Superfuqitë e pabesueshme të arinjve dhe arinjve të ujit

informacion për kafshët » Insectos » Superfuqitë e pabesueshme të arinjve dhe arinjve të ujit

Kafshët fshehin sekrete autentike brenda biologjisë së tyre superfuqi të mahnitshme që shkenca sapo ka filluar ta deshifrojë. Disa gjitarë mezi e zhvillojnë kancerin, të tjerë i rezistojnë dozave brutale të rrezatimit dhe ka specie të afta të kalojnë muaj të tërë të palëvizshëm, pa ushqim ose ujë, dhe të kthehen në aktivitet sikur të mos kishte ndodhur asgjë. Gjëja më e habitshme është se shumë nga këto bëma ekstreme nuk janë magjike: ato janë të gdhendura në ADN-në e tyre.

Midis të gjithëve, yjet e padiskutueshëm janë arinjtë dhe të ashtuquajturit arinj uji, tardigradët. Të parët janë të shquar për aftësitë që lidhen me letargjinë dhe metabolizminNdërsa këto të fundit kanë fituar titullin e kafshëve më të forta në planet duke i mbijetuar kushteve që do të shkatërronin pothuajse çdo formë tjetër jete. Të kuptuarit se si e bëjnë këtë nuk është vetëm çështje kurioziteti: mund të ndryshojë mjekësinë njerëzore në dekadat e ardhshme.

Superfuqitë e kafshëve: kur evolucioni bëhet krijues

Shumë kohë para se të flisnim për superherojtë e librave komikë, natyra kishte shpërndarë tashmë fuqi të jashtëzakonshme midis kafshëvePër shembull, elefantët tregojnë një incidencë çuditërisht të ulët të kancerit, pavarësisht se kanë një jetëgjatësi të ngjashme me atë të njerëzve dhe një trup me shumë më tepër qeliza, gjë që në teori do të nënkuptonte më shumë mundësi që diçka të shkojë keq.

Studiuesit në Universitetin e Utahut zbuluan se elefantët posedojnë dhjetëra kopje shtesë të një gjeni që kodon proteinën p53, një... molekulë kyçe në shtypjen e tumoritKjo proteinë vepron si një lloj mbrojtësi, duke zbuluar dëmtimin e ADN-së dhe duke urdhëruar që qeliza të riparohet ose eliminohet nëse rreziku i transformimit kanceroz është i lartë. Elefantët jo vetëm që kanë më shumë kopje të këtij gjeni, por kanë edhe një sistem shumë më efikas për largimin e qelizave të rrezikshme nga qarkullimi.

Delfinët janë një tjetër shembull interesant. Këta cetace shfaqin një mbrojtje e veçantë kundër mpiksjes së gjakutKy është një problem që, tek njerëzit, lidhet me ataket në zemër, goditjet në tru dhe sëmundje të tjera të rënda kardiovaskulare. Edhe pse mekanizmat specifikë janë ende nën hetim, fiziologjia e tyre, e përshtatur ndaj zhytjeve të thella dhe ndryshimeve të papritura të presionit, ka rezultuar në gjak që është më pak i prirur për të formuar mpiksje vdekjeprurëse të gjakut.

Të marra së bashku, këto kafshë tregojnë se evolucioni ka rafinuar zgjidhje shumë të ndryshme për kërcënimet e zakonshme, të tilla si kanceri ose sëmundjet kardiovaskulare. Çelësi qëndron në gjenomën e tijDhe këtu hyn në lojë puna e disa ekipeve shkencore, ekipe që kanë vendosur t’i gjurmojnë këto veçori gjenetike me një xham zmadhues.

Arinjtë dhe letargjia: mjeshtra të obezitetit të shëndetshëm

Një nga enigmat e mëdha të biologjisë është se si disa kafshë mund të... hibernoni për muaj të tërë pa e shkatërruar trupin tuajnjë proces i ndryshëm edhe nga gjumi i gjitarëve të mëdhenj si p.sh. Si flenë hipopotamëtArinjtë janë shembulli më i mirë: ata grumbullojnë rezerva të mëdha yndyre para dimrit, pothuajse ndalojnë së lëvizuri plotësisht, nuk hanë ose pinë dhe mezi urinojnë ose defekojnë. Megjithatë, kur zgjohen, ata nuk paraqesin ndërlikimet serioze që një person do të vuante në kushte të ngjashme.

Tek njerëzit, shtimi i shumë peshës në një kohë të shkurtër dhe mbajtja e periudhave të gjata të pasivitetit do të ishte receta perfekte për zhvillimin e obezitetit morbid, rezistencës ndaj insulinës, diabetit të tipit 2, hipertensionit, mpiksjes së gjakut, atrofisë muskulore dhe një liste të gjatë problemesh të tjera. Megjithatë, tek arinjtë, ky proces është i kthyeshëm dhe i kontrolluarAta hyjnë dhe dalin nga gjendja e obezitetit funksional pa lënë gjurmë të sëmundjes kronike.

Për ta kuptuar më mirë këtë aftësi, shkencëtarët Christopher Gregg dhe Elliot Ferris, gjithashtu nga Universiteti i Utah-ut, analizuan gjenomet e disa gjitarëve që bien në dimër, jo vetëm të arinjve. Qëllimi i tyre ishte të gjenin sekuencat e ADN-së që u lejojnë këtyre kafshëve të bëhen obezë "mjaft lehtë", si të thuash, dhe më pas të kthehen në normalitetin metabolik pa dëmtime afatgjata.

Në studimin e tyre, të botuar në revistën Cell Reports, ata përfshinë katër specie që kalojnë nëpër periudha të zgjatura përgjumjeje: iriqi i vogël tenrec (Echinops telfairi), ketri i tokës me trembëdhjetë vija (Ictidomys tridecemlineatus), lemuri gri i miut (Microcebus murinus) dhe lakuriqi i vogël kafe (Myotis lucifugus). Të gjitha këto kafshë i zvogëlojnë funksionet e tyre jetësore në minimum. gjatë letargjisë.

Rasti i ketrit është veçanërisht mbresëlënës: rrahjet e zemrës së tij mund të bien nga rreth 200 rrahje në minutë në vetëm pesë, dhe frymëmarrja e tij, e cila normalisht tejkalon njëqind frymëmarrje në minutë, reduktohet në një frymëmarrje të vetme çdo disa minuta. Pavarësisht këtij ngadalësimi rrënjësor, organizmi nuk shkatërrohetQelizat përshtaten dhe kafsha mbijeton për muaj të tërë pothuajse pa konsum ushqimi ose prodhim mbeturinash.

Gjenetika e letargjisë: çelësa të fshehur në ADN

Për të zbuluar se çfarë i bën këta dimërues kaq të veçantë, studiuesit krahasuan ADN-në e tyre me atë të njerëzve të shëndetshëm dhe gjithashtu me atë të njerëzve të prekur nga sëmundja. Sindroma Prader-WilliNjë sëmundje gjenetike e karakterizuar nga një oreks i pangopur dhe obezitet ekstrem. Ideja ishte të identifikoheshin rajone të përbashkëta të gjenomit që sillen shumë ndryshe në të gjitha speciet.

Ky krahasim dha një hartë të qindra sekuencave që lidhen me kontrollin e peshës dhe metabolizmin. Në mënyrë specifike, ata gjetën 364 elementë gjenetikë që duket se veprojnë si Rregullatorët kryesorë të letargjisë dimërore dhe obezitetitKëto rajone nuk janë gjene klasike që kodojnë proteinat, por më tepër fragmente të ADN-së që funksionojnë si çelësa, duke aktivizuar ose çaktivizuar gjenet fqinje sipas nevojave të kafshës.

Shumë nga këto zona janë të vendosura pranë gjeneve të përfshira në obezitetin njerëzor. Me sa duket, dimëruesit kanë mësuar ta përdorin të njëjtin material gjenetik në një mënyrë tjetër: Programet "e sigurta" për obezitetin po aktivizohen kur u duhet të ruajnë yndyrën dhe pastaj t'i çaktivizojnë ato, duke shmangur dëmin që në specien tonë shoqërohet me ndryshime të tilla të menjëhershme.

Ndërkohë, studime të tjera të botuara në revistën Science janë përqendruar në një grup gjenesh të njohura si lokusi FTO (për "masën dhjamore dhe obezitetin"). Tek njerëzit, ky rajon është një nga Faktorët kryesorë gjenetikë të rrezikut për obezitetinPor te kafshët që janë në dimër, duket se është ricikluar për të kryer një funksion të dobishëm.

Ekipi në Universitetin e Shëndetit të Utahut vëzhgoi se te këta gjitarë ekzistojnë sekuenca specifike të ADN-së rreth FTO-së që rregullojnë me shumë saktësi aktivitetin e gjeneve aty pranë. Këto sekuenca veprojnë si një dirigjent orkestre molekulareAto rrisin ose ulin "vëllimin" e disa gjeneve të përfshira në akumulimin dhe përdorimin e yndyrës, duke u lejuar kafshëve të shëndoshen para dimrit dhe më pas të konsumojnë ngadalë rezervat e tyre gjatë letargjisë.

Nga pylli në klinikë: çfarë mund të na mësojnë kafshët që bien në dimër

Ajo që është vërtet interesante është se edhe njerëzit e kanë atë Lokusi FTO dhe shumë rajone gjenetike të ngjashmeDallimi është se, gjatë gjithë evolucionit tonë, këta çelësa janë konfiguruar ndryshe, kështu që tani na predispozojnë ndaj obezitetit dhe çrregullimeve metabolike në vend që të na ndihmojnë të flemë në letargji ose të menaxhojmë luhatjet e mëdha në peshë pa pasoja.

Puna e udhëhequr nga Chris Gregg dhe kolegët e tij sugjeron që të njëjtat elementë të ADN-së që lejojnë fleksibilitet metabolik te ata që kalojnë dimrin janë bërë thembra e Akilit tek ne. Megjithatë, ato hapin gjithashtu derën për një ide shumë interesante: ndoshta Potenciali për të aktivizuar disa "superfuqi metabolike" mund të jetë ende aty, i fshehur në gjenomin tonë.dhe e tëra çfarë nevojitet është të gjesh një mënyrë për të rirregulluar ato çelësa.

Për të testuar këto hipoteza, shkencëtarët kanë përdorur modele minjsh, duke modifikuar në një mënyrë të kontrolluar disa nga rajonet specifike rregullatore të kafshëve që hyjnë në dimër. Kur ata ndryshojnë një fragment të vetëm të ADN-së, efektet shtrihen përtej gjenit FTO, duke ndikuar në funksionin e shumë gjeneve të ndërlidhura, siç shpjegohet nga autore të tilla si Susan Steinwand. Një ndryshim i vogël mund të ketë pasoja të gjera dhe të koordinuara në metabolizëm.

Ky lloj zbulimi ka nxitur zhvillimin e teknikave të redaktimit epigjenomik me precizion të lartë. Laboratori i Gregg po bashkëpunon me studiuesin Jason Gertz për të hartuar një teknologji të bazuar në CRISPR që do të lejonte modifikojnë "konfigurimin" epigjenetik të rajoneve specifike të gjenomit njerëzor. Qëllimi, në të ardhmen, do të ishte përshtatja e aktivitetit metabolik në një mënyrë të personalizuar ose trajtimi i obezitetit duke vepruar drejtpërdrejt në këto çelësa rregullatorë.

Edhe pse mund të tingëllojë si fantastiko-shkencore për momentin, premisa është e qartë: nëse mund ta kuptojmë se si kafshët që bien në dimër shmangin diabetin, humbjen e muskujve, neurodegjenerimin ose plakjen e përshpejtuar gjatë periudhave të tyre të gjata të qetësisë, mund të frymëzohemi nga këto mekanizma për të... të hartojnë terapi kundër diabetit të tipit 2, dëmtimit të trurit nga goditja në tru ose përkeqësimit të lidhur me moshënNuk do të bëhej fjalë për vënien në letargji të njerëzve, por për kopjimin e trukeve të mbrojtjes qelizore që funksionojnë tashmë te speciet e tjera.

Arinjtë e ujit: superherojtë mikroskopikë të planetit

Nëse arinjtë dhe gjitarët e tjerë që bien në dimër përfaqësojnë anën metabolike të superfuqive të kafshëve, tardigradët mishërojnë... Rezistencë ekstreme në formën e saj më të pastërTë njohur edhe si arinj uji ose derrkucë myshku, këta jovertebrorë të vegjël —me përmasa më pak se një milimetër— duken si diçka e dalë nga një film fantastiko-shkencor.

Në shikim të parë, trupat e tyre të shëndoshë dhe tetë putrat me kthetra u japin atyre një pamje tërheqëse, pothuajse komike. Por pas asaj pamjeje bamirëse fshihet një krijesë e aftë të durojë temperaturat që variojnë nga nxehtësia përvëluese prej 150°C deri në zero absoluteAto janë aq të forta saqë, pasi ngrihen, mund të shkrihen dhe të vazhdojnë të ecin sikur të mos kishte ndodhur asgjë.

Toleranca e tyre shkon përtej temperaturës. Tardigradët mund t’i rezistojnë presioneve ekuivalente me qindra herë atë të atmosferës së Tokës dhe dozave vdekjeprurëse të rrezatimit, si rrezeve X ashtu edhe rrezatimit ultravjollcë. Ata madje i kanë mbijetuar vakumit të hapësirës: në vitin 2007, mijëra prej këtyre krijesave të vogla udhëtuan në një mision hapësinor dhe u ekspozuan drejtpërdrejt ndaj mjedisit hapësinor në një lartësi prej rreth 270 km. Pas kthimit të tyre, shumica ishin ende gjallë dhe riprodhoheshin pa probleme..

Ky kombinim i rezistencës termike, mekanike dhe radiologjike i ka hutuar shkencëtarët për vite me radhë. Nuk është ekzagjerim të thuhet se tardigradët, për aq sa dimë ne, janë format më jetëgjata të jetës në TokëAftësia e tyre për të hyrë në gjendje afër "vdekjes së dukshme" dhe më pas për t'u riaktivizuar i bën ato, për shumë njerëz, kandidatët e përsosur për skenarë ekstremë, përfshirë hapësirën kozmike.

Në fakt, ka shumë të ngjarë që të ketë tardigradë që pushojnë në sipërfaqen e Hënës. Një sondë hapësinore izraelite që u rrëzua mbante një "bibliotekë hënore" me miliona faqe informacioni dhe mostra të ADN-së njerëzore, përveç tardigradëve të dehidratuarDisa janë të ruajtura në qelibar artificial, ndërsa të tjerë janë të bashkangjitur në shirita. Bashkëthemeluesi i saj, Nova Spivack, është i bindur se shumë prej këtyre arinjve të ujit janë ende atje, në animacion të pezulluar, duke pritur të lirohen përsëri në ujë.

Animacioni i pezulluar i tardigradëve: të jetosh në 0,01%

Truku qendror i tardigradëve është aftësia e tyre për të hyrë në një gjendje të animacion ekstrem i pezulluarteknikisht i njohur si kriptobiozë. Kur mjedisi bëhet armiqësor - mungesa e ujit, temperaturat ekstreme, rrezatimi - kafsha tkurret, tërheq kokën dhe këmbët dhe transformohet në një lloj kapsule të thatë të quajtur "tullë".

Në këtë gjendje, ata nxjerrin pothuajse të gjithë ujin nga trupat e tyre, duke mbajtur vetëm rreth 1% të vëllimit të tyre të zakonshëm. Metabolizmi i tyre ngadalësohet në një pjesë shumë të vogël, rreth 0,01% të aktivitetit normal. Nga jashtë, ata duken fjalë për fjalë të vdekur: nuk hanë, nuk lëvizin, Ata praktikisht nuk tregojnë shenja jete.Megjithatë, ato ruajnë aftësinë për t'u riaktivizuar kur kthehen kushtet e favorshme.

Gjëja e pabesueshme është se kjo gjendje letargjie mund të zgjasë me vite ose edhe dekada. Ka raste të dokumentuara të tardigradëve që, pasi kanë qëndruar të tharë për periudha shumë të gjata, janë rikthyer në jetë thjesht duke u rehidratuar. Thjesht shtoni ujë për të aktivizuar "butonin e ndezjes". dhe kafsha i rikthen të gjitha funksionet e saj, sikur dikush të kishte shtypur një buton shumë të gjatë pauze.

Kjo aftësi nuk është vetëm një truk i çuditshëm, por një mjet mbijetese tepër i fuqishëm. Falë saj, tardigradët kanë kolonizuar pothuajse çdo habitat në planet: nga pellgjet dhe myshku te toka, shkretëtirat, dyshemeja e oqeaneve dhe tani, ndoshta, sipërfaqja hënore. Biologjia e tyre tregon se jeta mund të... për t'i bërë ballë kushteve që dukeshin të papajtueshme me vazhdimësinë e organizmave komplekse.

Kriptobioza, e kombinuar me qëndrueshmërinë e tyre strukturore, i bëri ata kandidatë idealë për projekte si biblioteka hënore e Fondacionit Arch Mission. Atje, përveç ADN-së së tyre, udhëtoi një arkiv i gjerë me mbi 30 milionë faqe informacioni rreth njerëzimit, të rregulluara si një vend i veçantë. Plani B përballë katastrofave të mundshme globaleEdhe pse tardigradët mezi mund të ringjalleshin në Hënë, teorikisht ata mund të rikuperoheshin dhe të ktheheshin në Tokë për të studiuar se si i ka ndikuar ai mjedis ekstrem.

Mbrojtja nga rrezatimi: proteina e mrekullueshme e ariut të ujit

Përtej kriptobiozës, tardigradët kanë një tjetër as në mëngë: një proteinë të aftë për të për të mbrojtur ADN-në nga dëmtimet e shkaktuara nga rrezet XStudiuesit në Universitetin e Kiotos, të udhëhequr nga Takekazu Kunieda, renditën gjenomin e këtyre kafshëve dhe gjetën një proteinë specifike - të pranishme vetëm te tardigradët - që aktivizohet kur organizmi rrezatohet.

Pas analizimit të funksionit të saj, ata zbuluan se kjo proteinë vepron si një mburojë e vërtetë molekulare. Kur shprehet në qelizat njerëzore në laborator, sasia e dëmtimit të ADN-së pas ekspozimit ndaj rrezatimit zvogëlohet afërsisht përgjysmë. Me fjalë të tjera, Një gjen i vetëm nga një tardigrad është i mjaftueshëm për të përmirësuar ndjeshëm rezistencën e qelizave njerëzore ndaj rrezatimit..

Ky rezultat i la studiuesit pa fjalë, sepse tregon se disa tipare ekstreme mund të jenë, të paktën pjesërisht, të transferueshme midis specieve. Nëse konfirmohet dhe përpunohet, një mjet i tillë mund të ketë zbatime të mëdha: nga për të mbrojtur indet e shëndetshme gjatë trajtimeve me radioterapi për të përmirësuar sigurinë e punëtorëve të ekspozuar ndaj rrezatimit apo edhe të astronautëve.

Por surprizat nuk mbarojnë këtu. Kur një tardigrad thahet pothuajse plotësisht, ADN-ja e tij ndahet në fragmente të shumta të vogla. Në kushte normale, një dëmtim kaq masiv do të ishte vdekjeprurës për çdo organizëm, por këto kafshë kanë mekanizma jashtëzakonisht efektivë të riparimit të ADN-sëGjatë rehidrimit, ato rindërtojnë kromozomet e tyre pjesë-pjesë pa gabime të rëndësishme dhe rikuperojnë gjendjen e tyre të mëparshme.

Nëse aftësia për të toleruar një tharje kaq ekstreme dhe për të riparuar një ADN kaq të dëmtuar mund të transferohej, qoftë edhe pjesërisht, te qelizat e tjera shtazore, kjo mund të revolucionarizonte fusha të tilla si ruajtja e indeve, organeve dhe ushqimit. Disa shkencëtarë parashikojnë një të ardhme ku kjo është e mundur. ruajini qelizat, kulturat, mishin ose peshkun në formë të thatë për vite me radhë pa humbje të cilësisë biologjike, duke u frymëzuar nga biologjia e këtyre arinjve të ujit. Megjithatë, të gjithë pajtohen se jemi ende larg nga të bërit diçka të tillë praktikisht dhe etikisht tek njerëzit.

A kemi edhe ne superfuqi të fshehura?

Pyetja e madhe që qëndron pezull mbi të gjitha këto studime është nëse njerëzit i ruajnë, në një farë forme, potencialin gjenetik për të aktivizuar aftësi të ngjashme me ato të kafshëve që bien në dimër ose tardigradëve. Përgjigja që po del nuk është një po e prerë, por as një jo absolute: ne ndajmë një pjesë të mirë të "hardware"-it gjenetik, megjithëse "konfigurimi" ynë epigjenetik dhe rregullator është i ndryshëm.

Studimet mbi vendndodhjen FTO dhe rajonet rregullatore të shoqëruara tregojnë se e njëjta zonë e gjenomit mund të ketë efekte shumë të ndryshme në varësi të mënyrës se si është organizuar rrjeti juaj i switch-eveNë specien tonë, disa modele rrisin rrezikun e shtimit në peshë dhe zhvillimit të sindromës metabolike. Tek kafshët që janë në dimër, ndryshimet në të njëjtat zona u lejojnë atyre të grumbullojnë yndyrë për përdorim të përkohshëm pa pasoja shkatërruese dhe mbrojnë organet e ndjeshme si truri dhe zemra.

Kjo i bën disa studiues të sugjerojnë se ndoshta nuk kemi nevojë të importojmë gjene ekzotike për të përmirësuar shëndetin tonë, por të mësojmë të menaxhojmë më mirë ato që kemi tashmëMe fjalë të tjera, gjenomi njerëzor mund të përmbajë zgjidhje latente kundër sëmundjeve që lidhen me moshën, obezitetin ose degjenerimin neuronal, të cilat aktualisht janë "të fikura" ose të rregulluara dobët.

Për të arritur në atë pikë, nevojiten harta gjithnjë e më të sakta se si bashkëveprojnë këto rajone rregullatore në specie të ndryshme. Qasja krahasuese - duke krahasuar gjenomet e njerëzve, arinjve, ketrave, lemurëve, lakuriqëve të natës dhe gjitarëve të tjerë - na lejon të identifikojmë modelet e ruajtjes dhe ndryshimit që tregojnë për nyjet vërtet kritike të rrjetit gjenetikPasi të lokalizohen, mund të testohen strategji ndërhyrjeje më racionale dhe më të sigurta.

Është e vërtetë që, për momentin, shumë nga këto aplikime janë projekte të së ardhmes dhe se përkthimi i tyre në praktikën klinike do të kërkojë kohë. Por mesazhi themelor është shumë i fuqishëm: "Superfuqitë" e arinjve, të atyre që bien në dimër dhe të tardigradëve nuk janë mrekulli të pashpjegueshme.por më tepër rezultat i kombinimeve shumë specifike të gjeneve dhe rregullatorëve. Të kuptuarit e këtyre kombinimeve mund të na ndihmojë të hartojmë trajtime të reja, të vlerësojmë më mirë rrezikun individual të sëmundjeve metabolike dhe të orientojmë stilet e jetesës dhe terapitë në një mënyrë më të personalizuar.

Duke parë të gjithë këtë pamje, bëhet e qartë se superfuqitë e arinjve, të atyre që kalojnë dimrin dhe të arinjve të ujit përfaqësojnë shumë më tepër sesa thjesht kuriozitete biologjike. Brenda gjenomeve të tyre janë të fshehura të dhëna rreth... Si t’i rezistosh kancerit, të modulosh metabolizmin, të ngadalësosh neurodegjenerimin, të rezistosh ndaj rrezatimit dhe të mbijetosh në kushte ekstremeShkenca sapo ka filluar ta përkthejë atë gjuhë, por çdo zbulim i ri përforcon idenë se disa nga këto aftësi, në një farë mënyre, mund të jenë brenda mundësive të specieve tona.