Тардигради

Тардиградите постојат веќе стотици милиони години и се сметаат за пример на извонредна еволуција и прилагодливост. Тие се интересни за научниците поради нивните неверојатни способности и можноста за примена на нивните механизми на преживување во биомедицината и вселенските истражувања.

Извонредната способност на тардиградите да ги преживеат еколошките екстреми привлече огромно внимание во биохемијата и биотехнологијата. Разбирањето на механизмите на нивната исклучителна отпорност би можело да биде корисно во многу апликации кои се движат од стабилизација на фармацевтски производи до инженеринг на растенија толерантни на стрес. Откритието дека протеинот наречен Dsup (супресор на оштетување), уникатен за тардиградите, ја штити ДНК од оштетување произведено од радијација и разни радикали, ги зголеми очекувањата во врска со неговата потенцијална примена во биотехнологијата и медицината. Иако беше познато дека Dsup го потиснува оштетувањето на ДНК предизвикано од Х-зраци во човечки култивирани клетки и дека исто така се врзува за нуклеозомите што ја штитат хромозомската ДНК од расцепување посредувано од радикали in vitro, немаше достапно молекуларно објаснување за оваа заштитна улога. Од структурна гледна точка, интеракцијата Dsup -ДНK претставува огромен предизвик бидејќи протеинот нема достапна структура и неговата секвенца нема хомолози.

Тардиградите познати како водни мечки се група на осумножни сегментирани микро-животни. Тие првпат биле опишани од германскиот зоолог Јохан Геце во 1773 година, кој ги нарекол Kleiner Wasserbär („мала водена мечка“). Во 1777 година, италијанскиот биолог Лазаро Спаланзани ги нарекол Тардигради што значи „бавни чекори“

Тие се пронајдени во различни региони на биосферата на Земјата - планински врвови, длабоки мориња, тропски дождовни шуми и Антарктикот. Тардиградите се меѓу најотпорните познати животни, способни да преживеат екстремни услови - како што се изложеност на екстремни температури, екстремни притисоци (и високи и ниски), недостаток на воздух, радијација, дехидратација и глад - што брзо би ги убило повеќето други познати форми на живот.Тардиградите ја преживеале изложеноста на вселената. Тие се долги околу 0,5 mm кога се целосно израснати, куси и дебели, со четири пара нозе, од кои секоја завршува со канџи или вшмукувачки дискови.

Се смета дека тардиградите можат да преживеат дури и целосно глобално масовно истребување предизвикано од астрофизички настани, како што се експлозии на гама-зраци или големи удари на метеорити. Некои од нив можат да издржат екстремно ниски температури до 0,01 K ( −273 °C) (блиску до апсолутна нула), додека други можат да издржат екстремно високи температури до 420 K (150 °C) за неколку минути, притисоци околу шест пати поголеми од оние што се наоѓаат во најдлабоките океански ровови, јонизирачко зрачење во дози стотици пати повисоки од смртоносната доза за човекот и вакуумот на вселената.

Тие не се сметаат за екстремофилни бидејќи не се приспособени да ги искористуваат овие услови, само да ги издржат. Ова значи дека нивните шанси да умрат се зголемуваат колку подолго се изложени на екстремни средини, додека вистинските екстремофили напредуваат во физички или геохемиски екстремна средина што би им наштетила на повеќето други организми. Тардиградите се една од ретките групи на видови кои се способни да го суспендираат својот метаболизам (криптобиоза). Додека се во оваа состојба, нивниот метаболизам се намалува на помалку од 0,01% од нормалното и нивната содржина на вода може да падне до 1% од нормалното, и тие можат да останат без храна или вода повеќе од 30 години, за подоцна да се рехидрираат и репродуцираат. Многу видови на тардигради може да преживеат во дехидрирана состојба до пет години, или подолго во исклучителни случаи. Нивната ДНК е дополнително заштитена од зрачење со протеин наречен„Dsup“.Во оваа криптобиотска состојба, тардиградот е познат како „тун“.

Dsup(damage suppressor-супресор на оштетување) е протеин што се поврзува со ДНК, единствено за тардиградот,кој ја потиснува појавата на прекини на ДНК со зрачење. Кога човечките клетки биле дизајнирани со Dsup протеини, тие покажале приближно 40% поголема толеранција против зрачењето со Х-зраци.

Тардиградите можат да издржат 1.000 пати поголемо зрачење од другите животни. Најновото истражување за протеинот Dsup покажало дека тој може да ги врзе нуклеозомите во клетката и да ја заштити ДНК.

По третманот со водород пероксид, Dsup+ клетките главно ги активираат системите за детоксикација и антиоксидативните ензими кои го ограничуваат оксидативниот стрес и ги елиминираат оксидативните слободни радикали, додека механизмите за поправка на ДНК се само маргинално активирани. Така, по индукција на оксидативен стрес, протеинот Dsup главно директно ја штити ДНК.

Утврдено е дека протеинот Dsup е невротоксичен и промовира невродегенерација кога се изразува во култивирани неврони преку зголемување на оштетувањето на ДНК преку формирање на прекини на двојната спирала.

Функција и структура

Познато е дека Dsup се врзува за слободната ДНК, но поцврсто се врзува за нуклеозомите, типичната пакувана форма на ДНК во еукариотските клетки. Неговиот домен за врзување на нуклеозомите е нејасно сличен на оној во HMGN (High mobility group N) протеините. Dsup локализиран на нуклеарната ДНК ги намалува прекините на една спирала и прекините на двојната спирала кога е подложен на јонизирачко зрачење. Молекуларната динамичка симулација на Dsup во комплекс со ДНК покажува дека тоа е суштински нарушен протеин. Неговата флексибилност и електростатски полнеж му помагаат да се врзе за ДНК и да формира агрегати.

Наjнова студија, која би можела да се нарече „компјутерски експеримент во структурата на протеините“, е првиот опис на атомските детали на интеракцијата Dsup -ДНК и дава индиции за тоа како овој единствен протеин ја штити ДНК. Резултатите засновани на пресметковно моделирање, симулации на молекуларна динамика и пресметки на електростатички потенцијали и електрични полиња сугерираат дека Dsup е целосно „растроен“ протеин од крај до крај. Изобилството на позитивно наелектризирани амино киселини го поттикнува движењето на Dsup кон негативно наелектризираните фосфати на ДНК и неговата екстремна флексибилност му овозможува на Dsup да ја прилагоди својата структура за прецизно да одговара на обликот на ДНК. Студијата открива дека ефектите поврзани со електричното поле помеѓу Dsup и ДНК обезбедуваат еден вид електрична заштита околу ДНК што може да биде клучно за заштита на ДНК од зрачење.

Протеинот е прикажан како зелена лента а ДНК е прикажана како топчиња и стапчиња со атомите на P во портокалова, атомите на O во црвена, атомите на N во сина и атомите на C во цијан боја.

Истражувањата покажуваат дека Dsup може да има потенцијал да ја намали штетата на ДНК предизвикана од зрачење и да ја подобри стабилноста на генетскиот материјал. Кога се говори за пациенти кои се подложени на радиотерапија, на пример, за третман на рак, Dsup има потенцијал да помогне во заштитата на клетките од зрачењето, намалувајќи го ризикот од оштетување на ДНК и последични ефекти. Ова истражување е во рана фаза и има потреба од дополнителни студии и клинички испитувања за да се утврди дали Dsup може да се користи како дел од терапевтски стратегии за заштита на пациенти кои се подложени на зрачење.