Wissenschaftler haben kürzlich eine Schlüsselzutat im Arsenal der Superkräfte der Tardigraden entschlüsselt und dabei herausgefunden, wie ein einzigartiges Protein in den beliebtesten mikroskopisch kleinen Wasserbären aller Menschen als Barriere gegen schädliche Strahlung wirkt.
Obwohl winzig, sind Tardigraden notorisch hart. Sie können extremen Bedingungen standhalten, die die meisten Lebensformen töten würden, einschließlich eiskalter Kälte, brütender Hitze sowie Vakuum und tödlicher Strahlung des Weltraums.
Aber was sind die chemischen Geheimnisse, die Tardigraden ihre nahezu Unverwundbarkeit verleihen? Um diese Frage zu beantworten, untersuchten die Forscher eine Verbindung, die nur in Tardigraden vorkommt: das sogenannte Schadensunterdrückungsprotein oder Dsup.
Es wurde zuvor festgestellt, dass die Schutzkräfte dieses Proteins über Tardigraden hinausgehen. Wenn Dsup menschlichen Zellen zugesetzt wird, schützt es vor Schäden durch Röntgenstrahlen. Und jetzt haben Wissenschaftler entdeckt, wie Dsup an Chromosomenstrukturen bindet und DNA vor den schädlichen Auswirkungen von Strahlung schützt, berichteten die Forscher in einer neuen Studie.
"Wir dachten, dieses faszinierende Protein in einem extremen Organismus könnte uns etwas Neues erzählen, das wir von normalen Proteinen nicht bekommen würden", sagte der Co-Autor der Studie, James Kadonaga, Professor an der Abteilung für Biowissenschaften der University of California in San Diego .
Obwohl Tardigraden unzerstörbar erscheinen mögen, benötigen sie Wasser, um aktiv zu sein und sich zu vermehren. In Abwesenheit von Wasser ziehen sie sich in eine Form der schwebenden Animation zurück, die als Tun-Zustand bezeichnet wird. Sie vertreiben Feuchtigkeit aus ihren Körpern und befinden sich in einer ausgetrockneten Schwebe, bis gastfreundlichere Bedingungen zurückkehren.
Tardigraden sind als Melodien für die meisten Formen von Schaden undurchlässig und können sogar nach Jahrzehnten wiederbelebt werden, möglicherweise sogar nachdem sie Zeit auf dem Mond verbracht haben. Möglicherweise wurden Tausende von Tonnen auf der Mondoberfläche verstreut, nachdem der israelische Mondlander Beresheet (der eine Nutzlast ausgetrockneter Wasserbären trug) am 11. April bei einem fehlgeschlagenen Landeversuch abgestürzt war. Unter bestimmten Bedingungen könnten diese gefriergetrockneten Tardigraden, wenn sie die Bruchlandung überleben, wieder zum Leben erweckt werden, berichtete Live Science zuvor.
Scheinbar unzerstörbar
Einige der Proteine, die es Tardigraden ermöglichen, nach dem Austrocknen wieder zu leben, kommen in anderen Organismen vor, aber Dsup ist ausschließlich Wasserbären vorbehalten. Und während frühere Studien herausfanden, dass dieses Protein menschliche Zellen gegen Röntgenstrahlung resistent machte, waren die Mechanismen, wie Dsup dies tat, ungewiss.
In der neuen Studie entdeckten die Forscher, dass Dsup an eine Struktur namens Chromatin bindet, eine Packung, die die langen DNA-Stränge einer Zelle in einer dichten Packung enthält, sagte Kadonaga gegenüber Live Science.
"Wir fanden heraus, dass es an Chromatin bindet. Dann fragten wir: 'Wie macht es es resistent gegen Röntgenstrahlen?'", Sagte er.
Wenn Zellen in Röntgenstrahlen getaucht werden, spalten sich Wassermoleküle und bilden hochreaktive Sauerstoff- und Wasserstoffpartikel, die als Hydroxylradikale bezeichnet werden. Diese Radikale können laut der Studie die DNA in Zellen schädigen.
"Wir dachten, 'Warum sehen wir nicht einfach, ob Dsup DNA vor Hydroxylradikalen schützen kann?' Und die Antwort lautet: Ja, das kann es ", erklärte Kadonaga. Hochenergetisches Dsup hat eine wolkenartige Struktur; Die Wolke umgibt die Chromatinhülle der DNA, blockiert Hydroxylradikale und verhindert, dass sie die zelluläre DNA zerstören, berichteten die Forscher.
"Jetzt, da wir wissen, wie es funktioniert hat, ist dies ein Sprungbrett, um es möglicherweise für praktische Anwendungen zu nutzen", sagte Kadonaga.
Indem Wissenschaftler zusammensetzen, wie Dsup auf immer genaueren Ebenen funktioniert, können sie es dann als Blaupause für den Aufbau anderer Arten von Proteinen verwenden - "bessere Versionen von Dsup" -, die Zellen noch wirksamer vor DNA-Schäden schützen, sagte Kadonaga . Diese neuen Proteine werden wahrscheinlich nicht zur Herstellung strahlenfester Menschen verwendet, aber sie könnten die Winterhärte von kultivierten Zellen verbessern, die für den Anbau von Arzneimitteln verwendet werden, fügte er hinzu.
"Sie können haltbarere Zellen haben, länger lebende Zellen. Dies könnte ein Fall sein, wenn Sie irgendeine Form von Dsup in diese Zelle einbauen", sagte er.
Die Ergebnisse wurden am Dienstag (1. Oktober) online in der Zeitschrift eLife veröffentlicht.
