Studiile dezvăluie noi indicii despre modul în care tardigradele pot supraviețui radiațiilor intense

Începând cu anii 1960, oamenii de știință știu că micul tardigrad poate rezista la explozii de radiații foarte intense de 1.000 de ori mai puternice decât cele pe care le-ar putea îndura majoritatea celorlalte animale. Potrivit unui hârtie nouă publicat în revista Current Biology, nu este că astfel de radiații ionizante nu dăunează ADN-ului tardigradelor; mai degrabă, tardigradele sunt capabile să repare rapid orice astfel de daune. Constatările le completează pe cele ale a studiu separat publicat în ianuarie, care a explorat, de asemenea, răspunsul tardigradelor la radiații.

„Aceste animale creează un răspuns incredibil la radiații și acesta pare să fie un secret al abilităților lor extreme de supraviețuire.” a spus co-autorul Courtney Clark-Hachtel, care a fost postdoc în laboratorul lui Bob Goldstein de la Universitatea din Carolina de Nord din Chapel Hill, care efectuează cercetări asupra tardigradelor de 25 de ani. „Ceea ce aflăm despre modul în care tardigradele depășesc stresul cauzat de radiații poate duce la noi idei despre cum am putea încerca să protejăm alte animale și microorganisme de radiațiile dăunătoare.”

La fel de raportate anterior, tardigradele sunt micro-animale care pot supraviețui în cele mai dure condiții: presiune extremă, temperatură extremă, radiații, deshidratare, înfometare – chiar și expunere la vidul din spațiul cosmic. Creaturile au fost descrise pentru prima dată de zoologul german Johann Goeze în 1773. Au fost supranumite tardigrada („slow steppers” sau „slow walkers”) patru ani mai târziu de Lazzaro Spallanzani, un biolog italian. Asta pentru că tardigradele tind să se plimbe ca un urs. Deoarece pot supraviețui aproape oriunde, ele pot fi găsite în multe locuri: tranșee de adâncime, sedimente sărate și de apă dulce, păduri tropicale tropicale, Antarctica, vulcani noroiosi, dune de nisip, plaje și licheni și mușchi. (Un alt nume pentru ei este „purceli de mușchi”).

Când habitatul lor umed se usucă, totuși, tardigradele intră într-o stare cunoscută sub numele de „tun” – un fel de animație suspendată, în care animalele pot rămâne până la 10 ani. Când apa începe să curgă din nou, urșii de apă o absorb pentru a se rehidrata și a reveni la viață. Din punct de vedere tehnic, ei nu sunt membri ai extremofil clasă de organisme, deoarece acestea nu prosperă atât de mult în condiții extreme, ci suportă; tehnic, ei aparțin clasei a organismelor extremotolerante. Dar rezistența lor face din tardigrade un subiect de cercetare preferat pentru oamenii de știință.

De exemplu, a studiu 2017 a demonstrat că tardigradele utilizați un tip special de proteine ​​dezordonate pentru a-și suspenda literalmente celulele într-o matrice asemănătoare sticlei care previne deteriorarea. Cercetătorii au numit aceasta o „proteină dezordonată intrinsec specifică tardigradului” (TDP). Cu alte cuvinte, celulele devin vitrificate. Cu cât o specie tardigradă are mai multe gene TDP, cu atât mai rapid și mai eficient intră în starea tun.

În 2021, o altă echipă de oameni de știință japonezi a numit acest lucru „vitrificarea„ipoteza în discuție, citând date experimentale care sugerează că descoperirile din 2017 ar putea fi atribuite retenției de apă a proteinelor. În anul următor, cercetătorii de la Universitatea din Tokyo a identificat mecanismul pentru a explica modul în care tardigradele pot supraviețui deshidratării extreme: proteine ​​citoplasmatice solubile în căldură (CAHS) care formează o rețea de filamente de protecție asemănătoare unui gel pentru a proteja celulele uscate. Când tardigradul se rehidratează, filamentele se retrag treptat, asigurându-se că celula nu este stresată sau deteriorată pe măsură ce își recapătă apă.

Când vine vorba de rezistența la radiații ionizante, a studiu 2016 a identificat o proteină supresoare de deteriorare a ADN-ului numită „Dsup” care părea să protejeze genele tardigrade implantate în celulele umane de deteriorarea radiațiilor. Cu toate acestea, conform lui Clark-Hatchel și colab., încă nu a fost clar dacă acest tip de mecanism de protecție a fost suficient pentru a explica pe deplin capacitatea tardigradelor de a rezista la radiații extreme. Alte specii de tardigrad par să nu aibă proteine ​​Dsup, dar au totuși aceeași toleranță ridicată la radiații, ceea ce sugerează că ar putea exista și alți factori în joc.

O echipă de cercetători francezi de la Muzeul Național Francez de Istorie Naturală din Paris a efectuat o serie de experimente în care au aruncat specimene de urs de apă cu raze gamma puternice care ar fi letale pentru oameni. Ei și-au publicat rezultatele la începutul acestui an în jurnalul eLife. Echipa franceză a constatat că razele gamma au afectat de fapt ADN-ul tardigrad, la fel cum ar deteriora celulele umane. Deoarece tardigradele au supraviețuit, acest lucru a sugerat că tardigradele au fost capabile să repare rapid ADN-ul deteriorat.

Experimente ulterioare cu trei specii diferite (inclusiv una care nu are proteine ​​Dsup) au arătat că tardigradele produc cantități foarte mari de proteine ​​de reparare a ADN-ului. Ei au descoperit, de asemenea, o creștere similară a proteinelor unice pentru tardigrade, în special proteina de răspuns la deteriorarea ADN-ului tardigrad 1 (TDR1), care pare să protejeze ADN-ul de radiații. „Am descoperit că proteina TDR1 interacționează cu ADN-ul și formează agregate la concentrație mare, sugerând că poate condensa ADN-ul și acționa prin păstrarea organizării cromozomilor până când repararea ADN-ului este realizată”, au scris autorii.

Clark-Hatchel și colab. au ajuns în mod independent la concluzii similare din propriile lor experimente. Luate împreună, cele două studii confirmă că această reglare extrem de rapidă a multor gene de reparare a ADN-ului ca răspuns la expunerea la radiații ionizante ar trebui să fie suficientă pentru a explica rezistența impresionantă a creaturilor la acele radiații. Este posibil să existe o „sinergie între mecanismele de protecție și de reparare” atunci când vine vorba de toleranța tardigradă la radiațiile ionizante.

Acestea fiind spuse, „De ce tardigradele au dezvoltat o toleranță puternică la IR este enigmatic, având în vedere că este puțin probabil ca tardigradele să fi fost expuși la doze mari de radiații ionizante în istoria lor evolutivă”, Clark-Hatchel și colab. a scris. Ei au crezut că ar putea exista o legătură cu mecanismele care permit tardigradelor să supraviețuiască deshidratării extreme, care poate duce și la deteriorarea ADN-ului. Revizuirea datelor din experimentele de uscare nu a arătat o creștere la fel de puternică a transcripțiilor de reparare a ADN-ului, dar autorii sugerează că creșterea ar putea avea loc mai târziu în proces, la rehidratare – un subiect intrigant pentru cercetările viitoare.

Current Biology, 2024. DOI: 10.1016/j.cub.2024.03.019 (Despre DOI).

eLife, 2024. DOI: 10.7554/eLife.92621.1