Onderzoekers geloven dat zij de sleutel in handen hebben waarom tardigrades bijna alles kunnen overleven

Meld u aan voor de wetenschapsnieuwsbrief Wonder Theory van CNN. Verken het universum met nieuws over fascinerende ontdekkingen, wetenschappelijke vooruitgang en meer.

CNN
—

Tardigrades, ook bekend als waterberen, leven doorgaans in enkele van de meest uitdagende omgevingen op aarde. Deze microscopisch kleine dieren zijn zo ongewoon dat ze de wereld rondgereisd hebben Internationaal Ruimtestation Zoekopdracht.

Wanneer het moeilijk wordt, kunnen de verrassend krachtige wezens in een vorm van opgeschorte animatie terechtkomen, een zogenaamde 'tun-toestand'. Al decenia. Nu zeggen onderzoekers dat ze het mysterieuze mechanisme hebben ontdekt dat de overlevingsmodus bij dieren activeert – en het werk zou gevolgen kunnen hebben voor mensen – Volgens een nieuwe studie.

Onder stress in extreme kou of andere extreme omgevingsomstandigheden produceren de lichamen van tardigrades onstabiele vrije zuurstofradicalen en een ongepaard elektron, ook bekend als reactieve zuurstofsoorten, die de eiwitten en het DNA van het lichaam kunnen beschadigen als ze zich in overmaat ophopen. (Ja, deze oxidatieve stress is dezelfde fysiologische gebeurtenis die mensen ervaren Bij stress Waarom raden gezondheidsexperts aan om grote hoeveelheden… Bosbessen en andere antioxiderende voedingsmiddelen Als je een zware week hebt op het werk.)

De onderzoekers ontdekten dat het overlevingsmechanisme begint wanneer cysteïne, een van de aminozuren waaruit eiwitten in het lichaam bestaan, in contact komt met deze vrije zuurstofradicalen en wordt geoxideerd. Dit proces is het signaal dat de tardigrade laat weten dat het tijd is om naar de beschermingsmodus te gaan. De vrije radicalen worden als het ware de hamer die wordt gebruikt om het glas van een brandalarm kapot te slaan.

De resultaten werden op 17 januari gepubliceerd in het tijdschrift Eén pluspunt.

Deze onthulling zou uiteindelijk kunnen helpen bij de ontwikkeling van materialen die dat wel kunnen Reageren op extreme omstandigheden zoals de diepe ruimte Smithers, hoofdauteur van de studie en postdoctoraal onderzoeker aan het Dana-Farber Cancer Institute en de Harvard Medical School in Boston, of behandelingen die kankercellen kunnen ontwapenen.

in Meedogenloze habitats Zo divers als Antarctica, bergtoppen en diepzee-openingen, komen beerdiertjes tegen Extreme temperatuur Of de droogte zal hun acht armen intrekken en de hoeveelheid water die ze opslaan verminderen.

Beerbeertjes krimpen tot een kwart van hun normale grootte. De lineaire en enigszins dikke ongewervelde dieren veranderen in beschermende, droge ballen in de toon-staat, waar ze op de loer liggen in omgevingen die de meeste andere levensvormen zouden doden.

Smithers en onderzoekers van de Universiteit van North Carolina in Chapel Hill en de Marshall Universiteit in Huntington, West Virginia, zeiden dat ze dit fenomeen voor het eerst gingen onderzoeken dankzij een groeiende hoeveelheid literatuur die suggereerde dat cysteïne betrokken was bij het op gang brengen van het aanvalsproces.

“Toen we naar de lijst keken van al deze gekke omstandigheden waarin beerdiertjes kunnen overleven – ruimte, in een vacuüm, hoge zoutconcentratie zoals wanneer de oceaan begint te verdampen – was het enige dat al deze dingen echt met elkaar verbond, reactieve zuurstofsoorten, ' zei hij. Smithers. 'Het was eigenlijk een eureka-moment.'

In de afgelopen tien jaar zijn onderzoekers zich gaan realiseren dat reactieve zuurstofsoorten, vrije radicalen die ooit als een behoorlijk ‘probleem’ werden beschouwd, aldus Smithers, ‘echt belangrijk kunnen zijn voor het functioneren van ons lichaam en voor het vermogen om zich aan te passen aan verschillende spanningen.’

Eerdere studies zeiden dat in plaats van dat vrije radicalen het aanpassingsproces hielpen initiëren als bescherming tegen stressoren, beerbeertjes zichzelf beschermden tegen vrije radicalen. Smithers en haar collega's ontdekten dat de productie van vrije radicalen door het lichaam deel uitmaakt van het proces waarbij de tardigrade zichzelf helpt beschermen door zich op te krullen tot een harde bal die bestand is tegen extreme hitte, kou of andere omgevingsfactoren.

“We kwamen op het idee dat deze soorten de beerdiertjes misschien een signaal geven om hun controlestaat in te gaan,” zei ze.

Voordat Smithers het langere proces in het onderzoek opzette, nodigde hij een studente uit om haar te helpen een snel experiment uit te voeren en haar vroege hypothese over reactieve zuurstofsoorten en hun rol bij het initiëren van de vorming van vaten te testen.

Smithers vroeg de student om naar een apotheek te gaan en wat peroxide te halen, een veel voorkomende vrije radicaal. Terwijl Smithers het experiment via FaceTime bekeek, liet de student wat peroxide op een waterbeer vallen om te zien wat er zou gebeuren.

“Plots begon hij naar binnen te drukken. Zijn benen begonnen in zijn lichaam te dringen. Het begon samen te trekken. Het werd de perfecte toonhoogte waarvan we weten dat we die verwachten”, zei Smithers.

Er wordt niet alleen onderzoek gedaan om erachter te komen hoe dieren overleven in de barre omstandigheden waarin ze vaak leven. Smithers zei dat de bevindingen onderzoekers kunnen helpen materialen te ontwikkelen die kunnen reageren op extreme omstandigheden, zoals technische brandweeruitrusting die een beschermende barrière kan creëren. Wanneer de omstandigheden te zwaar worden – of de ontwikkeling van betere chemotherapiebehandelingen om kwaadaardige tumoren te vernietigen door beschermende maatregelen uit te schakelen die het doden van kankercellen erg moeilijk maken.

Deze bevinding windt dr. William R. Miller op, een onderzoeksassistent-professor aan de Baker University in Baldwin City, Kansas. Miller, die beerdiertjes heeft bestudeerd en erover heeft geschreven, was niet bij dit onderzoek betrokken.

“Het zou geweldig zijn om andere manieren te vinden waarop deze mechanismen kunnen worden gebruikt om kanker onder controle te houden,” zei Miller.

Miller zei dat hij onder de indruk was van het vermogen van Smithers om zich manieren voor te stellen waarop tardigrade-onderzoek zou kunnen worden geïmplementeerd in kankeronderzoek en op andere gebieden. Hij zei dat er “een ander niveau van redeneren en denken nodig is om de overdracht van een technologie of een reeks dingen naar een technologie die heel ver weg is te vinden. Daar hebben we meer van nodig.”

Jenna Schnewer Hij is een freelance schrijver, redacteur en audioproducent in Anchorage, Alaska, die zich (vooral) richt op wetenschap, kunst en reizen.