Japonští vědci odhalili klíč k radiační odolnosti želvušek

Želvušky přežijí i osmihodinové ponoření do kapalného helia (tedy zchlazení na teplotu blízkou absolutní nule), tlak asi 6krát vyšší než jaký panuje na nejhlubším dně oceánu
Želvušky přežijí i osmihodinové ponoření do kapalného helia (tedy zchlazení na teplotu blízkou absolutní nule), tlak asi 6krát vyšší než jaký panuje na nejhlubším dně oceánu

Želvušky vynikají mezi všemi ostatními živočichy mj. svojí schopností odolávat silným dávkám radiace. Teprve nedávno však japonští genetici zjistili, co stojí za tzv. „radiačním štítem” želvušek – jde o unikátní gen a jím produkovaný speciální protein, který obalí genetickou informaci (DNA) želvušek a ochrání ji před zářením.

Podle dosavadních znalostí dokonce není vyloučeno přenést tuto schopnost do genomu člověka. Japonští vědci tato svá zjištění publikovali v rámci studie, která nedávno vyšla v časopise Nature Communications.

Želvušky jsou všestranně a extrémně odolné organismy

Želvušky (latinsky Tardigrada) byly objeveny na konci 19. století francouzskými biology. Dnes jsou obecně považovány za nejodolnější živočichy na Zemi. V angličtině se jim často přezdívá „vodní medvídci” nebo „mechová prasátka”, protože je často nacházíme v mechu nebo ve vlhkém či vodním prostředí. Jde o skupinu mikroskopických živočichů, měřících 0,1 až 1,5 milimetru. Želvušky jsou v podstatě sesterské organismy k členovcům, přičemž celkem jich bylo doposud popsáno na téměř 1000 druhů (existuje ovšem i dalších několik tisíc zatím nepopsaných druhů želvušek). Při nepříznivých podmínkách upadají do stavu tzv. anabiózy či kryptobiózy, kdy navenek nejeví známky života.

Přesněji řečeno, jejich metabolismus se v tomto stavu zpomalí asi 10 000krát. Při anabióze želvušky mj. vyplaví do svého organismu cukr trehalózu, který má za určitých podmínek strukturu podobnou sklu a umí ochránit buněčné struktury organismu. V tomto stavu želvušky přežijí například rozpětí teplot od -270 do +150 stupňů Celsia, dehydrataci nebo zmrazení (zmrzlé přežijí až 30 let, dokáží totiž snížit podíl vody a tedy i ledu ve svém těle z 85 % asi na 3 %).

Želvušky jsou dokonce uzpůsobeny k přežití ve volném kosmickém prostoru

Želvušky také přežijí osmihodinové ponoření do kapalného helia (tedy zchlazení na teplotu blízkou absolutní nule), tlak asi 6krát vyšší než jaký panuje na nejhlubším dně oceánu. Oproti člověku vydrží až tisícinásobné radiační dávky a rovněž velké dávky ultrafialového záření, často využívaného k zabíjení mikroorganismů. Příliš jim nevadí ani dočasné vakuum a vystavení dusivým plynům, methylbromidu nebo etanolu, a to až po dobu několika minut.

Při následném zlepšení životních podmínek se želvušky ve velké míře opět probouzejí k životu a ke své běžné činnosti, někdy i po mnoha letech. Někteří vědci se dokonce domnívají, že želvušky jsou tak malé, že mohou za jistých podmínek vykazovat vlastnosti kvantového objektu.

„Proteinový radiační štít” a unikátní genom želvušek

Zatímco většina druhů odolnosti zřejmě souvisí spíše s konkrétní stavbou těla a fyziologií želvušek, schopnost odolávat radiaci je zakotvena hlouběji na úrovni a uvnitř jednotlivých buněk a příslušné DNA. Profesor Takekazu Kunieda se svým týmem genetiků z Tokijské univerzity zjistil, že tzv. radiační štít želvušek je tvořen zvláštním genem a jím tvořeným specifickým či proteinem, který dostal pracovní název Dsup (damage supressor“). Tento protein obaluje DNA želvušek a chrání ji před radiačním poškozením. Díky tomu se ozářená DNA želvušek tak snadno nerozpadá, jako DNA uvnitř buněk jiných organismů, a želvušky vydrží větší dávky záření.

Genomy čili DNA jednotlivých druhů želvušek se přitom velmi liší svojí velikostí, obsahují 75 až 800 milionů bázových párů. Japonští genetici při svém objevu proteinu Dsup jmenovitě zkoumali genom želvušky rodu Ramazzottius varieornatus. Její genom navíc zmapovali s mnohem větší přesností než kdykoliv dříve a zjistili o něm řadu dalších zajímavých informací. Kromě ochranného proteinového obalu má totiž genom želvušek k dispozici řadu jiných obranných či opravných mechanismů, které želvuškám pomáhají přežít v extrémně nepříznivých podmínkách. Studium DNA želvušek nám proto v budoucnu jistě přinese řadu dalších návodů, jak chránit DNA organismů před různými typy poškození.

Protein Dsup v lidských buňkách, geny želvušek v buňkách jiných živočišných druhů

Japonští výzkumníci poté díky genetické manipulaci vyvolali produkci ochranného proteinu Dsup v kultuře lidských ledvinových buněk a i zde tato biochemická ochrana jaderné genetické informace zafungovala. Genetici zjistili, že následné poškození lidských buněk při jejich ozařování rentgenovými paprsky se snížilo o cca 40-50 procent. (Přesto genom želvušek vydrží větší radiační dávky než modifikovaný genom lidských buněk, obalený proteinem Dsup, právě díky dalším opravným schopnostem DNA želvušek).

Pokud by bylo možné tuto schopnost využít v praxi, její aplikace by byly nasnadě – v zásadě by protein Dsup, obalující DNA lidských buněk využil ke svému prospěchu každý pracovník, vyskytující se v oblasti se zvýšenou radiací – ať už by šlo o pracovníky v jaderných elektrárnách a laboratořích, lékaře v rentgenologických ordinacích nebo o kosmonauty a osadníky Marsu. Lze si také představit přenos některých genů želvušek na různá hospodářská zvířata, což může dát vzniknout velmi odolným transgenním jedincům a chovům. První aplikaci „genetického patentu želvušek“ si však již profesor Kunieda nechal patentovat – jde o ochranu lidských buněk během jejich transportu.

Zdroje: BBC, Phys.Org, Nature, Nature Communications, New Scientist 1, New Scientist 2, ScienceDaily 1, ScienceDaily 2, Science Magazine, Popular Science, Futurism 1, Futurism 2, Wikihow, ExtremeTech 1, ExtremeTech 2, Scientific American, Gizmodo, ScienceAlert 1, ScienceAlert 2, Science News, Youtube 1, Youtube 2, Youtube 3, Youtube 4, Youtube 5