Onderzoekers geloven dat ze de sleutel hebben waarom beerdiertjes bijna alles kunnen overleven

By | February 5, 2024

Gezichtspunt/Alamy Stock Foto

Een microscopisch kleine tardigrade of waterbeer verschijnt in zijn actieve toestand.

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, overleven vaak in enkele van de moeilijkste habitats op aarde. De microscopisch kleine dieren zijn zo bijzonder dat ze zelfs voor onderzoeksdoeleinden naar het Internationale Ruimtestation zijn gereisd.

Wanneer het moeilijk wordt, zijn de verbazingwekkend veerkrachtige wezens in staat een soort opgeschorte toestand binnen te gaan die de ‘tun-staat’ wordt genoemd. al decenia. Nu zeggen onderzoekers dat ze het mysterieuze mechanisme hebben gedecodeerd dat de overlevingsmodus van dieren activeert – en het werk zou gevolgen kunnen hebben voor mensen – volgens een nieuwe studie.

Onder stress, extreme kou of andere barre omgevingsomstandigheden produceren de lichamen van tardigrades onstabiele vrije zuurstofradicalen en een ongepaard elektron, een reactieve zuurstofsoort die, wanneer hij zich in overmaat ophoopt, grote schade kan aanrichten aan de eiwitten en het DNA van het lichaam. (Ja, deze oxidatieve stress is dezelfde fysiologische gebeurtenis die mensen ervaren als ze gestrest zijn, en daarom raden gezondheidsexperts aan om tijdens een drukke werkweek veel bosbessen en ander voedsel dat rijk is aan antioxidanten te eten.)

Het overlevingsmechanisme treedt in werking wanneer cysteïnes, een van de aminozuren die eiwitten in het lichaam vormen, in contact komen met deze vrije zuurstofradicalen en worden geoxideerd, ontdekten de onderzoekers. Dit proces is het signaal dat het beerdier vertelt dat het tijd is om naar de beschermingsmodus te gaan. De vrije radicalen worden als het ware een hamer waarmee het glas van een brandalarm wordt ingeslagen.

De resultaten werden op 17 januari gepubliceerd in het tijdschrift PLOS One.

De ontdekking zou uiteindelijk kunnen helpen bij de ontwikkeling van materialen die kunnen reageren op barre omstandigheden zoals die in de ruimte, of therapieën die kankercellen kunnen ontwapenen, zegt hoofdonderzoeksauteur Amanda L. Smythers, een postdoctoraal onderzoeker aan het Dana-Farber Cancer Institute en de Harvard Medical School in Boston.

RoyaltyStockPhoto/Science Fotobibliotheek RF/Getty Images

Een illustratie toont een tardigrade in rusttoestand terwijl hij in de ‘doe’-beschermingsmodus tegen stressfactoren komt.

In habitats die zo divers en meedogenloos zijn als Antarctica, bergtoppen en diepzeebronnen, trekken beerdiertjes die worden blootgesteld aan extreme temperaturen of uitdroging hun acht armen terug, waardoor de hoeveelheid water die ze opslaan afneemt.

De waterberen krimpen tot een kwart van hun normale grootte. De normaal lineaire en ietwat dik uitziende ongewervelde dieren veranderen, wanneer ze zich in de Tun-toestand bevinden, in beschermende, uitgedroogde bollen die rusten in omgevingen die de meeste andere levensvormen zouden doden.

Smythers en onderzoekers van de Universiteit van North Carolina in Chapel Hill en de Marshall Universiteit in Huntington, West Virginia, begonnen dit fenomeen voor het eerst te bestuderen dankzij een groeiend aantal publicaties die suggereerden dat cysteïnes betrokken zijn bij het op gang brengen van het proces, zei ze.

“Toen we naar de lijst keken van al deze gekke omstandigheden waarin beerdiertjes kunnen overleven – ruimte, vacuüm, een hoge zoutconcentratie, zoals wanneer een oceaan begint te verdampen – was reactieve zuurstof het enige dat al deze dingen echt met elkaar verbond. soort. zei Smythers. “Het was eigenlijk een beetje een aha-moment.”

In het afgelopen decennium zijn onderzoekers begonnen te begrijpen dat reactieve zuurstofsoorten, vrije radicalen die ooit als volledig ‘problematisch’ werden beschouwd, ‘zei Smythers,’ echt belangrijk kunnen zijn voor de functie van ons lichaam en het vermogen om zich aan te passen aan verschillende spanningen.

Eerdere studies suggereerden dat beerbeertjes zichzelf niet beschermen tegen vrije radicalen, maar dat de vrije radicalen het proces in gang zetten om zichzelf tegen stressoren te beschermen. Integendeel, Smythers en haar co-auteurs ontdekten dat de productie van vrije radicalen door het lichaam deel uitmaakt van het proces dat de tardigrade helpt zichzelf te beschermen door zich op te krullen tot een bal met harde schaal die bestand is tegen extreme hitte, kou of andere omgevingsfactoren.

“We kwamen op het idee dat het misschien deze soorten zijn die de beerdiertjes een signaal geven om hun doe-staat binnen te gaan,” zei ze.

Voordat Smythers het langere proces in het onderzoek opzette, vroeg hij een student om te helpen met een kort experiment en het testen van haar vroege hypothese over reactieve zuurstofsoorten en hun rol bij de vorming van vaten.

Amanda Smythers

De microscopisch kleine ongewervelde dieren leven in habitats die zo divers zijn als Antarctica, diepzeebronnen, bergtoppen en tropische regenwouden. Er worden twee actieve waterberen getoond.

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

“Plotseling begon het te dringen. Zijn benen begonnen zijn lichaam binnen te dringen. Het begon te krimpen. Het werd het ultieme wat we kunnen verwachten”, zei Smythers.

Het onderzoek werd niet alleen uitgevoerd om erachter te komen hoe het dieren vergaat in de wrede omgevingen waarin ze vaak leven. Smythers zei dat de bevindingen onderzoekers zouden kunnen helpen materialen te ontwikkelen die kunnen reageren op zware omstandigheden – zoals het ontwerpen van brandbestrijdingsapparatuur die bescherming zou kunnen bieden wanneer de omstandigheden te extreem worden – of het ontwikkelen van betere chemotherapiemedicijnen om kwaadaardige tumoren te vernietigen door de beschermende maatregelen te verstoren die ervoor zorgen dat kankercellen worden gedood. zo moeilijk.

De ontdekking is voor Dr. William R. Miller, wetenschappelijk assistent-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 om deze mechanismen te gebruiken om kanker te bestrijden,” zei Miller.

Miller zei dat hij onder de indruk was van het vermogen van Smythers om zich voor te stellen hoe tardigrade-onderzoek vertaald zou kunnen worden naar kankeronderzoek en andere gebieden. Hij zei dat er een ander “niveau van geest en denken nodig is om de vertaling van een techniek of een combinatie van dingen naar iets heel ver weg te vinden. Daar hebben we meer van nodig.”

Jenna Schnür is een freelance schrijver, redacteur en audioproducent uit Anchorage, Alaska, die zich (voornamelijk) richt op wetenschap, kunst en reizen.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *