Τι κάνει τα tardigrades τόσο σκληρά;
July 13, 2022Κανένα θηρίο στη Γη δεν είναι πιο σκληρό από το μικροσκοπικό όψιμο. Μπορεί να επιβιώσει κατά την κατάψυξη στους -272° Κελσίου, εκτεθειμένη σε κενό του εξωτερικού χώρου και μάλιστα να καταρρίπτονται με 500 φορές τη δόση των ακτίνων Χ που θα σκότωνε έναν άνθρωπο.
Με άλλα λόγια, το πλάσμα μπορεί να αντέξει συνθήκες που δεν υπάρχουν καν στη Γη. Αυτή η απόκοσμη ανθεκτικότητα, σε συνδυασμό με την ελκυστική εμφάνισή τους, έχουν κάνει τα tardigrades αγαπημένα των φιλόζωων. Αλλά πέρα από αυτό, οι ερευνητές αναζητούν τα μικροσκοπικά ζώα, περίπου στο μέγεθος ενός ακάρεως σκόνης, για να μάθουν πώς να προετοιμάζουν τους ανθρώπους και τις καλλιέργειες για να χειριστούν τις κακουχίες του διαστημικού ταξιδιού.
Η άφθαρτη φύση του όψιμου προέρχεται από τις προσαρμογές του στο περιβάλλον του – κάτι που μπορεί να φαίνεται εκπληκτικό, καθώς ζει σε φαινομενικά ήσυχα μέρη, όπως οι δροσερές, υγρές συστάδες βρύων που είναι διάσπαρτες σε έναν τοίχο κήπου. Σε φόρο τιμής σε τέτοιους οικοτόπους, μαζί με μια σαθρή εμφάνιση, μερικοί άνθρωποι αποκαλούν τις αργόσυρτες αρκούδες ή, αξιολάτρευτα, βρύα γουρουνάκια.
Αλλά αποδεικνύεται ότι το υγρό, βρύα σπίτι ενός αργού αργού μπορεί να στεγνώσει πολλές φορές κάθε χρόνο. Η ξήρανση είναι αρκετά καταστροφική για τα περισσότερα ζωντανά όντα. Καταστρέφει τα κύτταρα με μερικούς από τους ίδιους τρόπους που κάνουν η κατάψυξη, το κενό και η ακτινοβολία.
Πρώτον, η ξήρανση οδηγεί σε υψηλά επίπεδα υπεροξειδίων και άλλων ενεργών ειδών οξυγόνου. Αυτά τα τοξικά μόρια σμιλεύουν το DNA ενός κυττάρου σε μικρά θραύσματα — ακριβώς όπως κάνει η ακτινοβολία. Η ξήρανση προκαλεί επίσης ζάρες και ρωγμές στις κυτταρικές μεμβράνες. Και μπορεί να οδηγήσει στο ξεδίπλωμα των ευαίσθητων πρωτεϊνών, καθιστώντας τις τόσο άχρηστες όσο τα τσαλακωμένα χάρτινα αεροπλάνα. Τα Tardigrades έχουν εξελίξει ειδικές στρατηγικές για την αντιμετώπιση αυτού του είδους των ζημιών.
Καθώς ο αργός ξεραίνεται, τα κύτταρα του αναβλύζουν αρκετές παράξενες πρωτεΐνες που δεν μοιάζουν με τίποτα που υπάρχει σε άλλα ζώα. Στο νερό, οι πρωτεΐνες είναι δισκέτες και άμορφες. Αλλά καθώς το νερό εξαφανίζεται, οι πρωτεΐνες αυτοσυναρμολογούνται σε μακριές, σταυρωτές ίνες που γεμίζουν το εσωτερικό του κυττάρου. Όπως τα φιστίκια συσκευασίας από φελιζόλ, οι ίνες υποστηρίζουν τις μεμβράνες και τις πρωτεΐνες του κυττάρουεμποδίζοντάς τα να σπάσουν ή να ξεδιπλωθούν.
Τουλάχιστον δύο είδη όψιμων φυτών παράγουν επίσης μια άλλη πρωτεΐνη που δεν υπάρχει σε κανένα άλλο ζώο στη Γη. Αυτή η πρωτεΐνη, που ονομάστηκε Dsupσυντομογραφία του «κατασταλτικού βλάβης», συνδέεται με το DNA και μπορεί να το προστατεύσει φυσικά από αντιδραστικές μορφές οξυγόνου.
Η μίμηση όψιμων ουσιών θα μπορούσε μια μέρα να βοηθήσει τους ανθρώπους να αποικίσουν το διάστημα. Οι καλλιέργειες τροφίμων, η μαγιά και τα έντομα θα μπορούσαν να κατασκευαστούν για να παράγουν όψιμες πρωτεΐνες, επιτρέποντας σε αυτούς τους οργανισμούς να αναπτυχθούν πιο αποτελεσματικά σε διαστημόπλοια όπου τα επίπεδα ακτινοβολίας είναι αυξημένα σε σύγκριση με τη Γη.
Οι επιστήμονες έχουν ήδη εισαγάγει το γονίδιο για την πρωτεΐνη Dsup σε ανθρώπινα κύτταρα στο εργαστήριο. Πολλά από αυτά τα τροποποιημένα κύτταρα επιβίωσαν σε επίπεδα ακτίνων Χ ή χημικών ουσιών υπεροξειδίου που σκοτώνουν τα συνηθισμένα κύτταρα (SN: 11/9/19, σελ. 13). Και πότε εισάγεται σε φυτά καπνού — ένα πειραματικό μοντέλο για καλλιέργειες τροφίμων — το γονίδιο για το Dsup φαινόταν να προστατεύει τα φυτά από την έκθεση σε μια χημική ουσία που βλάπτει το DNA που ονομάζεται μεθανοσουλφονικός αιθυλεστέρας. Τα φυτά με το επιπλέον γονίδιο αναπτύχθηκαν πιο γρήγορα από εκείνα χωρίς αυτό. Τα φυτά με Dsup υπέστησαν επίσης λιγότερη βλάβη στο DNA όταν εκτέθηκαν στην υπεριώδη ακτινοβολία.
Οι πρωτεΐνες «συσκευασίας φυστικιών» του Tardigrades δείχνουν πρώιμα σημάδια ότι είναι προστατευτικές για τον άνθρωπο. Πότε τροποποιηθεί για να παράγει αυτές τις πρωτεΐνεςτα ανθρώπινα κύτταρα έγιναν ανθεκτικά στην καμπτοθεκίνη, έναν παράγοντα χημειοθεραπείας που σκοτώνει τα κύτταρα, ανέφεραν ερευνητές στις 18 Μαρτίου ACS Συνθετική Βιολογία. Οι όψιμες πρωτεΐνες το έκαναν αυτό αναστέλλοντας την απόπτωση, ένα πρόγραμμα κυτταρικής αυτοκαταστροφής που συχνά πυροδοτείται από την έκθεση σε επιβλαβείς χημικές ουσίες ή ακτινοβολία.
Έτσι, εάν οι άνθρωποι καταφέρουν ποτέ να φτάσουν στα αστέρια, μπορεί να επιτύχουν αυτό το κατόρθωμα, εν μέρει, στέκοντας στους ώμους των μικροσκοπικών ειδικών αντοχής με οκτώ πόδια στην αυλή σας.
