У надстійких «водяних ведмедів» знайшли білок, який захищає їх ДНК від поломок, що викликаються радіацією і зневодненням.
Найвитривалішими багатоклітинними істотами на Землі давно визнали тихоходок - дивних створінь розміром від 0,1 до 1,5 мм. В англомовній літературі їх часто називають «водяними ведмедями», як їх чомусь назвав один натураліст кінця XVIII століття. Зовні вони схожі одночасно і на членистоногих, і на деяких черв'яків, однак їх будова настільки своєрідно, що тихоходок виділили в окремий тип тварин.
Тихоходки. (Фото jakattack555 / www.flickr.com/photos/johnkrukar/11246132746.)
Тихоходки. (Фото Spencer.2010 / www.flickr.com/photos/52834245@N07/5225819302.)
Готуючись перечекати погані часи, тихоходки округлюються, зменшуються в розмірах, втягують ноги і втрачають майже всю воду. (Фото University of Tokyo.)
<
>
На перший погляд, в їх способі життя немає нічого незвичайного: воліють жити там, де волого, і харчуються, висмоктуючи вміст клітин рослин, водоростей або інших тихоходок. Однак, як виявилося, їх можна знайти в буквальному сенсі всюди: в Гімалайських горах на висоті 6000 м, в океані на глибині 4000 м, в льодовиках, в гарячих джерелах. Така здатність жити в абсолютно різних умовах, очевидно, пов'язана з невибагливістю, витривалістю, стресостійкість. Але, коли витривалість тихоходок стали вивчати більш пильно, для біологів настала пора всерйоз здивуватися: виявилося, що тихоходки кілька місяців можуть витримувати температуру рідкого кисню (-193 ° С), що вони витримують тиск 6000 атмосфер і витримують дозу радіоактивного випромінювання, яка більш ніж в тисячу разів більша за ту, що смертельна для людини. «Водної ведмедів» відправляли у відкритий космос, звідки багато хто з них поверталися живими та навіть порівняно успішно розмножувалися.
Природно, відразу стало цікаво, як це все тихоходки вдається. Виникла гіпотеза, що вони надстійкості завдяки особливій формі анабіозу: перебуваючи в неактивному, «сплячому» стані, тихоходки втрачають чи не всю воду (кількість води в анабіозі становить всього 1% від нормального), і ось таке виняткове зневоднення допомагає їм витримувати самі несприятливі обставини. Але дегідратація сама по собі небезпечна для ДНК, яка через висушування починає часто рватися, і у тихоходок повинні бути якісь білки, які захищають або відновлюють пошкоджену пересушену ДНК. З іншого боку, ті ж самі білки могли б захищати геном і від радіоактивного випромінювання, яке знову ж провокує розриви в ДНК-ланцюжках.
Деякі дослідники стверджували, що їм вдалося виявити в геномі тихоходок безліч «чужих» генів, в тому числі від архей і бактерій-екстремофіл, які люблять жити в екстремальних умовах - сам собою напрошувався висновок, що такі запозичені гени допомагають тихоходки переносити і тиск, і низькі температури, і інше.
Але потім ці результати були оскаржені, так як виникла підозра, що «чужа» ДНК, яка нібито є в геномі «водяних ведмедів», дійсно чужа, тобто являє собою банальне забруднення, що виникло через недосконалість методики експерименту або не дуже акуратного його виконання.
Стаття японських дослідників, опублікована днями в Nature Communications , Багато в чому відповідає на питання, чому тихоходки так витривалі. Такекадзу Куніеда (Takekazu Kunieda) з Токійського університету і Атцусі Тойода (Atsushi Toyoda) з Національного інституту генетики разом з колегами проаналізували ДНК Ramazzottius varieornatus, чи не витривалою їх тихоходок, і прийшли до висновку, що чужі гени складають близько 1,2% її генома.
Іншими словами, масштабних генетичними запозичень в геномі тихоходок немає. Далі авторам роботи вдалося з'ясувати, що при зневодненні ніяких істотних змін у генетичній активності у цих тварин не відбувається. Активність генів оцінювали по їх транскрипції, тобто за кількістю інформаційних РНК-копій, синтезованих на ділянках ДНК і службовців матрицями для подальшої збірки білків. І на рівні транскрипції, по крайней мере, було непомітно, щоб зневоднення запускало у «водяних ведмедів» якісь особливі гени.
Але все-таки якісь механізми стресостійкості у тихоходок адже є? І ось найцікавіше вдалося виявити, коли стали шукати конкретні гени, які відповідали б за їх сверхвинослівості. Різні ділянки геному тихоходок поміщали в клітини дрозофіл і людини, після чого перевіряли, чи підвищиться їх стійкість до іонізуючого випромінювання. В результаті вдалося вийти на ген, названий Dsup.
Білок, який кодується геном Dsup, по послідовності амінокислот не схожий ні на які інші відомі білки. При цьому він якось захищає ДНК від пошкоджень, які можуть з нею статися при иссушении або при іонізуючої радіації - якщо білок Dsup є в клітці, в ДНК з'являється менше розривів. У людських клітин з Dsup всередині стійкість до рентгенівського випромінювання підвищувалася на 40%. Зрозуміло, ДНК самих тихоходок в присутності Dsup теж була набагато більш стійкою до розривів.
Радіація може пошкоджувати геном двома способами: або безпосередньо, розгойдавши енергію хімічних зв'язків в ДНК, або опосередковано, через активні форми кисню, які з'являються в клітці під дією іонізуючого випромінювання та які псують біомолекули, в тому числі і ДНК. Виявилося, що Dsup захищає як від прямого радіаційного шкоди, так і від непрямого.
Дослідникам вдалося з'ясувати, що цей білок безпосередньо пов'язується з ДНК і сидить на ній чи не постійно, проте конкретний механізм того, як він її захищає, поки неясний. Може бути, він працює сам, а може, полегшує роботу ферментам репаруючу систем, які стежать за цілісністю генома і чиє завдання - вчасно ремонтувати всілякі ДНК-дефекти.
Очевидно, що отримані результати становлять інтерес не тільки з точки зору фундаментальної науки. Багато захворювань (наприклад, рак) виникають через те, що захисні системи наших клітин не можуть впоратися з накопичуються ушкодженнями в ДНК. Можливо, Dsup в майбутньому допоможе нам вирішити ряд медичних проблем; і, якщо дати волю уяві, можна уявити, як генетично модифіковані астронавти з білком тихоходки всередині працюють під відкритим небом Марса, нітрохи не боячись космічної радіації.
