Как изменения в клеточных жидкостях помогают морским организмам справляться со стрессом
Абиотические стрессоры, такие как температура, гидростатическое давление и солёность, угрожают морской жизни, нарушая структуру и функции всех молекулярных систем. В статье в Marine Life Science & Technology профессор Сомеро рассматривает, как эти факторы влияют на крупные молекулярные системы: белки, нуклеиновые кислоты и липопротеиновые мембраны.
Стрессоры нарушают тонкий баланс между стабильностью и гибкостью высших структур этих систем, которые стабилизированы нековалентными связями (водородными, ионными, гидрофобными взаимодействиями). Этот баланс критически важен для оптимальной физиологии организма.
Достигается он двумя основными путями:
- Внутренние (генетические) адаптации: в ходе эволюции меняются конформационная стабильность белков, состав липидов и структура нуклеиновых кислот, что закодировано в геноме.
- Внешние адаптации: изменения химического состава биологических растворов, окружающих макромолекулы. Ключевую роль здесь играют малые органические растворённые вещества — органические осмолиты.
В статье проводится параллельный анализ адаптаций к двум стрессорам — температуре и гидростатическому давлению. Для обоих жизненно важны как внутренние, так и внешние изменения. Анализ сосредоточен на двух вопросах:
- Меняется ли стабилизирующая сила внутриклеточного пула осмолитов в зависимости от эволюционной адаптации к температуре (или давлению) и недавнего воздействия этих факторов (эффекты акклиматизации)?
- Включают ли адаптивные изменения модификацию типов используемых осмолитов, их абсолютных или относительных концентраций, либо комбинацию этих стратегий?
Толерантность вида к условиям среды может зависеть от того, насколько эффективно можно изменить состав осмолитов в клеточной жидкости в ответ на стресс.
Основные выводы исследования:
- Органические осмолиты у большинства морских организмов способны поддерживать (или восстанавливать) оптимальный баланс жёсткости и гибкости макромолекул.
- Адаптивные изменения состава и концентрации пула осмолитов влияют на макромолекулы и биоплёнки, играя важную роль в установлении оптимальной экологической толерантности организмов.
- Стабилизирующие осмолиты сильно различаются по своей эффективности.
- Способность систем осмолитов тонко настраивать стабилизирующий потенциал клеточных жидкостей в ответ на изменения температуры тела или давления помогает организмам противостоять изменениям среды, в частности, глобальному потеплению.
Эта работа не только даёт морским биологам новую информацию об адаптациях, но и раскрывает физикам-биохимикам детали физики взаимодействий вода–растворённое вещество. Для технологически ориентированных учёных она предлагает новые стратегии для разработки растворов, стабилизирующих и сохраняющих биологические материалы.