Nové druhy tardigradů odhalují tajemství odolnosti vůči radiaci

Nové druhy tardigradů odhalují tajemství odolnosti vůči radiaci

Nově popsaný druh tardigrada umožňuje vědcům nahlédnout do toho, proč jsou tito drobní osminozí tvorové tak odolní vůči radiaci.

Tardigrades, také známí jako vodní medvědi, již dlouho fascinují vědce svou schopností přežít extrémní podmínky, včetně radiace na úrovni téměř 1000krát vyšší, než je smrtelná dávka pro člověka. Existuje asi 1 500 známých druhů tardigradů, ale jen hrstka je dobře prostudována.

Nyní vědci sekvenovali genom vědecky nového druhu a odhalili některé molekulární mechanismy, které dávají tardigradům jejich mimořádnou odolnost. Jejich studie, publikovaná v Science 24. října 1, identifikuje tisíce tardigradových genů, které se stanou aktivnějšími, když jsou vystaveny radiaci. Tyto procesy naznačují sofistikovaný obranný systém, který chrání DNA před poškozením, které záření způsobuje, a opravuje zlomy, ke kterým skutečně dojde.

Autoři doufají, že jejich poznatky mohou být použity k ochraně astronautů před radiací během vesmírných misí, k čištění jaderné kontaminace nebo ke zlepšení léčby rakoviny.

"Tento objev by mohl pomoci zlepšit odolnost lidských buněk vůči stresu, což bude přínosem pro pacienty podstupující radiační terapii," říká Lingqiang Zhang, spoluautor studie a molekulární a buněčný biolog z pekingského institutu Lifeomics.

Ochranné geny

Asi před šesti lety se Zhang a jeho kolegové vydali do pohoří Funiu v čínské provincii Henan sbírat vzorky mechu. V laboratoři a pod mikroskopem identifikovali dříve nezdokumentovaný druh tardigrade, který pojmenovali Hypsibius henanensis. Sekvenování genomu ukázalo, že tento druh měl 14 701 genů, z nichž 30 % bylo jedinečných pro tardigrady.

Když výzkumníci vystavili H. henanensis dávkám záření 200 a 2 000 šedých – daleko za hranicí, kterou by lidé mohli přežít – zjistili, že se aktivovalo 2 801 genů zapojených do opravy DNA, buněčného dělení a imunitních reakcí.

"Je to jako za války, kdy se továrny předělávají tak, aby vyráběly pouze munici. Je to téměř na úrovni, kdy dochází k reengineeringu genové exprese," říká Bob Goldstein, buněčný biolog z University of North Carolina v Chapel Hill, který tardigrady studoval 25 let. "Jsme fascinováni tím, jak může organismus změnit svou genovou expresi, aby produkoval tolik transkriptů pro určité geny."

Jeden z genů, nazvaný TRID1, kóduje protein, který pomáhá opravovat dvouvláknové zlomy v DNA tím, že rekrutuje specializované proteiny do míst poškození. "Toto je nový gen, který, pokud vím, nikdo nestudoval," říká Goldstein.

Výzkumníci také odhadují, že 0,5-3,1% tardigradových genů bylo získáno z jiných organismů prostřednictvím procesu zvaného horizontální přenos genů. Gen nazvaný DODA1, který zřejmě pochází z bakterií, umožňuje tardigradům produkovat čtyři typy antioxidačních pigmentů známých jako betalainy. Tyto pigmenty dokážou neutralizovat některé škodlivé reaktivní chemikálie, které záření v buňkách způsobuje a které představují 60–70 % škodlivých účinků záření.

Autoři ošetřili lidské buňky jedním z tardigradových betalainů a zjistili, že tyto buňky byly mnohem lépe schopné přežít záření než neošetřené buňky.

Žádné datum vypršení platnosti

Zkoumání molekulárních mechanismů, které umožňují tardigradům tolerovat další extrémní podmínky, jako jsou vysoké teploty, nedostatek vzduchu, dehydratace a hladovění, by mohlo mít dalekosáhlé aplikace. Mohlo by to například zlepšit trvanlivost citlivých látek, jako jsou vakcíny. "Všechny vaše léky mají datum expirace - tardigrady ne," říká Goldstein.

Porovnání těchto mechanismů mezi různými druhy tardigrade je důležitou součástí tohoto výzkumu, dodává Nadja Møbjerg, fyzioložka zvířat na univerzitě v Kodani. "Zatím nemáme dostatek znalostí o různých druzích tardigradů, které existují," říká.

Tato zvířata mají „množství ochranných sloučenin, které pravděpodobně poskytnou ještě zajímavější a užitečnější poznatky,“ říká Goldstein. "Chceme pochopit, jak fungují a jaký mají potenciál."

1. Li. L. a kol. Science 386, eadl0799 (2024).

   Článek
   Google Scholar

Stáhněte si reference