«Главный вывод из нашего исследования заключается в том, что тихоходки развили уникальные гены, которые позволяют им выжить при высыхании», — говорит Томас Бутби, научный сотрудник Фонда естественных наук в Университете Северной Каролины, Чапел-Хилл, и первый автор исследования. «Кроме того, белки, которые кодируют эти гены, можно использовать для защиты других биологических материалов, таких как бактерии, дрожжи и определенные ферменты, от высыхания».Долгое время считалось, что сахар, называемый треелозой, дает тихоходкам способность переносить высыхание. Трехелоза содержится в ряде других организмов, которые могут выжить после высыхания, в том числе дрожжах, креветках и некоторых нематодах.
Но биохимические исследования тихоходок выявили низкий уровень трехелозы или ее отсутствие вообще, а секвенирование не выявило ген фермента, необходимого для производства этого сахара.«Возникает вопрос:« Если тихоходки не полагаются на трехелозу, чтобы выжить при высыхании, что они используют вместо этого? », — говорит Бутби.
Он и его команда решили узнать, как они это делают.Первым шагом исследования было посмотреть, какие гены активны в различных условиях: без стресса, при высыхании и заморозке. Исследователи определили гены, которые активизировались и экспрессировались на высоком уровне, когда животные начали высыхать. Белки, которые кодируют эти гены, TDP, относятся к классу белков, называемых внутренне неупорядоченными белками (IDP).
В отличие от большинства белков, IDP не имеют фиксированной трехмерной структуры.После того, как они обнаружили, что гены TDP экспрессируются на высоком уровне во время периода высыхания у одного вида тихоходок, команда исследовала два других вида и обнаружила те же гены. Один вид, у которого все время были включены гены, может пережить высыхание гораздо быстрее, чем другие. «Мы думаем, что он может это сделать, потому что у него уже есть так много этих белков, и ему не нужно время, чтобы их производить», — говорит Бутби.Чтобы убедиться, что именно эти TDP дали тихоходкам их уникальные способности, исследователи поместили кодирующие их гены в дрожжи и бактерии и подтвердили, что TDP защищают эти другие организмы.
Трехелоза помогает другим организмам выжить при высыхании, образуя при высыхании твердые частицы, похожие на стекло, а не кристаллы. Бутби и его коллеги обнаружили, что TDF образуют похожие стеклоподобные твердые тела, и показали, что нарушение стекловидности TDP коррелирует с потерей их защитных способностей.Бутби говорит, что у TDP есть ряд потенциальных применений, включая защиту сельскохозяйственных культур от засухи и защиту лекарств, которые обычно требуют хранения в холодильнике. «Лично для меня очень важно иметь возможность стабилизировать чувствительные фармацевтические препараты в сухом состоянии», — говорит он. «Я вырос в Африке, где отсутствие охлаждения в отдаленных районах — огромная проблема.
Эти реальные приложения — одна из вещей, которые побудили меня изучать тихоходок».