Amerikansk militær håber at redde sårede soldater ved at kopiere Tardigrades

Hvis du er fascineret af naturens særheder, du ved måske allerede om tardigrader, en fylde, der indeholder mere end 1, 200 arter af ottebenede væsner, der typisk ikke er større end 0,02 tommer (0,5 millimeter i længden). Som denne Smithsonian -artikel fra 2012 beskriver, tardigrade's påstand om berømmelse er evnen hos nogle tardigrade -arter til at overleve selv i utroligt barske ekstreme miljøer, fra kogende kilder til de iskolde bjergtoppe i Himalaya. I et forsøg, tardigrader - uden bittesmå astronautdragter for at beskytte dem - overlevede endda rumets vakuum, med sin ekstreme kulde og høje strålingsniveauer.

Hvordan de små dyr gør det, er endnu mere fantastisk. Nogle arter har kapacitet til at opnå forskellige former og varierende grader af kryptobiose, en tilstand, hvor en organismes metaboliske aktivitet i det væsentlige går i stå, når livsvilkårene er fjendtlige. De har været kendt for at overleve i årevis på den måde.

Cryptobiose er den slags ekstreme overlevelsestrick, som Pentagon ville elske at kunne kopiere for at forhindre alvorligt sårede soldater i at dø, før de kan transporteres til et hospital. Derfor er Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), militærets forskningsarm, for nylig oprettet Biostasis -programmet, en videnskabelig indsats for at bruge molekylærbiologi til at forlænge den såkaldte "gyldne time" af slagmarkens overlevelse efter en traumatisk skade.

Som DARPA bemærkede i en pressemeddelelse:"I det væsentlige, konceptet har til formål at bremse livet for at redde liv. "

Det handler om kryptobiologi

DARPA Biostasis programchef Tristan McClure-Begley forklarer i en e-mail, "Fokus for Biostasis er at øge vores viden om, hvordan vi bedst griber ind med molekylære processer, når de kører skævt efter stress eller skade for at bevare systemets sundhed, og vores motivation herfor er at forlænge den tid, der er til rådighed for behandling af syge eller tilskadekomne militærpersonale.

"Vi brugte videnskaben om kryptobiologi - hvoraf tardigrader er et af de mest fremragende og ekstreme eksempler - som et sæt biologiske principper til at udarbejde målene, omfang, og potentielle teknologiske tilgange til Biostasis -programmet. Vi kiggede på, hvad der var kendt om, hvor mange forskellige kryptobiotiske organismer, der kan gøre, hvad de gør på molekylært niveau, spurgte 'hvad er en samlende faktor eller kerneprincip til fælles?', og så derefter på, hvad der var banebrydende på tværs af molekylær farmakologi, materialekemi, peptidkemi, og så videre og forsøgte at forestille sig tilgange, der kunne efterligne disse kernemekanismer, hvis de blev introduceret i celler som kemisk biologi -terapi, "siger McClure-Begley.

I en undersøgelse, der blev offentliggjort den 16. marts, 2017 nummer af det videnskabelige tidsskrift Cell, forskere konkluderede, at tardigrades evne til at ramme den biologiske pause-knap kommer fra gener, der styrer stress-responsive proteiner, kaldet tardigrade-specifikke iboende forstyrrede proteiner (TDP'er). Som denne New Scientist -artikel forklarer, når dyret er i en farlig situation, TDP'erne forvandler sig fra deres sædvanlige geléagtige konsistens til en glaslignende stivhed. Det reducerer igen cellernes fleksibilitet og beskytter dem mod skader.

Men det er ikke klart, hvordan denne proces kunne replikeres inde i menneskekroppen, især da DARPA udelukker enhver teknik, der ville kræve ændring af det menneskelige genom. "Det kan være, at peptidterapeutika baseret på principperne for, hvordan de intracellulære tardigrade stress-responsive proteiner virker, ender med at blive en vellykket tilgang, "McClure-Begley forklarer." Men en advarsel, som vi angiver i meddelelsen om Biostasis-programmet, er, at enhver intervention skal passivt anvendes på systemet for at få effekt. "

I stedet, agenturet håber at komme med et lægemiddel, der kan administreres for at have en lignende effekt. Forudsat at det er muligt, et andet problem er, hvordan man kan bringe en såret soldat i suspenderet animation sikkert ud af denne tilstand. Det kan være, at biostasis -lægemidlet vil have en midlertidig effekt, der til sidst aftager, eller at det kan modvirkes af et andet lægemiddel.

"For eksempel, du tager ikke bare aspirin en gang og derefter aldrig igen, "Siger McClure-Begley." Virkningerne forsvinder, når stoffet metaboliseres og fortyndes ud af systemet. Andre virkninger af lægemidler kan vendes ved administration af specifikke antagoniserende forbindelser eller yderligere interventioner. "

Alt dette kunne kræve mange års forskning. DARPA Biostasis -programmet inviterede for nylig eksterne virksomheder og forskere til at ansøge om tilskud, i håb om at generere mulige teknologier, der ville blive udsat for omfattende test.

William R. Miller, forskningsdirektør i biologiafdelingen ved Baker University i Kansas og ekspert i tardigrader, siger i en e -mail, at kopiering af dyrenes overlevelsesmetode ville være en udfordring, på grund af menneskers størrelse og større kompleksitet. Det er svært at forestille sig en person, for eksempel, efterligne tardigrades evne til at deltage i anhydrobiose - en type kryptobiose, hvor dyret fjerner fugtigheden fra kroppen. "Forestil dig at gå ned ad en gang, føler mig tør - og straks skrumper ind i en sprød kugle af støv - siger cirka 4,5 kilo støv - midt på gangen, og derefter vente på, at luftfugtigheden vender tilbage til et niveau, så du kan rehydrere. [Det] lyder ikke praktisk. "

Men Miller udelukker ikke muligheden. "Rumfart og selvkørende biler var ikke praktiske, da jeg blev født, "bemærker han.

Ifølge DARPA's pressemeddelelse biostase kan også bruges til at bevare blodprodukter, medicin og andre letfordærvelige medicinske genstande.