Nowy gatunek niesporczaków odkrywa sekrety odporności na promieniowanie

Nowy gatunek niesporczaków odkrywa sekrety odporności na promieniowanie

Nowo opisany gatunek niesporczaków daje naukowcom wgląd w to, co sprawia, że ​​te maleńkie ośmionożne stworzenia są tak odporne na promieniowanie.

Niesporczaki, zwane także niedźwiedziami wodnymi, od dawna fascynują naukowców swoją zdolnością do przetrwania ekstremalnych warunków, w tym promieniowania na poziomie prawie 1000 razy wyższym niż dawka śmiertelna dla człowieka. Istnieje około 1500 znanych gatunków niesporczaków, ale tylko kilka jest dobrze zbadanych.

Teraz naukowcy zsekwencjonowali genom naukowo nowego gatunku i odkryli niektóre mechanizmy molekularne, które zapewniają niesporczakom ich niezwykłą odporność. Wyniki ich badania opublikowano 24 października w czasopiśmie Science 1, identyfikuje tysiące genów niesporczaków, które stają się bardziej aktywne pod wpływem promieniowania. Procesy te sugerują wyrafinowany system obronny, który chroni DNA przed uszkodzeniami powodowanymi przez promieniowanie i naprawia powstałe pęknięcia.

Autorzy mają nadzieję, że ich odkrycia można wykorzystać do ochrony astronautów przed promieniowaniem podczas misji kosmicznych, usunięcia skażenia nuklearnego lub poprawy leczenia raka.

„To odkrycie może pomóc w poprawie odporności komórek ludzkich na stres, co przyniesie korzyści pacjentom poddawanym radioterapii” – mówi Lingqiang Zhang, współautor badania oraz biolog molekularny i komórkowy w Pekińskim Instytucie Lifeomiki.

Geny ochronne

Około sześć lat temu Zhang i jego koledzy udali się w góry Funiu w chińskiej prowincji Henan, aby pobrać próbki mchu. W laboratorium i pod mikroskopem zidentyfikowali wcześniej nieudokumentowany gatunek niesporczaka, który nazwali Hypsibius henanensis. Sekwencjonowanie genomu wykazało, że gatunek ten miał 14 701 genów, z czego 30% było charakterystycznych dla niesporczaków.

Kiedy badacze wystawili H. henanensis na dawki promieniowania od 200 do 2000 grejów – znacznie przekraczające to, co jest w stanie przeżyć człowiek – odkryli, że uaktywniło się 2801 genów zaangażowanych w naprawę DNA, podział komórek i reakcje immunologiczne.

„To tak, jak w czasie wojny, gdy fabryki przerabia się tak, aby produkowały wyłącznie amunicję. Jest już prawie na poziomie, na którym następuje przeprojektowanie ekspresji genów” – mówi Bob Goldstein, biolog komórkowy na Uniwersytecie Północnej Karoliny w Chapel Hill, który bada niesporczaki od 25 lat. „Jesteśmy zafascynowani tym, jak organizm może zmienić ekspresję genów, aby wytworzyć tak wiele transkryptów dla określonych genów”.

Jeden z genów, zwany TRID1, koduje białko, które pomaga naprawić pęknięcia dwuniciowe w DNA poprzez rekrutację wyspecjalizowanych białek do miejsc uszkodzeń. „To nowy gen, którego, o ile wiem, nikt nie badał” – mówi Goldstein.

Naukowcy szacują również, że 0,5–3,1% genów niesporczaków zostało nabytych od innych organizmów w procesie zwanym poziomym transferem genów. Gen o nazwie DODA1, który prawdopodobnie pochodzi od bakterii, umożliwia niesporczakom wytwarzanie czterech rodzajów pigmentów przeciwutleniających, zwanych betalainami. Pigmenty te mogą neutralizować niektóre szkodliwe, reaktywne substancje chemiczne powodowane przez promieniowanie w komórkach, które odpowiadają za 60–70% szkodliwych skutków promieniowania.

Autorzy potraktowali ludzkie komórki jedną z betalain niesporczaków i odkryli, że komórki te były znacznie lepiej odporne na promieniowanie niż komórki nieleczone.

Brak daty ważności

Badanie mechanizmów molekularnych umożliwiających niesporczakom tolerowanie innych ekstremalnych warunków, takich jak wysokie temperatury, brak powietrza, odwodnienie i głód, mogłoby mieć daleko idące zastosowania. Może na przykład wydłużyć okres trwałości wrażliwych substancji, takich jak szczepionki. „Wszystkie leki mają datę ważności – niesporczaki nie” – mówi Goldstein.

Porównanie tych mechanizmów między różnymi gatunkami niesporczaków stanowi ważną część tych badań, dodaje Nadja Møbjerg, fizjolog zwierząt na Uniwersytecie w Kopenhadze. „Nie mamy jeszcze wystarczającej wiedzy na temat różnych istniejących gatunków niesporczaków” – mówi.

Zwierzęta te mają „bogactwo związków ochronnych, które prawdopodobnie dostarczą jeszcze ciekawszych i przydatnych spostrzeżeń” – mówi Goldstein. „Chcemy zrozumieć, jak działają i jaki mają potencjał”.

1. Li. L. i in. Nauka 386, eadl0799 (2024).

   Artykuł
   Scholar Google

Pobierz referencje