Uudet tardigrad-lajit paljastavat säteilynkestävyyden salaisuudet

Uudet tardigrad-lajit paljastavat säteilynkestävyyden salaisuudet

Äskettäin kuvattu tardigrade-laji antaa tutkijoille käsityksen siitä, mikä tekee näistä pienistä, kahdeksanjalkaisista olennoista niin kestäviä säteilylle.

Tardigradit, jotka tunnetaan myös vesikarhuina, ovat pitkään kiehtoneet tutkijoita kyvyllään selviytyä äärimmäisistä olosuhteista, mukaan lukien säteilytaso, joka on lähes 1000 kertaa suurempi kuin ihmisille tappava annos. Tardigrade-lajeja tunnetaan noin 1 500, mutta vain kourallinen niistä on hyvin tutkittu.

Nyt tiedemiehet ovat sekvensoineet tieteellisesti uuden lajin genomin ja paljastaneet joitain molekyylimekanismeja, jotka antavat tardigradeille niiden poikkeuksellisen joustavuuden. Heidän tutkimuksensa julkaistiin Science-lehdessä 24. lokakuuta 1, tunnistaa tuhansia tardigrade-geenejä, jotka muuttuvat aktiivisemmiksi joutuessaan alttiiksi säteilylle. Nämä prosessit viittaavat kehittyneeseen puolustusjärjestelmään, joka suojaa DNA:ta säteilyn aiheuttamilta vaurioilta ja korjaa tapahtuvat katkokset.

Kirjoittajat toivovat, että heidän tuloksiaan voidaan käyttää astronauttien suojelemiseen säteilyltä avaruuslentojen aikana, ydinsaasteen puhdistamiseen tai syövän hoidon parantamiseen.

"Tämä löytö voi auttaa parantamaan ihmissolujen stressinkestävyyttä, mikä hyödyttää sädehoitoa saavia potilaita", sanoo Lingqiang Zhang, tutkimuksen toinen kirjoittaja ja molekyyli- ja solubiologi Beijing Institute of Lifeomicsista.

Suojaavat geenit

Noin kuusi vuotta sitten Zhang ja hänen kollegansa menivät Funiu-vuorille Kiinan Henanin maakuntaan keräämään sammalnäytteitä. Laboratoriossa ja mikroskoopin alla he tunnistivat aiemmin dokumentoimattoman tardigrade-lajin, jolle he antoivat nimen Hypsibius henanensis. Genomisekvensointi osoitti, että lajilla oli 14 701 geeniä, joista 30 % oli ainutlaatuisia tardigradeille.

Kun tutkijat altistivat H. henanensisin säteilyannoksille 200 ja 2000 gray - paljon enemmän kuin ihmiset pystyivät selviytymään - he havaitsivat, että 2 801 geeniä, jotka osallistuivat DNA:n korjaamiseen, solujen jakautumiseen ja immuunivasteisiin, aktivoituivat.

"Se on kuin sodan aikana, kun tehtaita uusitaan tuottamaan vain sotatarvikkeita. Se on melkein samalla tasolla, jossa geenien ilmentyminen on suunniteltu uudelleen", sanoo Bob Goldstein, solubiologi Pohjois-Carolinan yliopistosta Chapel Hillistä, joka on tutkinut tardigradeja 25 vuotta. "Olemme kiehtovia siitä, kuinka organismi voi muuttaa geeniekspressioaan tuottaakseen niin monia transkriptioita tietyille geeneille."

Yksi geeneistä, nimeltään TRID1, koodaa proteiinia, joka auttaa korjaamaan DNA:n kaksoisjuostekatkoja rekrytoimalla erikoistuneita proteiineja vauriokohtiin. "Tämä on uusi geeni, jota tietääkseni kukaan ei ole tutkinut", Goldstein sanoo.

Tutkijat arvioivat myös, että 0,5-3,1 % tardigrade-geeneistä hankittiin muista organismeista horisontaalisen geeninsiirron kautta. DODA1-niminen geeni, joka näyttää olevan peräisin bakteereista, mahdollistaa tardigradien tuottavan neljän tyyppistä antioksidanttipigmenttiä, joka tunnetaan nimellä betalaine. Nämä pigmentit voivat neutraloida joitakin säteilyn soluissa aiheuttamia haitallisia reaktiivisia kemikaaleja, jotka muodostavat 60-70 % säteilyn haitallisista vaikutuksista.

Kirjoittajat käsittelivät ihmissoluja yhdellä tardigradista beetalaineista ja havaitsivat, että nämä solut selviytyivät paljon paremmin säteilystä kuin käsittelemättömät solut.

Ei viimeistä käyttöpäivää

Sellaisten molekyylimekanismien tutkiminen, joiden avulla tardigradit sietävät muita äärimmäisiä olosuhteita, kuten korkeita lämpötiloja, ilmanpuutetta, kuivumista ja nälkää, voisi olla kauaskantoisia sovelluksia. Se voisi esimerkiksi parantaa herkkien aineiden, kuten rokotteiden, säilyvyyttä. "Kaikilla lääkkeilläsi on viimeinen käyttöpäivä - tardigradeilla ei ole", Goldstein sanoo.

Näiden mekanismien vertailu eri tardigrade-lajien välillä on tärkeä osa tätä tutkimusta, lisää eläinfysiologi Nadja Møbjerg Kööpenhaminan yliopistosta. "Meillä ei ole vielä tarpeeksi tietoa olemassa olevista eri tardigrade-lajeista", hän sanoo.

Näillä eläimillä on "runsaasti suojaavia yhdisteitä, jotka todennäköisesti tarjoavat entistä mielenkiintoisempia ja hyödyllisempiä oivalluksia", Goldstein sanoo. "Haluamme ymmärtää, miten ne toimivat ja mitä potentiaalia heillä on."

1. Li. L. et ai. Science 386, edl0799 (2024).

   Artikla
   Google Scholar

Lataa viitteitä