A génszerkesztés feltárhatja az elpusztíthatatlan állatok túlélési titkait
Írta/by: Rhodilee Jean A Dolor
eredeti cikk/original article: http://thestarsetsociety.org/exclusive-tardigrade-superpowers/
A tardigrádok bolygónk legrugalmasabb élőlényei közé tartoznak. Olyan szélsőséges körülmények közötti túlélésre képesek, amelyek egyébként más életformákat megölhetnek, ezzel felkeltve érdeklődésünk a mikroszkopikus, nyolclábú állat irányába.
A hihetetlenül ellenálló tardigrádok
A tardigrádok, más néven vízimedve vagy moha malac, olyan hideget is kibírnak, mint a – 328 °F (164.44°C) és melegebb hőmérsékletet is akár a 300 °F – nál (148.89°C). Forró folyadékkal, sugárzással való kitettséget és az óceán legmélyebb árkainál akár hatszoros nyomást is túlélhetnek.
A Nemzetközi Űrállomáson (ISS) 2021 – ben végzett kísérlet során kiderült, hogy az alacsony Föld körüli pályán lévő tardigrádok ellenállnak az űr vákuumának, a kozmikus sugaraknak és a Nap ultraibolya sugárzásának.
2016 – ban japán kutatók arról is beszámoltak, hogy sikeresen újjáélesztették a 30 évig fagyasztott tardigrádokat. Az állatok gyorsan felépültek. Az egyik tardigrád 13 nappal azután kezdett algát enni, hogy újrahidratálták, és alig 22 nappal az újjáéledés után a tojások láthatóvá váltak a szervezet testében.
Tardigrád gének tervezése DIPA – CRISPR segítségével
Takekazu Kunieda, a Tokiói Egyetem Biológiai Tudományok Tanszékének docense szerint e vízi gerinctelenek szuperképességének megértéséhez ismerni kell génjeik működését.
A PLoS Genetics folyóiratban június 13 – án megjelent új kutatásban Kunieda és munkatársai a Ramazzottius varieornatus néven ismert, rendkívül toleráns tardigrád faj génjeit szerkesztették.
Több mint 1300 tardigrádfaj létezése ismert, és számos környezetben megtalálhatóak a hegycsúcsoktól, a mélytengeren át az Antarktiszon is. A Ramazzottius varieornatus, amelyet Kunieda és munkatársai tanulmányukban használtak, egy teljesen nőstény faj, amely ivarosan szaporodik, és köztudott, hogy rendkívül jól tűri a szélsőséges körülményeket.
A kutatók a CRISPR (DIPA – CRISPR) nevű génszerkesztési technikát is alkalmazták.
A tudósok korábban a DIPA-CRISPR-t használták a rovarok génjeinek megtervezésére a célszervezet utódainak genomjának megváltoztatásával. A módszer magában foglalja a CRISPR anyagok közvetlen befecskendezését egy szervezetbe, amely később az indukált mutációt hordozó utódokat hoz létre.
Kunieda és csapata azt mondta, hogy munkájukkal először alkalmazzák a DIPA – CRISPR – t nem rovar szervezeteknél. Az eredmény azt sugallja, hogy a génszerkesztő módszer ígéretes abban, hogy jobban rávilágítson a tardigrádok elpusztíthatatlanságára.
„A csapatommal kifejlesztettünk egy módszert a gének szerkesztésére – hozzáadjuk, eltávolítjuk vagy felülírjuk őket –, ahogyan azt számítógépes adatokkal tenné, egy nagyon toleráns tardigrádfajnál, a Ramazzottius varieornatusnál” – mondta Kunieda – „Ez lehetővé teheti a kutatóknak, hogy tanulmányozzák a késői genetikai tulajdonságokat, mivel esetleg bevettebb laboratóriumi állatok lehetnek, mint például a gyümölcslegyek vagy a fonálférgek.”
A Tardigrádok túlélési titka
A tardigrádok fiziológiai felépítésüknek köszönhetően gyakorlatilag elpusztíthatatlanok. A PLoS Biology folyóiratban megjelent 2022 – es tanulmányban Kunieda és csapata arról számolt be, hogy a tardigrádok olyan fehérjéket tartalmaznak, amelyek a sejt dehidratációja során gélt képeznek, és megvédik a sejteket a mechanikai igénybevételtől, amely egyébként megölhetné őket.
„Bár a víz nélkülözhetetlen minden általunk ismert élethez, egyes tardigrádok akár évtizedekig is képesek nélkülözni. A trükk abban rejlik, hogy sejtjeik hogyan kezelik ezt a stresszt a kiszáradási folyamat során” – mondta Kunieda.
„Azt gondolják, hogy amint a víz elhagyja a sejtet, valamilyen fehérjének segítenie kell a sejt fizikai erejét, hogy elkerülje az összeomlást. Számos különböző fajta tesztelése után azt találtuk, hogy a citoplazmában gazdag hőoldható (CAHS) fehérjék – amelyek csak a tardigrádokra jellemzőek – felelősek a sejtjeik kiszáradás elleni védelméért.”
A Protein Science folyóiratban március 19 – én megjelent kutatásban a Wyomingi Egyetem kutatóinak csoportja arról számolt be, hogy a gélképző tardigrád fehérjék emberi sejtekbe történő bejuttatása lelassíthatja az anyagcserét. Azt is megfigyelték, hogy a gélek feloldódnak, és az emberi sejtek visszatérnek normál anyagcseréjükhöz, amint a stressz megszűnik.
„Csodálatos módon, amikor ezeket a fehérjéket bejuttatjuk az emberi sejtekbe, meggélesednek és lelassítják az anyagcserét, akárcsak a késedelmes sejtek” – mondta Silvia Sanchez – Martinez, az egyetem Molekuláris Biológiai Tanszékének kutatója. „Továbbá, akárcsak a tardigrádok, ha ezeket a fehérjéket tartalmazó emberi sejteket biosztázisba (hibernáláshoz hasonló állapot – a szerk.) helyezzük, azok ellenállóbbá válnak a stresszekkel szemben, és átadják a tardigrádok bizonyos képességeit az emberi sejteknek.”
Egy apró lény hozzájárulhat az emberiséghez
Kunieda és munkatársai azt mondták, hogy a tardigrádok rendkívüli toleranciája mögött meghúzódó mechanizmusok megértése olyan információkat kínálhat, amelyek megnyithatják az utat az innovációk és az esetleges életmentő vakcinák, kezelések előtt.
Az, hogy a tardigrád képes túlélni a hosszan tartó szárazságban, segíthet a kutatóknak abban, hogy több módot találjanak a kutatási anyagok, gyógyszerek és akár az átültetéshez szükséges egész szervek eltarthatóságának meghosszabbítására.
A kutatók azt remélik, hogy a tardigrádokból származó cukrok és fehérjék jelentős szerepet játszanak majd a hűtést nem igénylő száraz vakcinák kifejlesztésében. Ez javítani és csökkenteni fogja a terjesztés költségeit, valamint lehetővé teszi a vakcinák eljuttatását a világ távoli részeire.
„Ez az ellenálló képesség feltehetően a figyelemre méltó sejtvédelmi és -javító mechanizmusaikból fakad, amelyek megóvják az alapvető biomolekulákat és struktúrákat, például DNS – t, RNS – t, fehérjéket és membránokat, amelyek támogatják a sejtfunkciókat” – írták Kunieda és munkatársai tanulmányukban. „Az ezekben a folyamatokban részt vevő molekuláris szereplők és mechanizmusok megértése nemcsak a tudományos kíváncsiságot elégíti ki, hanem ígéretet is rejt magában olyan innovatív technológiák kifejlesztésére, amelyek jelentős hatással vannak az értékes, de törékeny bioanyagok, például biogyógyszerek és vakcinák tárolására és elosztására.”
A tardigrádok szívóssága a Földön kívül is alkalmazható. A NASA, amely 2021 – ben felküldte ezeket az apró lényeket az ISS – re, azt mondta, hogy ha tudjuk, mi teszi a tardigradokat rendkívül toleránssá, az új módszereket eredményezhet az élelmiszerek és a gyógyszerek szélsőséges hőmérsékletekkel, kiszáradással és sugárterheléssel szembeni védelmére, ami döntő fontosságú lenne a hosszú távú mélyűri küldetéseknél.
