Tardigradi su mikroživotinje koje mogu da prežive u najtežim uslovima: ekstremni pritisak, ekstremna temperatura, zračenje, dehidracija, gladovanje – čak i izlaganje vakuumu svemira. Naučnici sa Univerziteta u Tokiju su sada identifikovali mehanizam koji objašnjava kako tardigradi mogu preživeti ekstremnu dehidraciju, posebno, prema novom radu objavljenom u časopisu PLoS Biologi—protein koji formira zaštitnu mrežu nalik gelu za zaštitu isušenih ćelija .
Kao što smo ranije izvestili, stvorenja je prvi opisao nemački zoolog Johan Geze 1773. godine. Lazaro Spalancani, italijanski biolog, četiri godine kasnije ih je nazvao tardigrada („spori koračači“ ili „spori hodači“). To je zato što tardigradi imaju tendenciju da lutaju kao medved. Pošto mogu da prežive skoro svuda, mogu se naći na mnogo mesta: dubokomorski rovovi, slani i slatkovodni sedimenti, tropske kišne šume, Antarktik, blatni vulkani, peščane dine, plaže i lišajevi i mahovina. (Drugi naziv za njih je „prasad iz mahovine“).
Međutim, kada se njihovo vlažno stanište presuši, tardigradi prelaze u stanje poznato kao „tun“ – neka vrsta suspendovane animacije, u kojoj životinje mogu ostati čak 10 godina. Kada voda ponovo počne da teče, vodeni medvedi je apsorbuju da bi se rehidrirali i vratili u život. Oni tehnički nisu pripadnici ekstremofilne klase organizama jer ne uspevaju toliko u ekstremnim uslovima koliko izdrže; tehnički, oni pripadaju klasi ekstremno tolerantnih organizama. Ali njihova izdržljivost čini tardigrade omiljenim predmetom istraživanja naučnika.
Na primer, jedno istraživanje iz 2020. pokazalo je da karakterističan hod vodenog medveda podseća na hod insekata 500.000 puta veći od njih, uprkos evolucionom jazu od 20 miliona godina između njih. A 2019. godine, izraelska svemirska letelica koja je nosila sićušna stvorenja u stanju „tun“ srušila se na Mesec, što je dovelo do spekulacija da su tardigradi možda preživeli udar.
Nažalost, malo je verovatno da su hrapavi tardigradi preživeli, prema studiji koju su prošle godine objavili britanski naučnici. Stavili su nekoliko tardigrada u tun stanje i stavljali po dva do četiri u šuplji najlonski metak. Zatim su naučnici ispalili tardigrade na peščanu metu sve većom brzinom koristeći dvostepeni laki gasni pištolj. Rezultat: vodeni medvedi mogu da prežive udare do oko 900 metara u sekundi (3.000 kilometara na sat) i trenutne udarne pritiske do 1,14 gigapaskala (GPa). (Pored toga, oni se samo pretvaraju u kašu.) Lender se možda srušio brzinom od nekoliko stotina metara u sekundi, ali udar njegovog metalnog okvira koji je udario u površinu bi stvorio pritisak „znatno iznad“ 1,14 GPa, rekli su istraživači za Science.
Najrelevantniji za ovu najnoviju studiju je rad iz 2017. koji pokazuje da tardigradi koriste posebnu vrstu poremećenog proteina da bukvalno suspenduju svoje ćelije u staklenoj matrici koja sprečava oštećenje. Istraživači su ovo nazvali „tardigradno-specifičnim intrinzično poremećenim proteinom“ (TDP). Drugim rečima, ćelije postaju vitrifikovane. Što više TDP gena ima tardigradna vrsta, to brže i efikasnije prelazi u stanje „tun“.
Međutim, prošle godine je drugi tim japanskih naučnika doveo u pitanje ovu hipotezu o „vitrifikacije“, navodeći eksperimentalne podatke koji sugerišu da se nalazi iz 2017. mogu pripisati zadržavanju vode u proteinima. Ova najnovija studija podržava tu kontra-hipotezu. „Naši podaci ukazuju na novi mehanizam tolerancije isušivanja zasnovan na formiranju filamenta/gela“, napisali su autori nove studije.
„Iako je voda neophodna za sav život za koji znamo, neki tardigradi mogu da žive bez nje potencijalno decenijama. Trik je u tome kako se njihove ćelije nose sa ovim stresom tokom procesa dehidracije“, rekao je koautor Takekazu Kunieda sa Univerziteta u Tokiju. „Smatra se da dok voda napušta ćeliju, neka vrsta proteina mora pomoći ćeliji da održi fizičku snagu kako bi izbegla kolaps u sebe. Nakon testiranja nekoliko različitih vrsta, otkrili smo da su proteini rastvorljivi u toploti (CAHS) u citoplazmi, jedinstveni za tardigrade, odgovorni za zaštitu njihovih ćelija od dehidracije.
U ovom scenariju, CAHS proteini kreću u akciju kada osete da je njihova inkapsulirajuća ćelija postala dehidrirana, formirajući filamente nalik gelu (za razliku od staklastog matriksa) dok se suše. Ti filamenti, zauzvrat, formiraju mreže koje održavaju strukturni oblik ćelije bez vode. Kada se tardigrad rehidrira, filamenti se postepeno povlače, obezbeđujući da ćelija nije pod stresom ili oštećena dok ponovo dobija vodu.
Kunieda i kolege su takođe spojili proteinske gene u ćelije koje se uzgajaju kod insekata i ljudi. Ovo je u početku bilo izazovno jer su ćelije morale biti obojene da bi bile vidljive pod mikroskopom. Većina metoda bojenja zahteva rastvore na bazi vode, a koncentracija vode je bila ključna varijabla koju je trebalo kontrolisati za ovu studiju. Rešili su problem tako što su mrlju ugradili u rastvor na bazi metanola. Rezultat: CAHS proteini su pokazali isto ponašanje u ćelijama insekata i čak su pokazali ograničenu funkcionalnost u ljudskim ćelijama, što sugeriše da ova karakteristika možda nije ograničena na tardigradne ćelije.
Između ostalih potencijalnih primena, otkrića bi jednog dana mogla dovesti do novih metoda za očuvanje bioloških materijala tokom dugih perioda, što je korisno za produženje roka trajanja određenih lekova ili vakcina, ili čak celih organa koji čekaju na transplantaciju.
