Биологи из Токийского университета выяснили причину неуязвимости тихоходок
Крохотные живые организмы, которых называют «тихоходками» хорошо известны в научной среде своей нечувствительностью к внешним факторам. Высокая или низкая температура? Не проблема, тихоходки выживают в невероятно сложных условиях, когда погибают даже самые стойкие микроорганизмы.
Впервые тихоходку описал немецкий пастор И.А. Гёце, назвав ее «маленьким водяным медведем». Современное название эти существа получили в 1777 году благодаря итальянскому ученому Спалланцани.
Тихоходки очень малы, размер их тела составляет 0,1–1,5 мм. Тело у этих существ полупрозрачное, состоит из четырех сегментов и «головы». Каждый сегмент тела имеет пару коротких и толстых конечностей. Двигаются тихоходки со скоростью 2–3 мм в минуту. У них нет ни дыхательной, ни кровеносной системы.
О выживании тихоходок ходят легенды, причем не только в среде ученых. Эти животные могут находиться в течение 20 месяцев (и даже больше) в жидком кислороде при температуре в -193 °C. В жидком гелии они могут находиться около 8 часов, оживая при оттаивании. Нагрев до 60–65 °C тихоходки выдерживают в течение 10 часов, а до 100 °C — в течение часа.
Выдерживают тихоходки давление около 6000 атмосфер. Причем, неважно, в каких условиях находится тихоходка — воде, перфторуглероде или углекислом газе. На результатах выживаемости это не сказывается. Неплохо чувствуют себя тихоходки и в вакууме, выдерживая и космическое излучение, и облучение ультрафиолетом A и B (длина волны 280—400 нм).
Если группу тихоходок облучать радиацией (570 000 рентген в час), то выживает около 50% «испытуемых». При этом смертельная доза радиации для человека — всего 500 рентген в час.
Тихоходки выдерживают и экстремальное обезвоживание, с сохранением доли воды в 1–2% от массы тела. После того, как это существо попадает во влажную среду, они возвращаются к нормальной жизни.
Так почему тихоходки настолько выносливы?
Ни одно другое существо неспособно выдерживать нечто подобное без вреда для себя. Есть существа, которые устойчивы к холоду, есть организмы, не боящиеся жары или вакуума. Но выдерживать все внешние факторы вместе ни одно другое живое существо, кроме тихоходок, неспособно. Чем же обусловлена такая высокая степень выживаемости?
Ответ на этот вопрос попытались дать японские ученые, которые секвенировали ДНК тихоходок. Результаты расшифровки генетического материала этих существ дали ответ на часть вопросов, интересующих биологов в отношении тихоходок в течение многих десятков или даже сотен лет. Как оказалось, у тихоходок работает сразу несколько защитных механизмов, которые обусловлены наличием в их организме особых белков.
Японские исследователи показали, что при введении этих белков в клетки человека те становятся более устойчивыми к воздействию рентгеновского излучения. По мнению авторов исследования, цепочки ДНК клеток человека при введении одного из белков, которые обеспечивают устойчивость тихоходок к жесткому излучению, повреждается на 40% меньше. «Мы были очень удивлены», — говорит Такума Хашимото из Токийского университета.
Ученые изучали только один из видов тихоходок, Ramazzottius varieornatus, который является одним из наиболее устойчивых к внешним факторам видов. В организме тихоходок этого вида ученые обнаружили белок, обозначенный в работе, как Dsup (Damage suppressor), который снижает уровень негативного влияния внешних факторов на организм этих существ.
Dsup по словам исследователей это ДНК-ассоциированный белок, который осуществляет защиту цепей и улучшает сопротивляемость радиактивному излучению в клеткеЛучше всего Dsup действует в отношении жесткого излучения. «Устойчивость к рентгеновскому излучению является побочным действием механизма приспособления тихоходок к экстремальному обезвоживанию», — говорит Такеказу Куниеда, еще одного участника команды исследователей.
Для получения Dsup в достаточных количествах соответствующий ген был пересажен в геном кишечной палочки. И уже потом белок был перенесен в культуры человеческих клеток.
Если бы Dsup можно было бы ввести в организм человека, а не просто культуры клеток, то, вероятно, это сделало бы нас более устойчивыми к радиации. В процессе «исхода» приходится сталкиваться с жестким космическим излучением, представляющего существенную опасность жизни и здоровья космонавтов, поэтому данная «модификация» важна для человеческой цивилизации в случае дальнейшей экспансии за пределы планеты Земля.
Результаты работы японцев заинтересовали ученых из других стран. Например, Ингемар Хёнссен [Ingemar Jönsson] из Университета Кристианстад (Швеция) считает исследование важным для медицины.
Исследование также подливает масла в огонь обсуждение большого количества сторонних генов в генотипе тихоходок. Ранее считалось, что процент таких генов, полученных тихоходками от сторонних видов около 20%. Японские ученые заявляют, что этот результат неверен, на самом деле число сторонних генов у тихоходок составляет примерно 2% от общего числа генов в генотипе этих существ. А полученный ранее результат — это ошибка, полученная из-за загрязнения пробы генетического материала.
1,2% — 2% сторонних генов — вполне обычный результат не только для тихоходок, но и для большинства других живых организмов. Часть защитных механизмов вида Ramazzottius varieornatus действительно получена от других существ. Но большая часть все же возникла в результате эволюции, все это «достижение» самих тихоходок.
Тот факт, что эти существа чрезвычайно устойчивы к негативным внешним факторам — не результат получения сторонних генов, а действительно эволюционные приобретения, как утверждают японцы. Результаты своего исследования они опубликовали в авторитетном издании Nature Communications.
Японские ученые утверждают, что у вида Ramazzottius varieornatus (и, возможно, у других видов тихоходок) просто нет генов, которые включают реакцию организма на стресс. Например, при нехватке воды у большинства живых существ запускается процесс отмирания клеток. Аналогичная ситуация наблюдается и при отсутствии необходимого количества питательных веществ или воздействии иных негативных факторов. У тихоходок ничего этого нет. Они просто «не понимают», что окружающая среда при наступлении неблагоприятных условий угрожает их существованию.
