Когато изсъхнат бавноходките се превръщат в стъкло

Бавноходките - носещи още очарователното име водни мечки или мъхови свинчета - са изумителни създания.

Тези микроскопични безгръбначни могат да оцеляват на най-екстремните условия, които може да си представите, включително на продължително засушаване и дори почти 100% загуба на вода, при температура на замръзване и кипене, на интензивна йонизираща радиация и дори във вакуума на открития космос.

Наскоро, учени са открили, че за да оцелеят при екстремно засушаване, бавноходките произвеждат специален тип "биостъкло", което да поддържа жизненоважните молекули непокътнати, докато не бъдат отново рехидратирани. Сега те се опитват да разберат как би могъл да се приложи този механизъм при разработката на устойчиви на суша земеделски култури и по-дълготрайни ваксини.

Още през септември, учени от Чикаго обявиха, че са открили нов тип стъкло - такова, което се произвежда от бавноходките при засушаване. Въпреки че тепърва следва да разберат как точно се генерира това стъкло, изследователите са заключили, че генерирането му представлява защитен механизъм, който гарантира, че бавноходките ще оцелеят при загуба на почти цялата вода от клетките си.

"Когато премахнеш водата, те много бързо се покриват с големи количества стъкловидни молекули. Така изпадат в състояние на потиснати жизнени функции (анабиоза)," коментира Хуан де Пабло (Juan de Pablo), молекулярен инженер и ръководител на това изследване.

Сега, екип от учени, ръководени от Томас Бутби (Thomas Boothby) от Университета на Северна Каролина твърди, че са с една крачка по-близо до разкриване на загадката на биостъклото на бавноходките.

На презентация по време на годишната среща на Американското общество по клетъчна биология, провело се миналата седмица, Бутби и неговите колеги обявили, че са идентифицирали гените в бавноходката, които кодират специфични протеини, наречени IDPs (intrinsically disordered proteins - буквален превод: първично разбъркани протеини), които те смятат, че са отговорни за продукцията на стъкло от водните мечки.

Точно както подсказва името им, първично разбърканите протеини са безформени и много гъвкави при нормални условия, но когато възникне екстремно засушаване, продукцията на тези протеини се увеличава значително и те се групират, образувайки твърдо биологично стъкло.

Когато бавноходката започне да губи вода, тези новосформирани IDP стъкловидни структури се свързват със специфични протеини, молекули и други важни части от клетката и ги опаковат в твърдо защитно покритие, така че  да не се разпаднат в процеса на изсушаване. След това, когато бавноходката отново бъде изложена на вода, стъклото се стопява и IDP-протеините се трансформират отново в своето меко безформено състояние.

Бутби и неговите колеги са тествали този уникален механизъм за оцеляване като са разработили бавноходки с по-ниски нива на IDP-протеини. Те установили, че макар тези бавноходки да били по-малко устойчиви на засушаване, способността им да издържат на други стресови фактори, като например екстремен студ, останали непроменени. "Любопитното е, че тези гени изглежда не са жизненоважни за цялостното оцеляване или за устойчивостта към други стресови фактори," докладват те. Това предполага, че създанията притежават различни механизми за оцеляване при различните типове екстремен стрес.

След това учените тествали IDP-протеините, като ги експресирали при човешки епителни клетки (HeLa туморни клетки):

"Установихме, че когато са произведени в HeLa клетки, изсушаването предизвиква преместване на тези IDPs, които в нормално хидратирано състояние са разпръснати в цитоплазмата на клетката, към специфични цитоплазмени органели - което показва, че отделните протеини се насочват към различни части на клетката, вероятно защитавайки специфични клетъчни компартменти. Открихме, че когато са изсушени, in vitro тези протеини формират биологично стъкло."

Учените също така накарали дрожди и бактерии да продуцират стъкловидните протеини на бавноходката и установили, че когато са изложени на екстремно сухи условия, те оцелявали по-добре на процеса на изсушване. Това може да е изключително важно при разработването на устойчиви на суша земеделски култури .

Друго потенциално приложение на IDP-протеините е в медицината. Бутби и колегите му смятат, че тези белтъци могат да защитят определени ензими от изсъхване и могат значително да намалят разходите за съхранение на ваксини. "Около 80% от разходите при ваксинационните програми в развиващите се страни идва от необходимостта ваксините да се съхраняват на студено," споменават те в доклада си.

"Ензимът лактат дехидрогеназа необратимо губи своята активност, когато е изсушен. Но когато учените смесили ензима със стъковидните протеини преди изсушаването, ензимът възвърнал активността си при рехидратиране. Смесването с лизат от бавноходки не предизвиква същия ефект, което показва, че стъкловидните протеини трябва да опаковат съответните молекули, за да могат да ги защитят."

Разгадаването на тайните около изумителните способности на бавноходките да оцеляват при всякакви екстремни условия може да е наистина голямо откритие. А разкриването на механизмите на генерираното от тях биостъкло може да е едва началото.

Източник: Science Allert

Още по темата

26/11/2015

Животът

Бавноходката краде гени от други видове