Nové druhy tardigradov odhaľujú tajomstvá odolnosti voči žiareniu

Nové druhy tardigradov odhaľujú tajomstvá odolnosti voči žiareniu

Novo popísaný druh tardigrada dáva vedcom pohľad na to, prečo sú tieto malé, osemnohé stvorenia také odolné voči žiareniu.

Tardigrady, známe aj ako vodné medvede, už dlho fascinujú vedcov svojou schopnosťou prežiť extrémne podmienky vrátane žiarenia na úrovniach takmer 1000-krát vyšších, než je smrteľná dávka pre ľudí. Existuje asi 1500 známych druhov tardigradov, ale len hŕstka je dobre preštudovaných.

Teraz vedci sekvenovali genóm vedecky nového druhu a odhalili niektoré molekulárne mechanizmy, ktoré dávajú tardigradom ich mimoriadnu odolnosť. Ich štúdia, publikovaná v Science 24. októbra 1, identifikuje tisíce tardigradových génov, ktoré sa stávajú aktívnejšími, keď sú vystavené žiareniu. Tieto procesy naznačujú sofistikovaný obranný systém, ktorý chráni DNA pred poškodením spôsobeným žiarením a opravuje zlomy, ktoré sa vyskytnú.

Autori dúfajú, že ich zistenia môžu byť použité na ochranu astronautov pred žiarením počas vesmírnych misií, vyčistenie jadrovej kontaminácie alebo zlepšenie liečby rakoviny.

"Tento objav by mohol pomôcť zlepšiť odolnosť ľudských buniek voči stresu, čo bude prínosom pre pacientov podstupujúcich radiačnú terapiu," hovorí Lingqiang Zhang, spoluautor štúdie a molekulárny a bunkový biológ z Pekinského inštitútu Lifeomics.

Ochranné gény

Asi pred šiestimi rokmi sa Zhang a jeho kolegovia vybrali do pohoria Funiu v čínskej provincii Henan zbierať vzorky machu. V laboratóriu a pod mikroskopom identifikovali predtým nezdokumentovaný druh tardigrade, ktorý nazvali Hypsibius henanensis. Sekvenovanie genómu ukázalo, že tento druh mal 14 701 génov, z ktorých 30% bolo jedinečných pre tardigrady.

Keď vedci vystavili H. henanensis dávkam žiarenia 200 a 2 000 sivej - čo je ďaleko za hranicou toho, čo by ľudia mohli prežiť - zistili, že 2 801 génov zapojených do opravy DNA, bunkového delenia a imunitných reakcií sa stalo aktívnymi.

"Je to ako v čase vojny, keď sú továrne prerobené tak, aby vyrábali len muníciu. Je to takmer na úrovni, keď sa génová expresia prepracovala," hovorí Bob Goldstein, bunkový biológ na Univerzite v Severnej Karolíne v Chapel Hill, ktorý tardigrady študuje 25 rokov. "Sme fascinovaní tým, ako môže organizmus zmeniť svoju génovú expresiu, aby produkoval toľko transkriptov pre určité gény."

Jeden z génov, nazývaný TRID1, kóduje proteín, ktorý pomáha opraviť dvojvláknové zlomy v DNA náborom špecializovaných proteínov na miesta poškodenia. "Toto je nový gén, ktorý, pokiaľ viem, nikto neštudoval," hovorí Goldstein.

Výskumníci tiež odhadujú, že 0,5-3,1% tardigrade génov bolo získaných z iných organizmov prostredníctvom procesu nazývaného horizontálny prenos génov. Gén s názvom DODA1, ktorý zrejme pochádza z baktérií, umožňuje tardigradom produkovať štyri typy antioxidačných pigmentov známych ako betalaíny. Tieto pigmenty dokážu neutralizovať niektoré škodlivé reaktívne chemikálie, ktoré žiarenie spôsobuje v bunkách a ktoré predstavujú 60 – 70 % škodlivých účinkov žiarenia.

Autori ošetrili ľudské bunky jedným z tardigradových betalaínov a zistili, že tieto bunky boli oveľa lepšie schopné prežiť ožarovanie ako neošetrené bunky.

Žiadny dátum vypršania platnosti

Skúmanie molekulárnych mechanizmov, ktoré umožňujú tardigradom tolerovať ďalšie extrémne podmienky, ako sú vysoké teploty, nedostatok vzduchu, dehydratácia a hladovanie, by mohlo mať ďalekosiahle využitie. Mohlo by to napríklad zlepšiť trvanlivosť citlivých látok, ako sú vakcíny. "Všetky vaše lieky majú dátum exspirácie - tardigrady nie," hovorí Goldstein.

Porovnanie týchto mechanizmov medzi rôznymi druhmi tardigrade je dôležitou súčasťou tohto výskumu, dodáva Nadja Møbjerg, fyziologička zvierat na Kodanskej univerzite. "Zatiaľ nemáme dostatok vedomostí o rôznych druhoch tardigradov, ktoré existujú," hovorí.

Tieto zvieratá majú „množstvo ochranných zlúčenín, ktoré pravdepodobne poskytnú ešte zaujímavejšie a užitočnejšie poznatky,“ hovorí Goldstein. "Chceme pochopiť, ako fungujú a aký majú potenciál."

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

   Článok
   Študovňa Google

Stiahnite si referencie