Тихоходки: молекулярные секреты выживания в экстремальных условиях

Недавний геномный анализ нового вида тихоходок, Hypsibius henanensis, позволил учёным раскрыть три важных молекулярных механизма, которые лежат в основе их удивительной устойчивости к радиации. Эти механизмы способствуют защите клеток от свободных радикалов и активному восстановлению ДНК, что, возможно, стало одним из факторов их исключительной эволюционной адаптации.

Тихоходки, или «водяные медведи», представляют собой микроорганизмы, насчитывающие более 1500 видов, известных своей способностью выживать в условиях, неприемлемых для других живых существ. Открытые ещё в 1773 году, они способны прожить до 60 лет в благоприятной среде и до 30 лет в условиях полного отсутствия пищи и воды. Тихоходки могут выдерживать температуры от -272°C до 150°C, длительное время существовать при -20°C и даже пережить пребывание в вакууме космоса, а также воздействие гамма-излучения до 5 000 грей — в 1000 раз больше смертельной дозы для человека.

Уникальные адаптивные свойства позволили этим существам обитать в самых экстремальных местах на планете: от замёрзшей Антарктиды до глубоководных впадин океана, где давление достигает 1200 атмосфер. Однако, несмотря на многолетние исследования, механизмы радиоустойчивости оставались до сих пор малопонятными. Новый молекулярный анализ H. henanensis, проведённый учёными из Университета Циндао, впервые пролил свет на механизмы устойчивости к радиации у этого вида.

Три ключевых молекулярных механизма

Мультиомический анализ — передовая методика, охватывающая геномные, транскриптомные и протеомные исследования — помог выделить три ключевых процесса, влияющих на радиоустойчивость у H. henanensis. Исследование выявило, что после воздействия тяжёлой ионной радиации активизируется 285 генов, связанных со стрессовыми реакциями.

Первый механизм — активация гена DOPA dioxygenase 1 (DODA1), что приводит к выработке пигмента беталайна, обладающего мощным антисвободнорадикальным эффектом. Этот пигмент, обычно встречающийся в растениях и некоторых бактериях, защищает клетки от повреждений, вызванных радиацией.

Второй механизм заключается в работе специфического для тихоходок белка TRID1, который ускоряет процессы восстановления ДНК после радиационного воздействия. Третий механизм связан с генами BCS1 и NDUFB8, отвечающими за энергетический обмен в митохондриях. Эти гены, вероятно, возникли в ходе эволюции тихоходок и активно реагируют на радиацию, способствуя восстановлению ДНК и синтезу NAD+, необходимого для работы митохондрий.

Применение знаний о радиоустойчивости

Эти открытия значительно углубляют наше понимание механизмов выживания клеток в условиях экстремального стресса. Возможно, в будущем они станут основой для медицинских технологий, таких как защита космонавтов от радиации при длительных космических полетах.

Авторы исследования считают, что дальнейшее изучение данных механизмов позволит не только усовершенствовать защиту человека от стрессовых факторов, но и, возможно, раскрыть новые перспективы в медицине для борьбы с болезнями.