На покрытых мхом склонах горы Фуниу в Китае ученые обнаружили новый вид тихоходок, который может иметь ключевое значение для защиты человека от вредного воздействия радиации. Результаты нового исследования опубликованы в журнале Science.
Эти крошечные восьминогие существа, известные как водяные медведи, славятся своей способностью выживать в экстремальных условиях, которые были бы смертельными для большинства форм жизни. Теперь группа исследователей определила генетические механизмы, которые позволяют этим микроорганизмам выдерживать уровни радиации, почти в 1000 раз превышающие смертельную дозу для человека.
Несмотря на свой небольшой размер, тихоходки имеют уникальный внешний вид. Они напоминают мягкую подушку с восемью ногами, по четыре с каждой стороны, с маленькими коготками, похожими на пальцы, на конце каждой ноги. Их умилительная внешность принесла им прозвище «моховые поросята».
Тихоходки — выживальщики, которым не занимать наилучшего положения. Они могут выживать при экстремальных температурах, обезвоживании и даже в вакууме космоса, входя в состояние, называемое криптобиозом. Они могут оставаться в этом состоянии годами, ожидая, пока окружающая среда снова станет благоприятной. Как только условия улучшаются, они восстанавливают водный баланс и возобновляют свою обычную деятельность.
Около шести лет назад Линцян Чжан, молекулярный и клеточный биолог из Пекинского института жизнеомики, и его коллеги собрали образцы мха с горы Фуниу в китайской провинции Хэнань. Под микроскопом они идентифицировали новый вид тихоходок, который назвали Hypsibius henanensis. Секвенирование генома показало, что этот вид имеет 14 701 ген, 30% из которых уникальны для тихоходок.
При воздействии высоких доз гамма-излучения — 200 и 2000 грей — исследователи заметили, что 2801 ген стал более активным. Эти гены участвуют в восстановлении ДНК, делении клеток и иммунных реакциях.
«Это как во время войны, когда заводы переоборудуются только для производства боеприпасов», — рассказал клеточный биолог из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл Боб Голдштейн. «Мы очарованы тем, как организм может изменить экспрессию своих генов до такой степени, что он производит так много транскриптов для определенных генов».
Один ген, называемый TRID1 , кодирует белок, который помогает восстанавливать двухцепочечные разрывы в ДНК, привлекая специализированные белки к местам повреждения. Другой ген, DODA1 , по-видимому, был получен от бактерий посредством горизонтального переноса генов. DODA1 позволяет тихоходкам вырабатывать антиоксидантные пигменты, называемые беталаинами, которые могут нейтрализовать вредные реактивные химикаты, образующиеся под действием радиации.
Исследователи протестировали один из беталаинов тихоходок на клетках человека и обнаружили, что он значительно повысил их выживаемость после воздействия радиации. Это может стать большим событием, если соединения тихоходок можно будет превратить в терапию, которая может принести особую пользу онкологическим больным, проходящим химиотерапию.
«Это открытие может помочь повысить стрессоустойчивость человеческих клеток, что принесет пользу пациентам, проходящим лучевую терапию», — рассказал Чжан.
Существует более 1000 видов тихоходок, и они обитают практически в любой среде, которую только можно себе представить, от глубоких океанов до вершин гор. Их способность выдерживать такие нагрузки сделала их любимцами ученых, когда дело доходит до исследования космоса.
Использование устойчивости тихоходок может иметь далеко идущие применения: от защиты астронавтов во время длительных космических миссий до разработки новых методов лечения пациентов, проходящих лучевую терапию. Это также может помочь в очистке от ядерного загрязнения и увеличении срока годности лекарств.
«Чрезвычайная устойчивость экстремофилов, таких как тихоходки, к окружающей среде — это сокровищница неизученных молекулярных механизмов устойчивости к стрессу», — написал Лей Ли, научный сотрудник Китайской академии наук и ведущий автор исследования. «Функциональные исследования этих механизмов радиотолерантности… еще больше расширят наше понимание выживания клеток в экстремальных условиях».
