Комары-экстремалы научат человека обходиться без воды
Русские ученые узнали, как гены оказывают помощь выживать при обезвоживании
Русские ученые со собственными сотрудниками из Японии и США изучили генетические приспособления организма к обезвоживанию.
Кое-какие виды смогут существовать в условиях для того чтобы сильного обезвоживания, которое для остальных совсем несовместимо с судьбой, наряду с этим их тело теряет более 97% содержащейся в нем воды.
Биологи нашли, какие конкретно гены и как делают это неосуществимое вероятным, собственные результаты они разместили в издании Nature Communications.
От России в работе принимали участие эксперты Университета фундаментальной биологии и медицины Казанского федерального университета, факультета биоинженерии и биоинформатики, Института и биологического факультета физико-химической биологии им. Белозерского МГУ, и НИИ физико-химической медицины.
Приспособление к обезвоживанию дает организмам свойство выживать в, казалось бы, совсем не годящейся для жизни среде: в температурном диапазоне от минус 270 до плюс 102 градусов, в вакууме, при экстремально высокой дозе радиации и пр. Такая свойство может кроме этого радикально продолжить срок судьбы, разрешая волноваться в высушенном состоянии десятки а также тысяч лет перед тем, как снова насытиться водой и возвратиться к активной жизнедеятельности.
У многоклеточных животных такая свойство видится редко. Самый большой и сложно устроенный представитель фауны, что это может, относится к насекомым, причем это единственный пример в мире беспозвоночных членистоногих.
Это личинка комара-звонца Polypedilum vanderplanki. Комары-звонцы — небольшие летающие над водой насекомые, человека они не кусают, а их личинки привычны всем любителям аквариумных рыбок называющиеся мотыль.
Ученые сравнили геномы двух видов комаров-звонцов: P. vanderplanki, что способен переносить обезвоживание, и P. nubifer, что этим качеством не владеет.
Цель была в том, чтобы сравнить их и отыскать то, что на генном уровне снабжает устойчивость к дегидратации.
О том, как раскрывали секрет комара, «Газете.Ru» поведал первый создатель статьи, ведущий руководитель лаборатории и научный сотрудник «Экстремальная биология» Университета фундаментальной биологии и медицины Казанского федерального университета Олег Гусев.
— Из-за чего как раз комары-звонцы?
— Я со студенческого возраста занимался экстремальными адаптациями, и мой научный руководитель в Японии сообщил мне: выбирай чемпионов, таких животных, аналогов которым нет. Личинки комара — это весьма увлекательный пример того, как на безлюдном месте за достаточно непродолжительный срок может показаться суперустойчивость.
Это таковой аналог людей Х, где одна либо пара мутаций давали суперспособность живым существам.
Комары-звонцы — это огромная несколько, но почему-то среди 350 видов, живущих в мире, показался один, что выработал у себя свойство волноваться полное обезвоживание (это именуется криптобиоз). Он может выживать кроме того в вакууме, в открытом космосе.
Это весьма увлекательный биологический феномен — происхождение с нуля совершенной защиты. И это привлекательная модель для сравнительной геномики, чтобы выяснить, что должно было измениться, дабы показалось такая устойчивость.
Помимо этого, данный вид — самый сложный из криптобионтов, животных, каковые смогут волноваться экстремальное обезвоживание.
P. vanderplanki обитает в Африке, в Нигерии, где десять месяцев засухи в году. Второй вид, P. nubifer, — это обычный представитель комаров-звонцов.
Эти виды весьма похожи, но, в случае если сушить личинок тех и других, в одном случае это будет смерть, в другом — выживание.
Геномы у них мелкие и весьма схожи между собой. Но при обезвоживании у нигерийского комара активировались особенные группы генов, они в его геноме размножились и обеспечили синтез белков, каковые давали молекулярную защиту.
Они направлены на то, дабы не хранить воду внутри, а отдавать ее наружу и замещать вторыми молекулами в качестве молекулярного щита.
— А что это за гены?
— Мы вычисляем, сундучок с сокровищами лишь приоткрылся: куда ни посмотри, в этом организме нам раскрываются необычные вещи. Первое — у него появляются белки, каковые при дегидратации замещают воду.
Они именуются LEA-белками, эти белки в большинстве случаев накапливаются в семенах растений, благодаря чему семена устойчивы к высушиванию. И оказалось, что у животных, способных к криптобиозу, эти белки также показались.
Вероятнее, эти гены были перенесены в их геном бактериями. И мы нашли этому подтверждение.
Вторая несколько — это гены антиоксидантов. При высушивании в клетках накапливается много свободных радикалов. С ними борется совокупность антиоксидантной защиты, но ее одной не хватает.
Комары в дополнение к хорошему комплекту антиоксидантов развили у себя в геноме дополнительный комплект антиоксидантов, каковые наряду с этим активируются.
Третья несколько — это несколько ферментов, каковые предотвращают старение белков. С возрастом кое-какие аминокислоты повреждаются, исходя из этого белки стареют, клетка стареет и умирает.
Но имеется фермент, что может частично восстанавливать поврежденные аминокислоты.
А у комара кроме одного для того чтобы гена имеется еще 13 дополнительных генов.
Помимо этого, комары-звонцы — единственные насекомые, у которых имеется гемоглобин, применяемый для дыхания. Их личинки — это мотыль, они красные.
И у них имеется гены гемоглобина, каковые при обезвоживании активизируются.
Наконец, один из наиболее значимых компонентов устойчивости — сахар трегалоза. Вода в теле личинки при обезвоживании замещается на комбинацию сахар и белков-трегалозу.
И гены фермента, что делает данный сахар, также активизируются.
— Имеет ли ваше изучение какое-то использование на практике?
— При подаче на одну из грантовых программ один критик написал: «Ну это же у вас комары, как вы имеете возможность перенести их на людей? Одно дело комаров сушить, второе — людей».
Но данный комментарий неверен. Комары — это пример для подражания, биомиметики, в то время, когда мы пробуем применять способности другого вида на пользу человеку.
Мы планируем и уже ведем пара постгеномных направлений изучений. Первое касается нового подхода в биотехнологии.
С применением ДНК комара мы взяли генные конструкции для переноса нужного гена и уже подготавливаемся их патентовать для синтеза целевых белков в культуре клеток комара.
Второе — мы пробуем научить клетки животных (к примеру, ооциты) и человека обходиться без воды.
Сейчас мы знаем, какие конкретно компоненты для этого необходимы. В составе интернациональной группы на базе Казанского университета мы трудимся над этим.
Особенно приятно, что на данный момент эти отечественные изучения, их разные направления приобрели помощь сходу из нескольких русских источников, включая Минобразования, Российский научный и Российский фонд фундаментальных изучений.
— А где это может понадобиться?
— на данный момент огромное значение покупают биобанки для долгого хранения биоматериала, к примеру банки пуповинной крови. На сегодня они весьма зависимы от электричества.
Мы занимаемся возможностями сохранения в жизнеспособном состоянии клеток без воды (соответственно, в возможности и холодильники не необходимы). Представьте, какие конкретно возможности раскрываются для, к примеру, военных разработок: в поле возможно высушенные клетки крови затопить , а позже применять.
— Поведайте, как вы сотрудничали с зарубежными учеными и какая часть изучений делалась в Российской Федерации.
— Вся история про комара весьма интернациональная. Он живет в единственном месте в Нигерии. И 20 лет назад один японский ученый раскопал статьи и организовал группу, занимающуюся криптобиозом.
Я по окончании получения PhD какое-то время трудился в данной группе, и у нас появилась мысль объединенного проекта.
Но так сложилось, что главная часть секвенирования и большая часть генетического анализа данных была сделана в Российской Федерации, в группе Марии Логачевой и Алексея Кондрашова.
Это достаточно беспрецедентный случай, в то время, когда самая высокотехнологическая, приборная часть осуществилась в Российской Федерации.
Организованная на средства мегагранта лаборатория, по сути дела, вытянула на себе целый генетический проект. Отечественная несколько в Казанском университете проводила аннотацию геномов, сравнение данных и часть секвенирования и анализа отдельных групп генов делались в Японии.
Но одним из локомотивов данной работы были русские ученые, и я считаю, что это отлично.
Источник: Н. Маркина, www.gazeta.ru
На заставке фото с сайта macroid.ru
