У надстійких «водяних ведмедів» знайшли білок, який захищає їх ДНК від поломок, викликаних радіацією і зневодненням.
Найбільш витривалими багатоклітинними істотами на Землі давно визнали тихоходок - дивних створінь розміром від 0,1 до 1,5 мм. В англомовній літературі їх часто називають «водяними ведмедями», як їх чомусь назвав один натураліст кінця XVIII століття. Зовні вони схожі одночасно і на членистоногих, і на деяких хробаків, проте їх будова настільки своєрідна, що тихоходок виділили в окремий тип тварин.
На перший погляд, в їхньому способі життя немає нічого незвичайного: воліють жити там, де волого, і харчуються, висмоктуючи вміст клітин рослин, водоростей або інших тихоходок. Однак, як виявилося, їх можна знайти в буквальному сенсі скрізь: у Гімалайських горах на висоті 6000 м, в океані на глибині 4000 м, у льодовиках, у гарячих джерелах. Така здатність жити в абсолютно різних умовах, очевидно, пов'язана з невибагливістю, витривалістю, стресостійкістю. Але, коли витривалість тихоходок стали вивчати більш пильно, для біологів настала пора серйозно здивуватися: виявилося, що тихоходки кілька місяців можуть витримувати температуру рідкого кисню (-193 ° С), що вони витримують тиск 6000 атмосфер і витримують дозу радіоактивного випромінювання, яка більш ніж у тисячу разів більше тієї, що смертельна для людини. «Водяних ведмедів» відправляли у відкритий космос, звідки багато з них поверталися живими і навіть порівняно успішно розмножувалися.
Природно, відразу стало цікаво, як це все тихоходкам вдається. Виникла гіпотеза, що вони надстійкі завдяки особливій формі анабіозу: перебуваючи в неактивному, «сплячому» стані, тихоходки втрачають чи не всю воду (кількість води в анабіозі становить всього 1% від нормального), і ось таке виняткове зневоднення допомагає їм витримувати найбільш несприятливі обставини. Але дегідратація сама по собі небезпечна для ДНК, яка через висушування починає часто рватися, і біля тихоходок повинні бути якісь білки, які захищають або відновлюють пошкоджену пересушену ДНК. З іншого боку, ті ж самі білки могли б захищати геном і від радіоактивного випромінювання, яке знову ж таки провокує розриви в ДНК-ланцюжках.
Деякі дослідники стверджували, що їм вдалося виявити в геномі тихоходок безліч «чужих» генів, у тому числі від архей і бактерій-екстремофілів, які люблять жити в екстремальних умовах - сам собою напрошувався висновок, що такі запозичені гени допомагають тихоходкам переносити і тиск, і низькі температури, і таке інше.
Але потім ці результати були оскаржені, так як виникла підозра, що «чужа» ДНК, яка нібито є в геномі «водяних ведмедів», дійсно чужа, тобто являє собою банальне забруднення, що виникло через недосконалість методики експерименту або не дуже акуратного його виконання.
Стаття японських дослідників, опублікована днями в Nature Communications, багато в чому відповідає на питання, чому тихоходки такі витривалі. Такекадзу Куніеда (Takekazu Kunieda) з Токійського університету і Атцусі Тоеда (Atsushi Toyoda) з Національного інституту генетики разом з колегами проаналізували ДНК Ramazzottius varieornatus, чи не найбільш витривалою їх тихоходок, і прийшли до висновку, що чужі гени гени становлять близько 1,2%.
Іншими словами, масштабних генетичними запозичень у геномі тихоходок немає. Далі авторам роботи вдалося з'ясувати, що при зневодненні ніяких істотних змін в генетичній активності у цих тварин не відбувається. Активність генів оцінювали за їх транскрипцією, тобто за кількістю інформаційних РНК-копій, що синтезуються на ділянках ДНК і служать матрицями для подальшого складання білків. І на рівні транскрипції, принаймні, було непомітно, щоб зневоднення запускало у «водяних ведмедів» якісь особливі гени.
Але все-таки якісь механізми стресостійкості у тихоходок є? І ось найцікавіше вдалося виявити, коли стали шукати конкретні гени, які відповідали б за їх надвиносливість. Різні ділянки геному тихоходок поміщали в клітини дрозофіл і людину, після чого перевіряли, чи підвищиться їх стійкість до іонізуючого випромінювання. У результаті вдалося вийти на ген, названий Dsup.
Білок, кодований геном Dsup, за послідовністю амінокислот не схожий ні на які інші відомі білки. При цьому він якось захищає ДНК від пошкоджень, які можуть з нею статися при посушенні або при іонізуючій радіації - якщо білок Dsup є в клітці, в ДНК з'являється менше розривів. У людських клітин з Dsup всередині стійкість до рентгенівського випромінювання підвищувалася на 40%. Зрозуміло, ДНК самих тихоходок у присутності Dsup теж була набагато більш стійкою до розривів.
Радіація може пошкоджувати геном двома способами: або безпосередньо, розгойдавши енергію хімічних зв'язків в ДНК, або опосередковано, через активні форми кисню, які з'являються в клітці під дією іонізуючого випромінювання і які псують біомолекули, в тому числі і ДНК. Виявилося, що Dsup захищає як від прямої радіаційної шкоди, так і від непрямого.
Дослідникам вдалося з'ясувати, що цей білок безпосередньо зв'язується з ДНК і сидить на ній чи не постійно, проте конкретний механізм того, як він її захищає, поки неясний. Можливо, він працює сам, а може, полегшує роботу ферментам репаруючих систем, які стежать за цілісністю геному і чиє завдання - своєчасно ремонтувати всілякі ДНК-дефекти.
Очевидно, що отримані результати становлять інтерес не тільки з точки зору фундаментальної науки. Багато захворювань (наприклад, рак) виникають через те, що захисні системи наших клітин не можуть впоратися з накопичуваними ушкодженнями в ДНК. Можливо, Dsup в майбутньому допоможе нам вирішити ряд медичних проблем; і, якщо дати волю уяві, можна уявити, як генетично модифіковані астронавти з білком тихоходки всередині працюють просто неба Марса, анітрохи не боячись космічної радіації.