Nye tardigrade arter avslører hemmeligheter med strålingsmotstand

Nye tardigrade arter avslører hemmeligheter med strålingsmotstand

En nylig beskrevet art av tardigrade gir forskere innsikt i hva som gjør disse små, åttebeinte skapningene så motstandsdyktige mot stråling.

Tardigrades, også kjent som vannbjørner, har lenge fascinert forskere med deres evne til å overleve ekstreme forhold, inkludert stråling på nivåer som er nesten 1000 ganger høyere enn den dødelige dosen for mennesker. Det er rundt 1500 kjente arter av tardigrade, men bare en håndfull er godt studert.

Nå har forskere sekvensert genomet til en vitenskapelig ny art og avslørt noen av de molekylære mekanismene som gir tardigrader deres ekstraordinære motstandskraft. Studien deres, publisert i Science 24. oktober 1, identifiserer tusenvis av tardigrade gener som blir mer aktive når de utsettes for stråling. Disse prosessene antyder et sofistikert forsvarssystem som beskytter DNA fra skaden som stråling forårsaker og reparerer brudd som oppstår.

Forfatterne håper funnene deres kan brukes til å beskytte astronauter mot stråling under romfart, rydde opp i kjernefysisk forurensning eller forbedre kreftbehandling.

"Denne oppdagelsen kan bidra til å forbedre stressmotstanden til menneskelige celler, noe som vil være til nytte for pasienter som gjennomgår strålebehandling," sier Lingqiang Zhang, medforfatter av studien og en molekylær- og cellebiolog ved Beijing Institute of Lifeomics.

Beskyttende gener

For rundt seks år siden dro Zhang og kollegene til Funiu-fjellene i Kinas Henan-provins for å samle moseprøver. I laboratoriet og under mikroskopet identifiserte de en tidligere udokumentert art av tardigrade, som de kalte Hypsibius henanensis. Genomsekvensering viste at arten hadde 14 701 gener, hvorav 30% var unike for tardigrader.

Da forskerne utsatte H. henanensis for stråledoser på 200 og 2000 grå - langt utover hva mennesker kunne overleve - fant de at 2801 gener involvert i DNA-reparasjon, celledeling og immunrespons ble aktive.

"Det er som i krigstid når fabrikker blir verktøyet om til kun å produsere ammunisjon. Det er nesten på nivået hvor genuttrykk er rekonstruert," sier Bob Goldstein, en cellebiolog ved University of North Carolina i Chapel Hill som har studert tardigrader i 25 år. "Vi er fascinert av hvordan en organisme kan endre genuttrykket for å produsere så mange transkripsjoner for visse gener."

Et av genene, kalt TRID1, koder for et protein som hjelper til med å reparere dobbelttrådsbrudd i DNA ved å rekruttere spesialiserte proteiner til skadestedene. "Dette er et nytt gen som, så vidt jeg vet, ingen har studert," sier Goldstein.

Forskerne anslår også at 0,5-3,1% av tardigrade gener ble ervervet fra andre organismer gjennom en prosess som kalles horisontal genoverføring. Et gen kalt DODA1, som ser ut til å komme fra bakterier, lar tardigrader produsere fire typer antioksidantpigmenter kjent som betalainer. Disse pigmentene kan nøytralisere noen av de skadelige reaktive kjemikaliene som stråling forårsaker i cellene, som står for 60-70 % av de skadelige effektene av stråling.

Forfatterne behandlet menneskelige celler med en av tardigrade betalainer og fant ut at disse cellene var mye bedre i stand til å overleve stråling enn ubehandlede celler.

Ingen utløpsdato

Å undersøke de molekylære mekanismene som gjør det mulig for tardigrader å tolerere andre ekstreme forhold som høye temperaturer, luftmangel, dehydrering og sult kan ha vidtrekkende anvendelser. Det kan for eksempel forbedre holdbarheten til sensitive stoffer som vaksiner. "Alle medisinene dine har en utløpsdato - tardigrader har ikke det," sier Goldstein.

Å sammenligne disse mekanismene mellom ulike tardigrade arter er en viktig del av denne forskningen, legger Nadja Møbjerg, dyrefysiolog ved Københavns Universitet til. "Vi har ennå ikke nok kunnskap om de forskjellige artene av tardigrader som finnes," sier hun.

Disse dyrene har "et vell av beskyttende forbindelser som sannsynligvis vil gi enda mer interessant og nyttig innsikt," sier Goldstein. "Vi ønsker å forstå hvordan de fungerer og hvilket potensial de har."

1. Li. L. et al. Science 386, eadl0799 (2024).

   Artikkel
   Google Scholar

Last ned referanser