Крошечные живые существа, тихоходки, обладают набором удивительных свойств. Они с легкостью переносят радиацию, температуру, варьирующуюся от +150 градусов Цельсия до почти абсолютного нуля, а также давление, в шесть раз превосходящее давление у самых глубоких океанских впадин. И к этому набору добавилась еще одна супергеройская способность.
Исследователи из Университета Северной Каролины (США) обнаружили у тихоходок уникальный набор белков (TDP), которые позволяют этим существам, при условиях дегидратации, превращать части своих тел в стеклообразную субстанцию, защищающую их клетки от разрушения. По мнению исследователей, мы могли бы позаимствовать эту способность и применять ее в самых разных сферах, начиная от сельского хозяйства и заканчивая медициной. Результаты последних научных изысканий были опубликованы в журнале Molecular Cell.
Относящиеся к классу «экстремофилов» тихоходки поражают ученых своим уровнем живучести на протяжении уже более 200 лет. Эти древние и удивительно забавные на вид микроскопические организмы способны выживать в самых суровых природных условиях, что и создает для ученых такой большой интерес в их сторону.
Одно из последних научных исследований, проведенных японскими учеными, показало, что гены тихоходок «проприетарны», то есть эти животные развивались за все время эволюции исключительно своими собственными силами, а не «воровали» свои защитные особенности у других организмов (этот эволюционный процесс называется горизонтальным переносом генов). Благодаря этому тихоходки обладают генами, а также характеристиками, не присущими ни одному другому организму в животном царстве.
В общей сложности наука насчитывает более 1000 видов тихоходок, основная часть из которых проводит свою жизнь ползая по влажным листьям мха или плавая в океанах. Их стремление к путешествию часто приводит к проблемам, поэтому за долгий срок своего существования (ученые считают, что тихоходки появились на Земле около 600 миллионов лет назад) они смогли выработать целый набор защитных средств, позволяющий им сохранять свою жизнь. Как уже указывалось выше, тихоходки без особых проблем выдерживают экстремальные температуры, радиацию, нахождение в космической среде и полную дегидратацию (полное отсутствие жидкости в организме).
Когда тихоходки «высыхают», они втягивают свои лапки и голову внутрь своей прочной оболочки, сворачиваясь в клубок, или, скорее, даже образуя некий кокон, и могут находиться в таком состоянии в течение нескольких десятков лет, пока снова не получат доступ к воде.
Другие организмы, такие как дрожжи, креветки, артемии и нематоды, используют для компенсации состояния обезвоживания дисахарид — трегалозу. В течение многих лет ученые считали, что тихоходки используют тот же состав, однако серия биохимических анализов показала, что в их организмах либо содержится очень низкая концентрация, либо полностью отсутствует трегалоза. Отсутствие этого компонента натолкнуло на мысль о том, что тихоходки для выживания в сухих условиях используют иную стратегию. И Томас Ботби со своей командой ученых из Университета Северной Каролины смогли выяснить, в чем собственно заключается их секрет.
Для поиска ответа на этот вопрос ученые решили провести эксперимент и начали помещать тихоходок в различные стрессовые среды с низкой температурой или же полной дегидратацией. В ходе эксперимента выяснилось, что в этом случае в организме тихоходок становился очень активным определенный тип генов. Исследование привело к открытию гена, который во время обезвоживания заставляет организм тихоходок вырабатывать особый тип белков (TDP). В отличие от большинства других белков, TDP не имеет фиксированной трехмерной структуры и при определенных условиях приобретает форму защитной стеклообразной структуры. Для проверки того, действительно ли именно этот белок отвечает за защиту тихоходки во время обезвоживания, ученые поместили ген, отвечающий за его выработку, в другие организмы.
«Наличие TDP необходимо для защиты тихоходок непосредственно от обезвоживания, однако эксперимент показал, что белок способен повышать устойчивость к обезвоживанию также и у бактерий и дрожжей», — комментирует ведущий автор исследования Томас Ботби.
«Удивительно, но эффективность TDP доказана и при простом помещении его в пробирку с очищенным биологическим материалом вроде чувствительных к обезвоживанию ферментов. Стеклоподобные структуры, которые создает белок, обволакивают чувствительные к обезвоживанию молекулы и физически предотвращают их распад, разложение и сплавление».
Однако наиболее интересным аспектом этого открытия, по мнению Ботби, является то, что тихоходки, не имеющие в своем организме трегалозу, смогли выработать альтернативное решение для проблемы обезвоживания.
«При дегидратации трегалоза способна формировать стеклообразную прочную структуру, которая позволяет защищать клетки и их компоненты», — говорит ученый. – «Мы обнаружили, что белки TDP выполняют ту же самую функцию, формируя прочную стеклообразную оболочку. Это отличный пример конвергентной эволюции, когда природа нашла способ решения одной и той же проблемы, но за счет двух разных методов – в одном случае используя дисахарид, а в другом – белок».
Авторы последнего исследования говорят, что потенциал применения данного белка видится в самых разнообразных сферах. Например, с помощью него можно было бы повысить уровень устойчивости у посевных, не способных выдерживать продолжительные периоды засухи. Белок бы нашел свое применение в фармацевтическом производстве, позволяя сохранять продукты в «высушенном» состоянии без необходимости использования систем охлаждения.
Высок потенциал использования, по крайней мере на уровне предположений, и при работе с клетками более крупных живых существ и, возможно, даже человека. Правда, ключевая фраза здесь – «пока на уровне предположений». И все же первые доказательства этого ученые уже получили. Исследования прошлого года показали, что другой белок тихоходок можно поместить в человеческие клетки и существенно повысить уровень их защиты от радиационного излучения. Возможно, такая вероятность имеется и с белком TDP, однако это еще только предстоит доказать в лабораторных условиях.
В конечном итоге если это свойство подтвердится, то мы получим способность на генетическом уровне создавать животных – а в перспективе и даже людей, — чьи организмы будут полностью готовы противостоять экстремально сухим условиям среды. Может прозвучать преждевременным, но такая генетическая модификация могла бы гораздо лучше подготовить будущих колонистов для жизни на Арракисе Марсе, где вода, как известно, находится в сильном дефиците.
