Tardigrade – sićušni superheroji

Da li ste čuli za tardigrade ili vodene medvediće? Da li znate da ovi sićušni organizmi mogu da prežive vakuum svemira, ekstremne temperature, pa čak i visok stepen radijacije? Baš zbog ovih sposobnosti i visoke tolerancije na različite uslove sredine, tardigrade se smatraju ekstremofilima, organizmima koji su se adaptirali na izuzetno nepovoljne uslove sredine. 

Vodeni medvedić pod mikroskopom

Izvor slike: https://www.smithsonianmag.com/science-nature/water-bears-tardigrades-master-dna-thieves-animal-world-180957371/

Vodeni medvedići

Tardigrade su vodeni beskičmenjaci, za čije je otkriće zaslužan nemački zoolog Goeze (1773. godine), neposredno nakon otkrića svetlosnog mikroskopa. Poznati su pod različitim nazivima, u svetu nauke kao tardigrade (ovako ih naziva italijanski biolog  Spalancani; naziv potiče od latinske složenice tardigradus koja označava  „sporog šetača, pešaka”), ali i kao medvedi mahovine, vodeni medvedić itd.

Telo je podeljeno na 5 segmenata. Poslednja 4 čine zdepasti trup, pri čemu svaki nosi po par ekstremiteta. Oni se završavaju sa po 4 ili 8 kandžica, kojima se koriste pri kratenju tako što se njima hvataju i gmižu, puze po podlozi. 

Telo im je presvučeno debelom hitinskom kutikulom, koja se periodično presvlači. Zanimljivo je da se na njoj često javljaju različite šare koje su, neretko, živo obojene. I pored malih dimenzija (0.1 mm – 1.2 mm), odlikuje ih dobro razvijen lestvičast nervni sistem, koji čini moždana ganglija i još 4 para ganglija.  Svaka zrela, odrasla jedinka tardigrade, iste vrste, sadrži isti broj ćelija – neke vrste, na primer, mogu imati i do 40 000 ćelija, dok je kod pripadnika drugih vrsta taj broj obično daleko manji.

Anatomija tardigrade

Izvor ilustracije: https://askabiologist.asu.edu/tardigrade-anatomy

Gde žive?

Kosmopoliti su. Interesantno je da je u polarnoj oblasti Špicberga, u 0,26 g suve mahovine, pronađena 121 jedinka vodenih medveda, što dokazuje izrazito veliku biomasu zastupljenu u polarnim oblastima i zoni tundre. Mogu se pronaći u jastucima mahovine (tresetu), ali i u vrelim izvorima, u sedimentima ledenih okeana, na livadama, u jezerima, barama, na kamenim krovovima i zidovima. Gde god se okrenuli, kuda god kročili, iako nesvesni toga, tardigrade su uvek oko nas; čineći, uprkos svom neuglednom izgledu i skromnim dimenzijama, važnu kariku u čitavoj biosferi.

Mogu da podnesu visok i dugotrajan stepen dehidratacije, pritom usporavajući metabolizam do 0,01% od uobičajenog i ulazeći u metabolički neaktivno stanje anhidrobioze.

Stanje anhidrobioze

Izvor slike: https://www.u-tokyo.ac.jp/focus/en/articles/a_00518.html

Tardigrade su jedini organizmi koji su, prema studiji iz 2008. godine, uspeli da prežive 10 dana u Zemljinoj orbiti. Takođe, intrigantna je njihova otpornost na radioaktivno zračenje.

Mogu da žive na različitim mestima, ali najviše ih ima na mahovini

Izvor ilustracije: https://grow.cals.wisc.edu/departments/front-list/seven-things-everyone-should-know-about-tardigrades

Kako preživljavaju?

Genomska DNK je konstantno izložena različitim genotoksičnim stresovima, kao što su visok stepen radijacije ili reaktivne kiseonične vrste, pri čemu dolazi do različitih nivoa fragmentacije i oštećenja molekula. Organizam se na različite načine bori protiv ovih štetnih agenasa, u prvom redu sprovodeći „popravke” oštećenih delova lanca DNK.

Tardigrade pokazuju visok stepen otpornosti na radioaktivno zračenje, kako u hidratisanom, tako i u dehidratisanom stanju. Nedavne studije dovele su do otkrića proteina karakterističnog za tardigrade koji se naziva Dsup  (Damage Associated Protein). Ovom proteinu se pripisuje funkcija „zaštitnika” DNK molekula. Dsup se  „obmota” oko nukleozoma (kompleksa histonskih proteina i DNK molekula) i ponaša se kao barikada koja štiti od radijacije.

Sprovedena su ispitivanja koja su podrazumevala umetanje Dsup gena u humane hepatocite(ćelije jetrinog parenhima). Nakon ekspresije gena, ćelije su izložene radioaktivnom zračenju. Ovakve ćelije pokazale su značajno manji  stepen fragmentacije, čak duplo. Promene su detektovane odmah nakon izlaganja zračenju, tako da nije bilo vremena za reparaciju molekula. Iz toga je zaključeno da Dsup ima ulogu, ne u reparaciji, već prvenstveno u smanjenju nivoa fragmentacije DNK.

Dsup protein čuva DNK od slobodnih radikala

Izvor ilustracije: https://www.eurekalert.org/news-releases/831316

Ozračivanje subletalnim nivoom zračenja dovodi do smanjenja proliferacije sisarskih ćelija. Ćelije u kojima je došlo do ekspresije Dsup gena pokazuju normalan stepen proliferacije. To znači da Dsup nema ulogu samo u zaštiti DNK molekula, već i da poveća toleranciju na radijaciju.

Stanje anhidrobioze objašnjeno je povećanom sintezom disaharida trehaloze, koji gradi staklasti matriks. Ovaj matris menja vodu u ćelijama tardigrada i štiti njene komponente od oštećenja usled odsustva vode.

Upravo otkriće i objašnjenje funkcija Dsup proteina i mehanizama anhidrobioze implicira da principi održanja vijabilnosti ekstremofilnih životinja mogu biti preneti i primenjeni, barem delom, u manje otporne organizme. Objašnjenje molekularnih mehanizama rezistencije na stres kod tardigrada omogućilo je čitav novi spektar istraživanja inženjeringa rezistencije kod drugih vrsta, uključujući i čoveka.

Izvor:

• https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6773438/
• https://www.uniprot.org/uniprot/P0DOW4
• Nelson, Diane R. et al. “Tardigrada”. Ecology And Classification Of North American Freshwater Invertebrates, 2010, pp. 455-484. Elsevier, doi:10.1016/b978-0-12-374855-3.00014-5. Accessed 18 Dec 2020.