«Неуязвимость» тихоходок объяснил переизбыток белков

Тихоходки (Tardigrada), или «маленькие водяные медведи», — микроскопические (0,1–1,5 миллиметра) беспозвоночные, обитающие в водоемах и питающиеся в основном соками растений и водорослей. Отличительной чертой этих животных является чрезвычайная выносливость. Так, в состоянии анабиоза тихоходки могут выживать при ионизирующем излучении до 570 тысяч рентген, в жидком гелии при температуре -271 градус по Цельсию, в открытом космосе.

Примечательно, что около 1,2 процента участков ДНК тихоходок «заимствованы» ими у других организмов: бактерий-экстремофилов, грибов, растений и других. Ранее ученые идентифицировали отдельные белки, участвующие в восстановлении ДНК, поврежденной в результате дегидратации организма тихоходок. В новом исследовании авторы изучили геном тихоходок вида Ramazzottius varieornatus с помощью высококачественного секвенирования.

Результаты показали расширенную представленность в их организме белков, связанных со стрессом. В частности, в геноме R. varieornatus было обнаружено 16 супероксиддисмутаз (SODs), способствующих устойчивости к обезвоживанию, тогда как в большинстве многоклеточных их менее десяти. В свою очередь копий белка MRE11 (ортолог человеческого MRE11A) у тихоходок оказалось четыре, хотя у большинства других животных — одна. MRE11 рассчитан на репарацию ДНК.

Кроме того, тихоходки обладают специфическим комплексом 1 мишени рапамицина в клетках млекопитающих (mTORC1), в котором происходит регуляция клеточного роста. Так, в mTORC1 R. varieornatus отсутствует восемь взаимосвязанных генов, ответственных за его общую активацию под воздействием внешних условий (PHD, REDD1, Sestrin и другие). Вместо этого реакция на раздражитель опосредуется изолированно, в зависимости от его типа: энергетический или аминокислотный.

Сравнительный анализ механизма дегидратации-регидратации не выявил значительных различий в транскрипционной регуляции экспрессии генов у тихоходок. По мнению авторов, это может свидетельствовать о конститутивной (постоянной) экспрессии определенных генов этих животных. При этом наблюдения показали, что те гены, которые были гиперэкспрессированы, являются уникальными и, вероятно, не имеют аналогов в других организмах.

Наконец с помощью тандемной масс-спектрометрии ученые выделили в геноме R. varieornatus специфический белок Dsup, предположительно связанный с их устойчивостью к ионизирующему излучению. В эксперименте in vitro команда смешала Dsup с ДНК человека в весовом соотношении 10 к 1. В результате белок фактически остановил миграцию линеаризованной плазмидной ДНК, на 40 процентов снизив деформацию биоматериала в результате облучения.

По словам исследователей, полученные выводы указывают на уникальность адаптационных механизмов, которые тихоходки используют при столкновении с неблагоприятными условиями среды. Не исключено, что в будущем такие механизмы найдут применение и в вопросе повышения адаптивности человека.