een golf van innovatieve ideeën. Van ruimtevaart tot milieureiniging en geneeskunde: radiotrofe schimmels en hun melaninepigment hebben veelbelovende toepassingen. Hier zijn enkele opwindende mogelijkheden:

1. Ruimtevaart en stralingsbeschermingEen van de grootste uitdagingen bij langdurige ruimtevluchten (zoals een missie naar Mars) is blootstelling aan kosmische straling. Astronauten buiten het beschermende magnetische veld van de aarde krijgen te maken met veel hogere stralingsniveaus die weefsels en elektronica kunnen beschadigen. De Tsjernobyl-schimmel biedt mogelijk een oplossing: levende stralingsschilden.

Onderzoekers, waaronder NASA-wetenschappers, hebben geëxperimenteerd met C. sphaerospermum aan boord van het International Space Station (ISS). In een experiment van 2019–2020 werd een monster van deze schimmel gekweekt op het ISS om te testen of het ruimtevaartstraling kon blokkeren. De resultaten waren veelbelovend: zelfs een dunne laag schimmel verminderde meetbaar de stralingsniveaus. Een laag van 1,7 mm dik C. sphaerospermum op een petrischaal leidde tot een reductie van ongeveer 2,4% in ioniserende straling vergeleken met een controle, wat ongeveer vijf keer meer afscherming opleverde dan een gelijke massa niet-levend materiaal. Hoewel 2–3% reductie klein lijkt, is het belangrijk voor zo’n dunne biofilm. Het experiment toonde aan: hoe meer schimmelbiomassa, hoe meer straling werd afgezwakt.

Wetenschappers berekenden dat als je een object (of persoon) zou omringen met de schimmel, de afscherming ongeveer 4% zou kunnen verminderen. Om de straling op Mars terug te brengen tot aardse niveaus, zou een laag van ongeveer 21 cm dik nodig zijn. Dat klinkt veel, maar omdat de schimmel zichzelf kan repliceren, hoeven astronauten niet al dat materiaal vanaf de aarde te vervoeren – ze zouden het mogelijk ter plekke kunnen kweken (een concept van zelfherstellende schildlagen). Door melanine van schimmels te mengen met Marsgrond zou de bescherming kunnen worden verbeterd terwijl het gewicht beperkt blijft; één concept is een composiet van regolith (Marsgrond), melanine en schimmelbiomassa van ongeveer 9 cm dik voor aanzienlijke bescherming.

Naast het blokkeren van straling, wordt het idee onderzocht om de schimmel te gebruiken als een soort ruimte-“energiecentrale”. Als de schimmel inderdaad straling omzet in chemische energie, zouden astronauten dat metabolisme kunnen benutten – als aanvulling op zonne-energie, zoals levende zonnecellen die kosmische straling gebruiken. Hoewel nog speculatief, zou de schimmel ten minste kunnen dienen als beschermende coating op habitats, pakken of ruimteschepen, en zichzelf herstellen na stralingsschade. Omdat het een levend systeem is, kan het groeien en zich aanpassen.

Melanine zelf (zonder levende schimmel) wordt ook getest als stralingsbeschermend materiaal. In 2019 stuurde een team van Johns Hopkins gezuiverde schimmelmelanine naar het ISS om te testen tegen kosmische straling. Als het effectief blijkt, zouden we melanine-gebaseerde verven of films kunnen zien die apparatuur beschermen en ruimteschepen bekleden.

2. Bioremediatie van nucleair afval en omgevingenEen andere opwindende toepassing is het gebruik van deze schimmels om radioactieve vervuiling op aarde op te ruimen. Sinds Tsjernobyl beseffen wetenschappers dat deze schimmels radioactieve isotopen kunnen opnemen en opslaan in hun cellen. De melaninerijke celwanden kunnen zware metalen en radionucliden binden, waardoor ze effectief uit het milieu worden verwijderd.

Mogelijke toepassingen in bioremediatie zijn onder andere:

• Reiniging van besmette bodem: In gebieden zoals de uitsluitingszone van Tsjernobyl of Fukushima zouden radio-adaptieve schimmels kunnen worden geïntroduceerd om cesium, strontium en andere gevaarlijke isotopen op te nemen. De schimmels zouden deze elementen “bioaccumuleren”. Omdat ze hoge straling verdragen, zouden ze overleven waar planten of bacteriën falen. Na groei kan de schimmel worden geoogst, en de radioactiviteit geconcentreerd in de biomassa, die vervolgens veilig kan worden opgeslagen of verwerkt – een vorm van mycoremediatie (schimmel-gebaseerde reiniging).
• Beheersing van nucleaire ongelukken: Het team van Ekaterina Dadachova stelt voor om “schimmels te trainen” om radioactiviteit te detecteren. Deze getrainde schimmels zouden kunnen dienen als biosensoren – verspreid over een gebied kunnen ze sterker groeien bij hotspots van straling, waardoor ze die locaties signaleren. Terwijl ze groeien, zouden ze radioactieve deeltjes ook insluiten en verdere verspreiding voorkomen.
• Afvalbehandeling: Schimmels kunnen ook worden ingezet in nucleaire afvalverwerkingsinstallaties. Ze zouden als vanglaag kunnen dienen in opslagfaciliteiten. Sommige gisten en schimmels verdragen extreme straling en zware metalen beter dan bacteriën.

Een uitdaging is wat te doen met de radioactieve schimmels na de reiniging. De biomassa zelf wordt nucleair afval. Maar omdat de schimmel de isotopen concentreert, is het volume sterk gereduceerd. De biomassa kan worden verbrand (de as wordt opgeslagen) of verwerkt voor terugwinning van nuttige isotopen.

3. Geneeskunde en bescherming van mensen tegen stralingMelanine van deze schimmels zou inspiratie kunnen bieden voor nieuwe manieren om mensen te beschermen tegen straling of zelfs bepaalde aandoeningen te behandelen:

• Stralingsbescherming voor patiënten en werkers: Net zoals melanine schimmels beschermt, kan het mogelijk menselijke cellen beschermen. Wetenschappers stellen een soort “zonnebrandcrème tegen straling” voor op basis van schimmelmelanine. Kankerpatiënten die bestraling ondergaan, zouden melanine kunnen gebruiken om gezonde weefsels te beschermen. Werknemers in kerncentrales of piloten zouden supplementen of crèmes kunnen gebruiken. In dierproeven overleefden muizen beter na stralingsblootstelling als ze melanine kregen toegediend.
• Geneesmiddelen en therapieën: Er is interesse in het ontwikkelen van radioprotectieve geneesmiddelen gebaseerd op melanine. Melanine is een natuurlijke antioxidant (Bron 1) (Bron 2). Toediening aan astronauten of hulpverleners in noodgevallen wordt onderzocht. Nanodeeltjes van melanine of oplosbare vormen worden ontwikkeld.
• Medische beeldvorming en kankertherapie: Melanine’s stralingsabsorptie kan nuttig zijn bij gerichte kankertherapie of bescherming van gezonde cellen tijdens radiotherapie.
• Biosensoren voor gezondheid: Het vermogen van de schimmel om straling te detecteren zou kunnen leiden tot persoonlijke dosimeters gebaseerd op schimmels. Een mini-biosensor die verandert bij blootstelling aan straling, bijvoorbeeld via metabolische activiteit.

4. Biotechnologie en andere toepassingenNaast ruimtevaart en geneeskunde hebben radiotrofe schimmels en hun pigmenten andere innovatieve toepassingen:

• Energieopwekking: Het idee om straling om te zetten in energie is fascinerend. Schimmels bieden een biologische benadering voor een “stralingsbatterij”. Onderzoek toont aan dat melanine stroom kan geleiden; er loopt onderzoek naar brandstofcellen met microbieel pigment.
• Sensorsystemen: Zoals eerder genoemd kunnen getrainde schimmels illegaal nucleair materiaal detecteren. Melanine verandert van geleidbaarheid bij bestraling, wat kan worden benut in detectiesystemen.
• Industriële biotechnologie: Melanine is stabiel en kan worden gebruikt in filtratie om toxines te verwijderen. Het kan dienen in beschermende uitrusting tegen chemische of nucleaire dreigingen.
• Materiaalwetenschappen: Het integreren van melanine in kunststoffen, verf of stoffen kan bescherming bieden. Denk aan vliegtuigen, ruimtevaartuigen of elektronische componenten.
• Energieopslag: Sommige onderzoekers speculeren dat schimmels energie kunnen opslaan als een biologische condensator. Een futuristisch idee, maar mogelijk op lange termijn.

Van het beschermen van astronauten tot het opruimen van nucleaire rampen: de toepassingen van de Tsjernobyl-schimmel bestrijken vele domeinen. Het is een schoolvoorbeeld van hoe een onverwachte ontdekking in een rampgebied grensverleggende innovatie kan inspireren.

Hoewel het potentieel veelbelovend is, roept het gebruik van een straling-etende schimmel in praktische toepassingen belangrijke ethische en veiligheidsvragen op:

• Pathogeniciteit en gezondheidsrisico’s: Veel melanine-producerende schimmels zijn opportunistische pathogenen of allergenen. Cladosporium sphaerospermum wordt algemeen beschouwd als een veelvoorkomende omgevingsschimmel en kan allergieën of astma veroorzaken bij gevoelige personen. Andere verwante “zwarte schimmels” en Cryptococcus neoformans (een van de radiotrofe schimmels) kunnen ernstige infecties veroorzaken bij mensen met een verzwakt immuunsysteem. Werken met of het inzetten van dergelijke schimmels in het milieu of in ruimtesystemen moet garanderen dat ze geen risico vormen voor de menselijke gezondheid. Als we een ruimtevaartuig of kamer met levende schimmel zouden bekleden, moeten we zeker weten dat deze geen bemanningsleden infecteert of toxische sporen produceert. Wetenschappers onderzoeken het gebruik van enkel het melaninepigment (dat niet infectieus is) als veiliger alternatief voor toepassingen waarbij mensen worden blootgesteld ( Fungal Melanins and Applications in Healthcare, Bioremediation and Industry – PMC) ( Fungal Melanins and Applications in Healthcare, Bioremediation and Industry – PMC).
• Beheersing en controle: Het introduceren van een robuuste schimmel in een nieuwe omgeving (zoals Mars, een lab of een nucleaire locatie) vereist zorgvuldige controle. Deze schimmels kunnen zich verspreiden via microscopische sporen. Er is een ecologisch-ethisch aspect: als we stralingsetende schimmels uitzetten op een besmet gebied, kunnen ze zich onbedoeld verspreiden buiten het doelgebied? We willen geen invasieve soort creëren. In afgesloten gebieden zoals de kern van Tsjernobyl of een gesloten afvalinstallatie is dit minder een probleem, omdat deze gebieden toch al onleefbaar zijn. In de ruimte moet elk biologisch materiaal voldoen aan quarantaineprotocollen om besmetting van andere planeten te voorkomen – ironisch genoeg zou een schimmel die van straling leeft mogelijk beter interplanetaire reizen overleven dan de meeste microben, dus voorzichtigheid is geboden.
• Genetische modificatie: Er is mogelijk interesse in genetisch verbeteren van deze schimmels (bijv. een GGO die meer melanine produceert of sneller groeit). Elk gebruik van GGO’s in het milieu brengt ethische en regelgevende vragen met zich mee. Kunnen gemodificeerde genen worden overgedragen op andere soorten? Evolueren ze onverwacht in de natuur of in de ruimte? Grondige risicobeoordeling is noodzakelijk.
• Verwerking na reiniging: Het gebruik van schimmels voor bioremediatie betekent dat ze zelf radioactief worden. De biomassa moet volgens nucleaire veiligheidsprotocollen worden behandeld en opgeslagen. Het is ethisch belangrijk dat medewerkers veilig werken en het afval wordt geborgd. Sommigen stellen dat het probleem alleen verplaatst wordt, maar het tegenargument is dat het afval wordt geconcentreerd en ingesloten, wat nog steeds een voordeel is.
• Onbekende ecosysteemeffecten: Schimmels die straling absorberen kunnen micro-ecosystemen beïnvloeden. In bodemsanering zouden ze bijvoorbeeld andere microben verdringen of de bodemchemie veranderen. Monitoring is nodig om schade aan bodemgezondheid te voorkomen. In dode zones zoals de kern van Tsjernobyl zou schimmelgroei juist herstel kunnen ondersteunen.
• Ethisch gebruik van extremofielen: Er is een bredere filosofische vraag: hebben we het recht om extremofiele levensvormen te benutten zonder hun ecologie volledig te begrijpen? Sommige ethici pleiten voor terughoudendheid bij het manipuleren van soorten met zeer gespecialiseerde niches. Anderzijds leven deze schimmels al in deze omstandigheden, en ze gebruiken om door mensen veroorzaakte rampen (zoals nucleaire ongelukken) te verzachten kan juist als ethisch wenselijk worden gezien.

In alle gevallen zullen veiligheidsprotocollen waarschijnlijk de voorkeur geven aan het gebruik van geïsoleerde melanine of dode schimmelbiomassa in plaats van levende schimmels waar mogelijk. Melanine-gebaseerde coatings vermijden het risico van levende schimmel. Indien levende schimmels worden gebruikt (zoals in de ruimte of bij sanering), zullen ze waarschijnlijk in gesloten systemen worden gehouden om verspreiding te voorkomen. Wetenschappers houden rekening met deze zorgen en benadrukken vaak het belang van meer kennis over schimmelmelanine en veilige omgang met melanotische schimmels ( Fungal Melanins and Applications in Healthcare, Bioremediation and Industry – PMC) ( Fungal Melanins and Applications in Healthcare, Bioremediation and Industry – PMC).

Onderzoek naar de zwarte schimmel uit Tsjernobyl en de toepassingen ervan ontwikkelt zich razendsnel en verbindt microbiologie, biofysica en techniek. Hier zijn enkele recente bevindingen en toekomstige richtingen:

• Experimenten aan boord van het internationale ruimtestation (2018–2022): De schimmel C. sphaerospermum is inmiddels getest in de ruimte. De eerste tests in 2018-2019 op het ISS (door NASA en partners) toonden aan dat de schimmel kan groeien in microzwaartekracht en stralingsafscherming kan bieden. Een vervolgstudie uit 2022 meldde dat de schimmel niet alleen goed groeide op het ISS, maar zelfs een iets hogere groeisnelheid had in een baan om de aarde vergeleken met op aarde – mogelijk door de constante blootstelling aan straling (~1,2× groei). Dit duidt op een radio-adaptieve reactie waarbij de schimmel mogelijk voordeel haalt uit kosmische straling. Ook werd bevestigd dat de straling onder de schimmelcultuur lager was dan bij een controle zonder schimmel. Deze bevindingen openen de deur naar levende stralingsschilden in de ruimte. Toekomstige experimenten op het ISS zullen waarschijnlijk dikkere schimmellagen en langere duur testen, en zelfs combinaties met Marsbodemsimulanten om te zien hoe een hybride schild werkt.
• Moleculaire inzichten (2020–2021): Wetenschappers onderzoeken de genomen en genexpressie van radiotrofe schimmels. Een studie uit 2021 van Malo et al. keek naar hoe de genactiviteit van Exophiala dermatitidis (een radiotrofe zwarte gist) verandert na blootstelling aan straling. Ze vonden activatie van stressreactieroutes en verhoogde expressie van genen die betrokken zijn bij melanineproductie en DNA-herstel. Een studie uit 2022 (Bland et al., in Scientific Reports) onderzocht hoe blootstelling aan gammastraling en UV de groei en pigmentatie beïnvloedde. Ze zagen significante toename van melanineproductie, zelfs als de groeisnelheid niet toenam. Dit ondersteunt het idee dat schimmels meer melanine aanmaken in radioactieve omgevingen.
• Stralingssensorische schimmels (2020): Zoals aangetoond door het werk aan de Universiteit van Saskatchewan kunnen schimmels worden getraind om sterker op straling te reageren. Deze adaptieve training kan leiden tot schimmelsoorten die zijn geoptimaliseerd voor specifieke isotopen of stralingsniveaus. Dit is vergelijkbaar met selectieve fok voor de beste ‘stralingssnuffelende’ schimmel. Toekomstig onderzoek kan leiden tot aangepaste schimmels voor specifieke saneringstaken – bijvoorbeeld een soort die bijzonder goed cesium-137 uit de bodem opneemt.
• Melanine-engineering: Er is groeiende interesse in het synthetiseren of aanpassen van melanine voor toepassingen buiten de schimmel. Melanine kan in grote hoeveelheden worden geëxtraheerd. Teams onderzoeken composietmaterialen met melanine, bijvoorbeeld door schimmelmelanine in kunststoffen of textiel te verwerken voor stralingsbescherming. Een review uit 2021 concludeerde dat het potentieel groot is, maar dat uitdagingen zoals de complexe structuur van melanine moeten worden overwonnen ( Fungal Melanins and Applications in Healthcare, Bioremediation and Industry – PMC ) ( Fungal Melanins and Applications in Healthcare, Bioremediation and Industry – PMC).
• Uitbreiding naar andere extremen: Radiotrofe schimmels zijn ook gevonden op andere extreme plekken – zoals aan de buitenkant van het ISS en in hooggelegen omgevingen. Sommige overleefden blootstelling aan kosmische straling en vacuüm (EXPOSE-E). Soorten zoals Cryomyces antarcticus toonden hoge overleving en lage mutatiefrequentie dankzij melanine. Dit suggereert dat sporen van radiotrofe schimmels mogelijk interplanetaire reizen kunnen overleven en bruikbaar zijn op Mars.
• Commercieel en industrieel onderzoek: Instanties zoals NASA en ESA investeren in biotechnologie voor stralingsbescherming. Startups ontwikkelen melanine-gebaseerde coatings (voor elektronica, satellieten, enz.). Defensieagentschappen onderzoeken of melanine of schimmelafgeleiden soldaten kunnen beschermen. Kernenergiebedrijven bekijken schimmels als biosensoren in veiligheidssystemen. De brede belangstelling wijst op een veelbelovende toekomst.
• Open vragen: Ondanks vooruitgang blijven er vragen. Wetenschappers willen bewijzen hoeveel van de energie uit straling komt. Het kan zijn dat straling slechts hun metabolisme versterkt in plaats van voeding te vervangen. Het is nog niet aangetoond of schimmels CO₂ kunnen fixeren met alleen straling. Een andere vraag is of deze capaciteit naar andere organismen kan worden overgedragen, zoals planten of bacteriën met melanine. Dit zou synthetische biologie vereisen, maar het is denkbaar.

Samengevat is de bescheiden zwarte schimmel uit Tsjernobyl uitgegroeid tot een veelbelovende innovatiebron. Doorlopend onderzoek zal waarschijnlijk meer geheimen onthullen, en wat ooit sciencefiction leek (organismen die straling verbruiken) zou praktische realiteit kunnen worden. Van bescherming van Marsreizigers tot opruimen van nucleaire rampen – deze stralingsminnende schimmel toont hoe leven zich wonderlijk kan aanpassen en hoe die aanpassing ten goede kan komen aan technologie en samenleving.