Высушенные тихоходки могут указать путь к сохранению лекарств и устойчивым культурам
Новые данные о том, как тихоходки выживают в условиях экстремальной сухости, могут открыть новые способы сохранения лекарств, повышения устойчивости сельскохозяйственных культур к засухе или борьбы с болезнями. Однако до сих пор нет простого ответа на вопрос, как эти крошечные существа переносят обезвоживание.
Тихоходки, также известные как водяные медведи, способны выдерживать экстремальные воздействия, такие как высушивание и замораживание, и даже могут выживать в космосе. Это делает их всё более интересными для учёных, стремящихся понять молекулярные процессы, которые делают их одними из самых выносливых организмов в биологии.
Ключевой областью исследований является их способность выживать в условиях экстремальной сухости, когда они сворачиваются в шар и входят в состояние покоя, известное как tun — форму анабиоза, при которой метаболизм останавливается. Они могут ожить спустя годы, когда условия станут подходящими.
"Из всех абиотических (физических) факторов окружающей среды обезвоживание считается наиболее губительным для организмов. Понимание механизмов экстремальной устойчивости к высушиванию может оказать большое влияние на естественные и биомедицинские науки", — говорит доктор Мария Камилари, постдокторант в области эволюционной экологии Копенгагенского университета.
Возможные применения
Одно из предлагаемых применений — сохранение молекул, используемых в вакцинах, методами, отличными от хранения в холодильнике. Некоторые исследования показали, что определённые белки, обнаруженные в тихоходках, могут защищать некоторые ферменты в препаратах, известных как биологические лекарственные средства, от высушивания или замораживания.
Лучшее понимание процессов также может в будущем позволить повысить устойчивость других организмов, например, помочь сельскохозяйственным культурам лучше переносить засуху.
Однако, несмотря на множество публикаций о тихоходках в последние годы, "реальность такова, что у нас всё ещё не так много информации", — отмечает доктор Камилари. Например, не хватает достаточного количества геномов тихоходок и транскриптомов — каталога полного набора молекул, экспрессируемых этими генами.
В рамках проекта BIOSTASIS она пытается составить карту некоторых из этих основ, а затем выяснить, существует ли характерная молекулярная особенность или набор особенностей, которые позволяют входить в это состояние анабиоза при обезвоживании.
Сложная картина
Доктор Камилари и её коллеги недавно создали первые транскриптомы одного морского и одного наземного вида тихоходок, которых они собрали и проанализировали. Затем они сравнили их с известными данными двух других наземных видов тихоходок и шести других организмов — от дрожжей до человека.
Картина оказалась сложной: хотя у видов тихоходок были некоторые общие черты, наблюдались и большие различия. Это означает, что разные типы тихоходков могли развить разные способы адаптации к стрессу.
Особенно загадочным оказалось то, что морской вид, считающийся самым "выносливым" из четырёх изученных, по-видимому, не экспрессировал ряд ключевых белков, считающихся специфичными для тихоходок и связанных с выживанием в условиях стресса, таких как цитозольные обильные терморастворимые (CAHS) белки.
Это может означать, что для тихоходок "меньше — значит больше", что противоречит линии мышления "если у тебя больше, значит, у тебя больше арсенала для борьбы".
"Мы не нашли объединяющей черты в наших результатах. Думаю, нам ещё далеко до нахождения сути", — сказала доктор Камилари.
Загадочные белки
Доктор Сяохань Ли из Лаборатории молекулярной биологии Совета по медицинским исследованиям в Кембридже (Великобритания) согласен, что о тихоходках ещё многое предстоит узнать. "Как они выживают при таких стрессах, всё ещё остаётся загадкой", — говорит он.
В своём проекте Desiccation Survival он использует как вычислительный, так и экспериментальный анализ, чтобы сосредоточиться на CAHS-белках тихоходок и выяснить, как они защищают клетки от высыхания.
Он объясняет, что CAHS-белки являются внутренне неупорядоченными белками (IDPs), то есть у них отсутствует единая, чётко определённая 3D-структура, в отличие от более известных жёстких упорядоченных белков.
В условиях экстремальной сухости CAHS-белки в клетках тихоходок превращаются из бесформенных и гибких в своего рода "биостекло", которое удерживает ключевые белки и молекулы вместе, пока животное не будет регидратировано.
"Мы пытаемся понять, почему эти белки, даже без стабильных структур, могут функционировать, защищая молекулы и тихоходок. Наши знания о том, как они это делают, всё ещё ограничены", — говорит доктор Ли.
Широкие перспективы
Исследования могут также углубить наши знания об основных процессах клеточного стресса и IDP в целом, которые связаны с целым рядом заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера, сердечно-сосудистые заболевания, рак и диабет.
Но здоровье — лишь одна из возможностей раскрытия секретов тихоходок, которые могут помочь в самых разных областях, включая, например, "зелёные" стратегии, такие как поиск альтернатив сухого хранения замораживанию.
"Хотя это и клише, я думаю, что возможности безграничны. Если мы поймём механизмы выживания при высушивании, то сможем решить множество различных проблем", — заключает доктор Камилари.