Новый вид тихоходок раскрывает секреты устойчивости к радиации

Недавно описанный вид тихоходок дает ученым возможность понять, что делает этих крошечных восьминогих существ такими устойчивыми к радиации.

Тихоходки, также известные как водяные медведи, давно восхищают ученых своей способностью выдерживать экстремальные условия, включая радиацию, уровень которой почти в 1000 раз превышает смертельную дозу для человека. Известно около полутора тысяч видов тихоходок, но лишь немногие из них хорошо изучены.

Наиболее раннее описание этих животных сделал немецкий пастор Иоганн Август Эфраим Гёце в 1773 году. В нём он сравнил их с медведями, назвав kleiner Wasserbär (с нем. — «маленький водяной медведь») — прим. пер.

Теперь ученые секвенировали геном нового для науки вида и выявили некоторые молекулярные механизмы, обеспечивающие тихоходок их необычайную жизнестойкость. Исследование, опубликованное в журнале Science 24 октября, выявило тысячи генов у тихоходок, которые активизируются при воздействии радиации. Эти процессы указывают на сложную систему защиты, которая включает в себя защиту ДНК от повреждений, вызываемых радиацией, и восстановление любых разрывов, которые при этом происходят.

Авторы надеются, что их открытие может быть использовано для защиты астронавтов от радиации во время космических полетов, очистки ядерных отходов или более эффективного лечения рака.

«Это открытие может помочь повысить устойчивость человеческих клеток к воздействию радиации и принести пользу пациентам, проходящим лучевую терапию», — говорит соавтор исследования Линьцян Чжан, молекулярный и клеточный биолог из Пекинского института биомики.

Защитные гены

Около шести лет назад Чжан и его коллеги отправились на гору Фуню (Funiu) в китайской провинции Хэнань, чтобы собрать образцы мха. Вернувшись в лабораторию и рассмотрев их под микроскопом, они обнаружили ранее не описанный вид тихоходок, которому дали название Hypsibius henanensis. Секвенирование генома показало, что этот вид имеет 14 701 ген, 30 % из которых уникальны для тихоходок.

Когда исследователи подвергли H. henanensis воздействию радиации в дозах 200 и 2000 грей — намного превышающих допустимые для человека — они обнаружили, что 2801 ген, участвующий в восстановлении ДНК, делении клеток и иммунных реакциях, стал активным.

«Это похоже на то, как в военное время переоборудуют заводы для производства боеприпасов. Это почти такой же уровень перенастройки экспрессии генов», — говорит Боб Голдштейн, клеточный биолог из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл, который изучает тихоходок уже 25 лет. «Нас восхищает то, как организм может изменить экспрессию генов до такой степени, что они производят такое количество транскриптов для определенных генов».

Один из генов, названный TRID1, кодирует белок, который помогает восстанавливать двунитевые разрывы ДНК, привлекая специализированные белки в места повреждений. «Это новый [ген], который, насколько мне известно, никто не изучал», — говорит Голдштейн.

Исследователи также предполагают, что 0,5-3,1% генов тихоходок были получены от других организмов в результате процесса, известного как горизонтальный перенос генов. Ген под названием DODA1, который, по-видимому, был получен от бактерий, позволяет тихоходкам производить четыре типа антиоксидантных пигментов, называемых беталаинами. Эти пигменты могут поглощать некоторые из вредных химически активных веществ, которые образуются в клетках под действием радиации и на которые приходится 60-70% повреждающего действия радиации.

Авторы обработали человеческие клетки одним из беталаинов тихоходок и обнаружили, что они гораздо лучше переносят радиацию, чем клетки, не подвергавшиеся обработке.

Без срока годности

Изучение молекулярных механизмов, позволяющих тихоходкам переносить другие суровые условия, такие как экстремальные температуры, недостаток воздуха, обезвоживание и голодание, может иметь широкое применение. Например, это может улучшить срок хранения быстропортящихся веществ, таких как вакцины. «Все ваши лекарства имеют срок годности, а тихоходки — нет», — говорит Голдштейн.

Сравнение этих механизмов у разных видов тихоходок — важная часть исследования, добавляет Надя Мёбьерг, физиолог животных из Копенгагенского университета. «Нам все еще не хватает знаний о различных видах тихоходок, — говорит она.

У этих животных есть «источник защитных веществ, которые, вероятно, будут выделяться и дальше, и это будет полезно и интересно для изучения», — говорит Гольдштейн. «Мы хотим понять, как они работают и какой у них потенциал».

Оригинальная новость была опубликована в журнале Nature 24 октября в 2024 году.