Незамерзающая рыба показала свои экстремальные гены
Как антарктические рыбы умудряются не просто существовать, но и нормально жить при температурах, родных к точке замерзания воды? Ответ на данный каверзный вопрос интересные учёные ищут уже многие годы – человечеству такая «незамерзайка» ой как понадобилась бы.
Сейчас американские исследователи решили взглянуть в корень, в частности – изучить функции и гены биологического антифриза. И новая работа стала причиной полезному открытию.
Учёные из университета Иллинойса (University of Illinois at Urbana-Champaign) взялись изучить геном антарктического клыкача (Dissostichus mawsoni), дабы узнать, чем определяется его фантастическая выносливость.
Рыбы подотряда Notothenioidei обитают в ледяных водах Южного океана и составляют практически 90% рыбной биомассы этого региона. Как раз по данной причине генетики выбрали их в качестве подопытных.
Температура местных вод такова, что всё тело подводных жителей должно было бы превратиться в лёд. Но этого не происходит.
Из-за чего?
Dissostichus mawsoni — один из самых больших представителей нототениевых, может весить до 90 килограммов (фото Chris Cheng и Paul Cziko).
Тщательное изучение необыкновенных свойств нототениевых по сути началось в пятидесятые годы прошлого века. В 1960-х доктор наук Артур Деврис (Arthur DeVries) из университета Иллинойса в первый раз изолировал и обрисовал «белки-антифризы», каковые связывают кристаллы льда в крови рыб, не давая ей остановиться.
Организм жителей морских глубин создаёт их сам.
Артур прозвал найденные им вещества, не разрешающие телу рыб замёрзнуть, гликопротеины-антифризы (antifreeze glycoprotein — AFGP) (фото Kris Kuenning, NSF).
В подотряде Notothenioidei восемь семейств, пять из них обитают в Антарктике, нормально живя при низких температурах (-2–4 °C) и высоком содержании кислорода (что лучше растворяется в холодной воде и переходит в высокореакционные, вредные для тканей организма формы).
Несколько генетиков под управлением Кристины Чэн (Chi-Hing «Christina» Cheng), жены Девриса, решила узнать генетические базы экстремальной выносливости.
«Эта работа стала первым полномасштабным изучением всех биологических функций рыб, всю собственную жизнь от рождения и до смерти обитающих в поразительно холодной воде», — говорит Чэн.
Для начала учёные забрали под пристальный контроль характерного представителя нетотениевых —Dissostichus mawsoni. Кристина и её сотрудники желали узнать, экспрессия каких генов происходит у арктического клыкача самый массово.
Для этого они забрали четыре примера тканей: из мозга, яичников, почки и печени (главного кроветворного органа рыбы).
Чэн и её коллеги более 20 лет изучают в Антарктике семейство нототениевых (фото Chris Cheng).
Отметим, два года назад учёные установили, что печень практически не производит нужные для адаптации белки. Куда больше на благо рыбы трудятся экзокринная часть и желудок поджелудочной железы.
Сначала генетики сделали вывод, что у антарктических рыб будет происходить высокоэффективная экспрессия всех генов, каковые дают им возможность выживать при низкой температуре и высоком содержании кислорода. Не смотря на то, что кроме этого рассматривался вариант, в то время, когда конкретные ткани производят много определённых белков.
У рыб, обитающих в Антарктике, нет гемоглобина (таков механизм адаптации к воде, богатой кислородом).
Многие рыбы Южного океана практически прозрачные, и через их кожу в полной мере возможно рассмотреть внутренние органы (фото Uwe Kils).
«Мы поняли, что практически во всех случаях трудится конкретная несколько генов, — говорит Чэн. — В каждой ткани экспрессируются все вероятные гены, но та самая маленькая несколько цитопротективных генов экспрессируется много во всех тканях».
Потом учёные сравнили экспрессию генов D. mawsoni и неродственных ей рыб, обитающих в более тёплых водах Мирового океана, и узнали, что большая часть генов, нужных антарктической рыбе, практически не проявляют себя у других видов.
Личинки нототениевые смогут подрастать до 9 месяцев, и всё это время им кроме этого приходится испытывать на себе негативные условия среды (фото Chris Cheng Kevin Hoefling).
Среди последовательностей, несущих ответственность за выработку определённых белков много (upregulated genes), было найдено большое количество генов, кодирующих протеины, несущие ответственность за реакцию организма на негативное действие внешней среды. Таких учёные насчитали аж 177 семейств.
В частности, было найдено множество шаперонов (белков, чья основная функция восстановление верной третичной структуры повреждённых белков) и особенно «белков температурного шока» (heat shock protein), защищающих клетки от экстремальных температур. Кроме этого находились убиквитины — белки, поддерживающие здоровье клеток и маркирующие другие протеины перед процессом деградации.
Из-за незаконного вылова патагонского клыкача (Dissostichus eleginoides) уже с 1970-х страдают пищевые цепи южных частей сходу нескольких океанов.
Учёные волнуются, что та же будущее угрожает и Dissostichus mawsoni (фото с сайтов foodluvin.com и dailymail.co.uk).
Помимо этого, в геноме антарктического клыкача эти протеины видятся от 3 до 300 раз чаще, чем у его тепловодных «собратьев», что кроме этого увеличивает сопротивляемость рыбьего организма экстремальным условиям.
Сейчас учёные занимаются изучением влияния на антарктические виды рыб трансформации климата (увеличения температуры воды). Им предстоит узнать, сможет ли приспособиться D. mawsoni к новым условиям.
Так как в случае если вымрут антарктические клыкачи, пострадают все пищевые цепочки Южного океана.
Юные нототениевых во льду.
Молодняк весит порядка 13-18 килограммов, исходя из этого солидную часть его отлавливают, не ждя, в то время, когда рыбы подрастут (Chris Cheng Kevin Hoefling).
Подробнее о совершённом изучении просматривайте в пресс-релизе университета, в статье авторов открытия, вышедшей в PNAS. Кроме этого университет Иллинойса подготовил для ознакомительных целей это слайд-шоу.
Сказать о практическом применении взятых данных на пользу человеку до тех пор пока, само собой разумеется, рано. Данное изучение скорее фундаментальное, чем прикладное.
Но смогут ли учёные спустя десятилетия посредством новых открытий создать какой-то особенный антифриз для механизмов и продуктов либо (в случае если уж совсем размечтаться) улучшить способности к выживанию при низких температурах самого человека – не знает никто.
