Hvordan tardigrader overlever dehydrering

Nogle arter af tardigrader, eller vandbjørne, som de små vandlevende væsner også er kendt, kan overleve i forskellige miljøer, ofte fjendtlige eller endda dødelige for de fleste livsformer. For første gang beskriver forskere en ny mekanisme, der forklarer, hvordan nogle tardigrader kan udholde ekstrem dehydrering uden at dø. De udforskede proteiner, der danner en gel under cellulær dehydrering. Denne gel stivner for at støtte og beskytte cellerne mod mekanisk stress, som ellers ville dræbe dem. Disse proteiner har også vist sig at virke i insektceller og viser endda begrænset funktionalitet i humane dyrkede celler.

Tardigrader trækker ofte opmærksomheden på sig selv, på trods af at de er så små. Deres uhyggelige evne til at overleve i situationer, der ville dræbe de fleste organismer, har fanget offentlighedens fantasi. Man kunne nemt forestille sig, at vi ved at afkode deres hemmeligheder kunne anvende viden på os selv for at gøre mennesker mere modstandsdygtige over for ekstreme temperaturer, pres og endda dehydrering. Dette er kun science fiction for nu, men ikke desto mindre søger forskere, også betaget af de mikroskopiske væsner, at forstå de mekanismer, der er ansvarlige for deres robusthed, da dette også kan give andre fordele.

"Selvom vand er essentielt for alt liv, vi kender til, kan nogle tardigrader potentielt leve uden det i årtier. Tricket ligger i, hvordan deres celler håndterer denne stress under dehydreringsprocessen," siger lektor Takekazu Kunieda fra University of Tokyos universitet. Institut for Biologiske Videnskaber.

"Det menes, at når vand forlader en celle, skal en eller anden form for protein hjælpe cellen med at bevare den fysiske styrke for at undgå at kollapse i sig selv. Efter at have testet flere forskellige slags har vi fundet ud af, at cytoplasmatisk rigelige varmeopløselige (CAHS) proteiner, unikke for tardigrader, er ansvarlige for at beskytte deres celler mod dehydrering."

Nyere forskning i CAHS-proteiner afslører, at de kan fornemme, hvornår cellen, der indkapsler dem, bliver dehydreret, og det er, når de sætter ind. CAHS-proteiner danner gel-lignende filamenter, når de tørrer ud. Disse danner netværk, der understøtter cellens form, når den mister sit vand. Processen er reversibel, så efterhånden som tardigradcellerne bliver rehydrerede, trækker filamenterne sig tilbage med en hastighed, der ikke forårsager unødig stress på cellen. Interessant nok udviste proteinerne den samme slags virkning, selv når de blev isoleret fra tardigradceller.

"At prøve at se, hvordan CAHS-proteiner opførte sig i insekt- og menneskeceller gav nogle interessante udfordringer," sagde hovedforfatter Akihiro Tanaka, en kandidatstuderende i laboratoriet. "For en ting, for at visualisere proteinerne, var vi nødt til at farve dem, så de dukker op under vores mikroskoper. Den typiske farvningsmetode kræver dog opløsninger, der indeholder vand, hvilket naturligvis forvirrer ethvert eksperiment, hvor vandkoncentrationen er en faktor, man søger at kontrol for. Så vi henvendte os til en methanol-baseret løsning for at komme uden om dette problem."

Forskning i mekanismer relateret til tør konservering af celler eller organismer kan have mange fremtidige anvendelser. Kunieda og hans team håber, at forskere gennem denne nye viden kan finde måder at forbedre bevarelsen af ​​cellematerialer og biomolekyler i en tør tilstand. Dette kan forlænge holdbarheden af ​​materialer, der bruges til forskning, medicin med korte udløbsdatoer eller måske endda hele organer, der er nødvendige for transplantationer.

"Alt ved tardigrader er fascinerende. Den ekstreme række af miljøer, nogle arter kan overleve, får os til at udforske aldrig før sete mekanismer og strukturer. For en biolog er dette felt en guldmine," sagde Kunieda. "Jeg vil aldrig glemme nytårsdag 2019, da jeg modtog en e-mail fra Tomomi Nakano, en anden forfatter til avisen. Hun havde arbejdet sent på at prøve at se kondenseringen af ​​CAHS-proteiner og observerede de første CAHS-filamentnetværk i humane dyrkede celler Jeg var forbavset over at se sådanne klart definerede mikroskopiske billeder af disse. Det var første gang, jeg havde set sådan noget. Det var virkelig et meget godt nytår!"

At vide, hvordan man isolerer og aktiverer disse specielle proteiner, er dog kun begyndelsen. Kunieda og hans team planlægger at gennemsøge mere end 300 andre slags proteiner, hvoraf nogle sandsynligvis spiller en rolle i disse små vandbjørnes utrolige livsbevarende evne.

Forskningen blev offentliggjort i PLoS Biology .

Karakterisering af tardigraders uordnede protein for at forstå deres modstandsdygtighed