Генетикам удалось проследить работу генов у организма, который выживает в арктических условиях при помощи полной дегидратации организма. Ученые смогли отследить оба процесса -- и самовысушивание, и самозаполнение клеток водой.
Удивительное животное коллембола Megaphorura arctica – не насекомое, как может показаться на первый взгляд. Коллемболы относятся к типу членистоногих класса скрыточелюстных. Эти необычные существа, обитающие в Арктике, могут благополучно вмерзать в лед и адаптироваться к сильным морозам весьма необычным способом. Как только температура опускается ниже нуля, у коллемболы начинается дегидратация. Для того чтобы выжить при минусовой температуре, организму необходимо избавиться от воды в тканях – просто высохнуть. Иначе кристаллы замерзшей воды разорвут клетки на множество мелких частей. Ученые из Британской антарктической службы (British Antarctic Survey) (Кембридж, Великобритания) и университета города Нови Сад (University of Novi-Sad) (Сербия) под руководством доктора Мелоджи Кларк (Melogy S. Clark) впервые детально изучили весь процесс полностью. «Это очень важно для криобиологии. Обнаруженный нами механизм поможет в разработке новых методов сохранения органов, тканей и клеток при низких температурах», -- рассказывает доктор Кларк.
По словам ученых, практически полная дегидратация организма встречается еще у трех видов животных. Избавляться от воды умеет кокон самого обычного лесного червя (Dendrobaena octaedra) нематода, обитающая в Антарктиде Panagrolaimus davidi и личинка комара Belgica antarctica.
Мобилизация генов
С помощью метода биологических микрочипов генетики проанализировали ДНК и макромолекулы 6912 клонов коллемболы Megaphorura arctica. Смоделировав ситуацию, при которой температура понижалась от 0 до -14 С°, ученые зафиксировали все стадии замораживания. «Фаза вхождения в замороженное состояние и фаза размораживания – два совершено разных процесса. Они запускаются благодаря активации разных генов», -- объясняет доктор Кларк. В фазе дегидратации задействовано 10% всех генов коллемболы. А при восстановлении жизнедеятельности в работу включаются 32,4% всех генов. «Не удивительно, что работает так много генов, даже несмотря на то, что геном коллемболы совсем не велик. Ведь в таких серьезных морфологических и биохимических превращениях задействованы все системы и органы организма», -- говорит доктор Кларк.
Заморозка-разморозка
Первый этап процесса – дегидратация. Вода из организма коллемболы выходит наружу через проницаемую кутикулу – покровную оболочку коллемболы. «В это же время в клетках аккумулируется криопротектор – дисахарид трегалоза, и изменяются свойства клеточных мембран», -- объясняет доктор Кларк. Этот этап должен происходить с ювелирной точностью. Как говорят ученые, вхождение в дегидратированное состояние не всегда происходит успешно. Примерно 10% изученных особей при понижении температуры до -2 С° погибали. «Выглядели они при этом совсем неважно. Их тело становилось вытянутым и разрыхленным», -- рассказывает доктор Кларк. Коллемболы, успешно прошедшие дегидратацию, представляли собой, по словам ученых, высушенную оболочку. Впрочем, это только самое начало процесса. Для того чтобы выйти из этого состояния, по словам ученых, требуется гораздо больше усилий. Специальные гены запускают энергообразующие процессы, начинается клеточное деление. Весь этот процесс сопровождается синтезом мощнейшего антиоксиданта глутатиона-S-трансферазы, который спасает молекулы от разрушения.
Об исследованиях доктора Кларк можно прочитать в журнале BMC Genomics.
