Недавно открытый механизм объясняет, как тихоходки выживают при сильном обезвоживании

Тихоходки способны переносить почти полное обезвоживание, входя в обратимое состояние, называемое ангидробиозом, и возобновляют свою деятельность после регидратации. Чтобы пролить свет на то, как тихоходки могут переносить сильное обезвоживание, ученые из Токийского университета исследовали белки, которые образуют гель во время клеточного обезвоживания.

Вода является важной молекулой для поддержания метаболической активности и клеточной целостности живых организмов.

Однако некоторые организмы могут переносить почти полное обезвоживание, переходя в обратимое состояние, называемое ангидробиозом.

Тихоходки, также известные как водяные медведи, являются ярким примером таких организмов.

В условиях высыхания эти мелкие беспозвоночные животные постепенно теряют почти всю воду из тела и одновременно сжимают свое тело в сморщенную круглую форму, называемую бочкой.

Обезвоженные тихоходки исключительно стабильны и могут выдерживать различные экстремальные физические условия, включая пребывание в космосе.

Даже после воздействия экстремальных стрессоров тихоходки могут реанимироваться в течение нескольких десятков минут после регидратации.

«Хотя вода необходима для всей жизни, о которой мы знаем, тихоходки потенциально могут жить без нее десятилетиями», — сказал доктор Такекадзу Куниеда, научный сотрудник Департамента биологических наук Токийского университета.

«Вопрос в том, как их клетки справляются со стрессом в процессе обезвоживания. Считается, что, когда вода покидает клетку, какой-то белок должен помогать клетке поддерживать физическую силу, чтобы избежать саморазрушения», — добавил он.

После тестирования нескольких различных видов ученые обнаружили, что изобилующие цитоплазмой теплорастворимые (CAHS) белки, уникальные для тихоходок, отвечают за защиту их клеток от обезвоживания.

Тихоходки уникальные животные. Они могут выдержать до 30 лет без пищи или воды, в течение нескольких минут выжить при температурах почти абсолютного нуля до минус 272 градусов и жить десятилетиями при минус 20 градусов Цельсия. Они также выдерживают давление от нуля до 1200 атмосфер, что позволяет им обитать в Марианской впадине.

Тихоходки в течение 20 месяцев могут жить в жидком кислороде при температуре −193 °C, долго могут находиться в атмосфере сероводорода, углекислого газа, а доза в 570 000 бэр убивает примерно 50 % облучаемых тихоходок, при том, что для человека смертельная доза радиации составляет всего 500 бэр.

Недавние исследования белков CAHS показали, что они могут чувствовать, когда инкапсулирующая их клетка обезвоживается, и именно тогда они начинают действовать.

Белки CAHS образуют гелеобразные нити по мере высыхания. Они образуют сети, которые поддерживают форму клетки, когда она теряет воду.

Этот процесс обратим, поэтому по мере регидратации клеток тихоходок филаменты удаляются со скоростью, не вызывающей чрезмерного стресса в клетке.

Интересно, что белки проявляли такое же действие даже при выделении из клеток тихоходок.

«Попытка увидеть, как белки CAHS ведут себя в клетках насекомых и человека, столкнулась с некоторыми интересными проблемами», — сказал Акихиро Танака, аспирант факультета биологических наук Токийского университета.

«Во-первых, чтобы визуализировать белки, нам нужно было их окрасить, чтобы они были видны под нашими микроскопами. Однако для типичного метода окрашивания требуются растворы, содержащие воду, что, очевидно, затрудняет любой эксперимент, в котором концентрация воды является фактором, который необходимо контролировать. Поэтому мы обратились к решению на основе метанола, чтобы обойти эту проблему».

Теперь команда исследователей планирует изучить более 300 других видов белков, некоторые из которых, вероятно, играют роль в невероятной способности тихоходок сохранять жизнь.

«Все, что связано с тихоходками, увлекательно», — говорят ученые. «Чрезвычайный диапазон окружающей среды, в которой они могут выжить, заставляет нас исследовать невиданные ранее механизмы и структуры». «Для биолога это поле — золотая жила».

Исследование описано в статье в журнале PLoS Biology.