Tardigrades, микроскопические животные, также известные как водяные медведи и моховые поросята, захватывают воображение ученых уже почти 250 лет благодаря своей кукольной внешности и способности выживать в экстремальных условиях, которые уничтожили бы большинство других живых существ. вещи. Одним из таких навыков является способность выдерживать высыхание до десяти лет и дольше. В Molecular Cell от 16 марта группа ученых сообщает, что эта способность к выживанию связана с уникальным набором белков, которые они назвали специфическими для тихоходок внутренне неупорядоченными белками (TDP).
«Главный вывод из нашего исследования заключается в том, что у тихоходок развились уникальные гены, которые позволяют им выживать при высыхании», - говорит Томас Бутби, научный сотрудник Фонда исследований в области естественных наук Университета Северной Каролины, Чапел-Хилл, и первый автор исследования. «Кроме того, белки, кодируемые этими генами, могут быть использованы для защиты другого биологического материала - например, бактерий, дрожжей и некоторых ферментов - от высыхания».
Долгое время считалось, что сахар под названием трегелоза дает тихоходкам способность переносить высыхание. Трегелоза обнаружена в ряде других организмов, которые могут выжить при высыхании, включая дрожжи, артемии и некоторые нематоды. Но биохимические исследования тихоходок обнаружили, что трегелоза находится в небольшом количестве или вообще отсутствует, а секвенирование не выявило гена фермента, необходимого для производства этого сахара.
«Вопрос заключался в следующем: «Если тихоходки не полагаются на трехелозу, чтобы выжить при высыхании, что они используют вместо этого?», - говорит Бутби. Он и его команда решили выяснить, как они это делают.
Первым этапом исследования было выяснить, какие гены были активны в различных условиях: без стресса, при высыхании и при заморозке. Исследователи определили гены, которые активировались и экспрессировались на высоком уровне, когда животные начинали высыхать. Белки, которые кодируют эти гены, TDP, относятся к классу белков, называемых внутренне неупорядоченными белками (IDP). В отличие от большинства белков, IDP не имеют фиксированной трехмерной структуры.
После того, как они обнаружили, что гены TDP экспрессируются на высоком уровне в период высыхания у одного вида тихоходок, команда исследовала два других вида и обнаружила те же гены. Один вид, у которого гены были постоянно включены, способен пережить высыхание намного быстрее, чем другие. «Мы думаем, что он может это сделать, потому что у него уже есть так много этих белков, и ему не нужно время, чтобы их производить», - говорит Бутби.
Чтобы убедиться, что именно эти TDP дали тихоходкам их уникальные способности, исследователи поместили гены, кодирующие их, в дрожжи и бактерии и подтвердили, что TDP защищают эти другие организмы.
Trehelose помогает другим организмам пережить высыхание, образуя при высыхании стекловидные твердые вещества, а не кристаллы. Бутби и его коллеги обнаружили, что TDF образуют похожие твердые вещества, похожие на стекло, и показали, что нарушение стеклообразности TDP коррелирует с потерей их защитных способностей.
Бутби говорит, что у TDP есть ряд потенциальных применений, в том числе защита сельскохозяйственных культур от засухи и защита лекарств, которые обычно требуют холодного хранения. «Возможность стабилизировать чувствительные фармацевтические препараты в сухом состоянии очень важна для меня лично», - говорит он. «Я вырос в Африке, где отсутствие холода в отдаленных районах является огромной проблемой. Эти реальные приложения - одна из вещей, которые привели меня к изучению тихоходок».