Noile specii tardigrade dezvăluie secretele rezistenței la radiații

Noile specii tardigrade dezvăluie secretele rezistenței la radiații

O specie recent descrisă de tardigrad oferă oamenilor de știință o perspectivă asupra a ceea ce face aceste creaturi minuscule, cu opt picioare, atât de rezistente la radiații.

Tardigradele, cunoscuți și sub numele de urși de apă, i-au fascinat mult timp pe oamenii de știință prin capacitatea lor de a supraviețui în condiții extreme, inclusiv radiații la niveluri de aproape 1.000 de ori mai mari decât doza letală pentru oameni. Există aproximativ 1.500 de specii de tardigrade cunoscute, dar doar câteva sunt bine studiate.

Acum, oamenii de știință au secvențiat genomul unei specii noi din punct de vedere științific și au dezvăluit unele dintre mecanismele moleculare care conferă tardigradelor rezistența lor extraordinară. Studiul lor, publicat în Science pe 24 octombrie 1, identifică mii de gene tardigrade care devin mai active atunci când sunt expuse la radiații. Aceste procese sugerează un sistem de apărare sofisticat care protejează ADN-ul de daunele provocate de radiații și repară întreruperile care apar.

Autorii speră că descoperirile lor pot fi folosite pentru a proteja astronauții de radiații în timpul misiunilor spațiale, pentru a curăța contaminarea nucleară sau pentru a îmbunătăți tratamentul cancerului.

„Această descoperire ar putea ajuta la îmbunătățirea rezistenței la stres a celulelor umane, ceea ce va aduce beneficii pacienților care urmează terapie cu radiații”, spune Lingqiang Zhang, co-autor al studiului și biolog molecular și celular la Institutul de Lifeomics din Beijing.

Gene protectoare

În urmă cu aproximativ șase ani, Zhang și colegii săi au mers în Munții Funiu din provincia Henan din China pentru a colecta mostre de mușchi. În laborator și la microscop, au identificat o specie de tardigrad nedocumentată anterior, pe care au numit-o Hypsibius henanensis. Secvențierea genomului a arătat că specia avea 14.701 gene, dintre care 30% erau unice pentru tardigrade.

Când cercetătorii au expus H. henanensis la doze de radiații de 200 și 2.000 de gri - cu mult peste ceea ce oamenii ar putea supraviețui - au descoperit că 2.801 de gene implicate în repararea ADN-ului, diviziunea celulară și răspunsurile imune au devenit active.

„Este ca în timp de război, când fabricile sunt adaptate pentru a produce doar muniție. Este aproape la nivelul în care expresia genelor este reproiectată”, spune Bob Goldstein, biolog celular la Universitatea din Carolina de Nord din Chapel Hill, care a studiat tardigradele timp de 25 de ani. „Suntem fascinați de modul în care un organism își poate schimba expresia genei pentru a produce atât de multe transcrieri pentru anumite gene.”

Una dintre gene, numită TRID1, codifică o proteină care ajută la repararea rupurilor duble-catenari ale ADN-ului prin recrutarea de proteine ​​specializate în locurile de deteriorare. „Aceasta este o genă nouă pe care, din câte știu eu, nimeni nu a studiat-o”, spune Goldstein.

Cercetătorii estimează, de asemenea, că 0,5-3,1% din genele tardigrade au fost dobândite de la alte organisme printr-un proces numit transfer orizontal de gene. O genă numită DODA1, care pare să provină din bacterii, permite tardigradelor să producă patru tipuri de pigmenți antioxidanți cunoscuți sub numele de betalaine. Acești pigmenți pot neutraliza unele dintre substanțele chimice reactive nocive pe care le provoacă radiațiile în celule, care reprezintă 60-70% din efectele nocive ale radiațiilor.

Autorii au tratat celulele umane cu una dintre betalainele tardigrade și au descoperit că aceste celule erau mult mai capabile să supraviețuiască radiațiilor decât celulele netratate.

Fără dată de expirare

Investigarea mecanismelor moleculare care permit tardigradelor să tolereze alte condiții extreme, cum ar fi temperaturile ridicate, privarea de aer, deshidratarea și înfometarea ar putea avea aplicații de anvergură. De exemplu, ar putea îmbunătăți durata de valabilitate a substanțelor sensibile, cum ar fi vaccinurile. „Toate medicamentele tale au o dată de expirare – tardigradele nu”, spune Goldstein.

Compararea acestor mecanisme între diferite specii tardigrade este o parte importantă a acestei cercetări, adaugă Nadja Møbjerg, fiziolog animal la Universitatea din Copenhaga. „Nu avem încă suficiente cunoștințe despre diferitele specii de tardigrade care există”, spune ea.

Aceste animale au „o mulțime de compuși de protecție care probabil vor oferi informații și mai interesante și mai utile”, spune Goldstein. „Vrem să înțelegem cum funcționează și ce potențial au.”

1. Li. L. şi colab. Science 386, eadl0799 (2024).

   Articol
   Google Academic

Descărcați referințe