Крошечные тихоходки могут выживать в условиях, которые убили бы большинство других форм жизни. Изгнав воду из своего тела и превратившись в, казалось бы, безжизненный шар, называемый бочкой, они входят в состояние высушенного анабиоза, в котором они могут десятилетиями выживать без еды и воды и выдерживать экстремальные температуры, давление и даже космический вакуум. Однако мало что известно о том, что приводит в действие этот защитный механизм и что удерживает тихоходок от стрессов, вызванных длительным пребыванием в высохшем состоянии.
Новое исследование показало, как тихоходки выживают без воды: уникальные белки превращают внутренности клеток тихоходок в гель, тем самым предотвращая сморщивание и разрушение клеточных мембран этих удивительных существ. Эта стратегия полностью отличается от тех, которые наблюдаются у других видов животных, которые в состоянии переживать засушливые периоды.
На самом деле, «о таких белках не сообщалось в других устойчивых к высыханию организмах», — сказал Такеказу Куниеда (Takekazu Kunieda), биолог из Токийского университета (Япония), который руководил новым исследованием, опубликованным 6 сентября в журнале PLOS Biology.
Пережить высыхание
Тихоходки, также известные как водяные медведи или моховые поросята, представляют собой группу микроскопических животных с пухлыми телами и восемью лапами, оканчивающимися непропорционально тонкими когтями. Они известны своей выносливостью, способны пережить пребывание в космосе, отрицательные температуры и кипячение в течение часа (хотя при более длительном воздействии горячей воды они вполне могут погибнуть).
Учёных давно интересовало, как тихоходки это делают. Многие животные, которые могут пережить длительные периоды высыхания, такие как водные ракообразные, известные как артемии, используют сахара, называемые трегалозой, чтобы заморозить свои клетки до стеклообразного состояния, которое защищает их внутреннюю работу до тех пор, пока животные снова не окажутся в воде.
Но у тихоходок не так много трегалозы. Что у них действительно есть, так это многочисленные белки, которых нет у других животных. Эти белки трудно понять, потому что у тихоходок, не являющихся бочками, они кажутся дезорганизованными и неупорядоченными, хотя генетическое исследование 2017 года показало, что некоторые из этих неупорядоченных белков, по-видимому, способствуют стекловидному состоянию у высушенных тихоходок, подобно тому, как действует трегалоза у других животных.
Новое исследование было сосредоточено на группе специфичных для тихоходок белков, известных как цитоплазматические теплорастворимые белки (CAHS). У тихоходок эти белки плавают в цитоплазме или жидкости, заполняющей клетки. Куниеда и его коллеги открыли эти белки 10 лет назад, а другие исследовательские группы обнаружили, что эти белки участвуют в выживании тихоходок во время высыхания. Но никто не знал как.
Кооперативные белки
В итоге Куниеда и его команда вернулись к белкам CAHS в поисках белков тихоходок, которые меняют форму при стрессе. Они идентифицировали более 300, и среди них были белки CAHS.
Чтобы узнать, что делают белки CAHS для защиты тихоходок под давлением, исследователи обезвоживали клетки, несущие CAHS, и анализировали, как изменяются белки. Они обнаружили, что когда клеткам угрожало высыхание, эти белки конденсировались, образуя сеть филаментов/нитей. Эти нити укрепляли клетку, превращая цитоплазму в гелеобразное состояние и предотвращая разрушение клетки при обезвоживании. Эта конденсация происходила за считанные минуты и так же быстро обращалась вспять. В течение 6 минут после регидратации клетка снова могла нормально функционировать.
В своих экспериментах исследователи обнаружили, что CAHS может сделать клетки насекомых более устойчивыми к высыханию, но эти клетки, усиленные CAHS, всё ещё не были такими прочными, как клетки тихоходок. Это означает, что CAHS работал не в одиночку, сказал Куниеда Live Science.
«Мне кажется очевидным, что для воспроизведения толерантной способности тихоходок необходимы другие факторы», — сказал он.
К счастью, для изучения существует множество белков тихоходок; исследователи определили более 300, которые реагируют на стресс. По словам Куниеды, будущие результаты могут найти применение не только у тихоходок — например, чтобы помочь учёным разработать более эффективные консерванты для увеличения срока годности вакцин и лекарств.
