Nuove specie di tardigradi rivelano i segreti della resistenza alle radiazioni

Nuove specie di tardigradi rivelano i segreti della resistenza alle radiazioni

Una specie di tardigrado appena descritta sta fornendo agli scienziati informazioni su ciò che rende queste minuscole creature a otto zampe così resistenti alle radiazioni.

I tardigradi, noti anche come orsi acquatici, affascinano da tempo gli scienziati con la loro capacità di sopravvivere a condizioni estreme, comprese le radiazioni a livelli quasi 1.000 volte superiori alla dose letale per gli esseri umani. Esistono circa 1.500 specie conosciute di tardigradi, ma solo una manciata è ben studiata.

Ora gli scienziati hanno sequenziato il genoma di una specie scientificamente nuova e rivelato alcuni dei meccanismi molecolari che conferiscono ai tardigradi la loro straordinaria resilienza. Il loro studio, pubblicato su Science il 24 ottobre 1, identifica migliaia di geni tardigradi che diventano più attivi se esposti alle radiazioni. Questi processi suggeriscono un sofisticato sistema di difesa che protegge il DNA dai danni causati dalle radiazioni e ripara le rotture che si verificano.

Gli autori sperano che le loro scoperte possano essere utilizzate per proteggere gli astronauti dalle radiazioni durante le missioni spaziali, ripulire la contaminazione nucleare o migliorare il trattamento del cancro.

"Questa scoperta potrebbe aiutare a migliorare la resistenza allo stress delle cellule umane, a beneficio dei pazienti sottoposti a radioterapia", afferma Lingqiang Zhang, coautore dello studio e biologo molecolare e cellulare presso l'Istituto di Lifeomics di Pechino.

Geni protettivi

Circa sei anni fa, Zhang e i suoi colleghi si recarono sui Monti Funiu nella provincia cinese di Henan per raccogliere campioni di muschio. In laboratorio e al microscopio, hanno identificato una specie di tardigrado precedentemente non documentata, che hanno chiamato Hypsibius henanensis. Il sequenziamento del genoma ha mostrato che la specie aveva 14.701 geni, il 30% dei quali erano esclusivi dei tardigradi.

Quando i ricercatori hanno esposto l'H. henanensis a dosi di radiazioni comprese tra 200 e 2.000 grigi - ben oltre ciò che gli esseri umani potrebbero sopravvivere - hanno scoperto che 2.801 geni coinvolti nella riparazione del DNA, nella divisione cellulare e nelle risposte immunitarie si attivavano.

"È come in tempo di guerra, quando le fabbriche vengono riorganizzate per produrre solo munizioni. Siamo quasi al livello in cui l'espressione genetica viene riprogettata", afferma Bob Goldstein, un biologo cellulare dell'Università della Carolina del Nord a Chapel Hill che ha studiato i tardigradi per 25 anni. “Siamo affascinati dal modo in cui un organismo può modificare la sua espressione genetica per produrre così tante trascrizioni per determinati geni”.

Uno dei geni, chiamato TRID1, codifica per una proteina che aiuta a riparare le rotture del doppio filamento del DNA reclutando proteine ​​specializzate nei siti danneggiati. "Si tratta di un nuovo gene che, per quanto ne so, nessuno ha studiato", afferma Goldstein.

I ricercatori stimano inoltre che lo 0,5-3,1% dei geni dei tardigradi siano stati acquisiti da altri organismi attraverso un processo chiamato trasferimento genico orizzontale. Un gene chiamato DODA1, che sembra provenire da batteri, consente ai tardigradi di produrre quattro tipi di pigmenti antiossidanti noti come betalaine. Questi pigmenti possono neutralizzare alcune delle sostanze chimiche reattive dannose provocate dalle radiazioni nelle cellule, che rappresentano il 60-70% degli effetti dannosi delle radiazioni.

Gli autori hanno trattato cellule umane con una delle betalaine tardigrade e hanno scoperto che queste cellule erano molto più capaci di sopravvivere alle radiazioni rispetto alle cellule non trattate.

Nessuna data di scadenza

Lo studio dei meccanismi molecolari che consentono ai tardigradi di tollerare altre condizioni estreme come le alte temperature, la privazione dell’aria, la disidratazione e la fame potrebbe avere applicazioni di vasta portata. Ad esempio, potrebbe migliorare la durata di conservazione di sostanze sensibili come i vaccini. "Tutti i tuoi farmaci hanno una data di scadenza, i tardigradi no", afferma Goldstein.

Il confronto di questi meccanismi tra le diverse specie di tardigradi è una parte importante di questa ricerca, aggiunge Nadja Møbjerg, fisiologa animale dell'Università di Copenaghen. "Non abbiamo ancora abbastanza conoscenze sulle diverse specie di tardigradi esistenti", afferma.

Questi animali hanno "una ricchezza di composti protettivi che probabilmente forniranno informazioni ancora più interessanti e utili", afferma Goldstein. “Vogliamo capire come funzionano e quali potenzialità hanno”.

1. Li. L. et al. Scienza 386, eadl0799 (2024).

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