Sommige soorten tardigrades, of waterberen, zoals de kleine waterdieren ook worden genoemd, kunnen overleven in verschillende omgevingen die vaak vijandig of zelfs dodelijk zijn voor de meeste vormen van leven. Voor het eerst beschrijven onderzoekers een nieuw mechanisme dat verklaart hoe sommige tardigrades extreme uitdroging kunnen doorstaan ​​zonder dood te gaan. Ze onderzochten eiwitten die een gel vormen tijdens cellulaire uitdroging. Deze gel verstijft om de cellen te ondersteunen en te beschermen tegen mechanische stress die ze anders zou doden. Van deze eiwitten is ook aangetoond dat ze werken in insectencellen en zelfs een beperkte functionaliteit vertonen in menselijke gekweekte cellen.

Tardigrades vestigen vaak de aandacht op zichzelf, ondanks dat ze zo klein zijn. Hun griezelige vermogen om te overleven in situaties die de meeste organismen zouden doden, spreekt tot de verbeelding van het publiek. Je zou je gemakkelijk kunnen voorstellen dat we door hun geheimen te ontcijferen, de kennis op onszelf zouden kunnen toepassen om mensen weerbaarder te maken tegen extreme temperaturen, druk en zelfs uitdroging. Dit is voorlopig slechts sciencefiction, maar desalniettemin proberen onderzoekers, ook gefascineerd door de microscopisch kleine wezens, de mechanismen te begrijpen die verantwoordelijk zijn voor hun robuustheid, omdat dit ook andere voordelen kan opleveren.

"Hoewel water essentieel is voor al het leven dat we kennen, kunnen sommige tardigrades mogelijk tientallen jaren zonder water leven. De truc zit hem in hoe hun cellen omgaan met deze stress tijdens het uitdrogingsproces", zegt universitair hoofddocent Takekazu Kunieda van de Universiteit van Tokyo. Afdeling Biologische Wetenschappen.

"Er wordt gedacht dat als water een cel verlaat, een soort eiwit de cel moet helpen fysieke kracht te behouden om te voorkomen dat het in zichzelf instort. Na verschillende soorten te hebben getest, hebben we ontdekt dat cytoplasmatisch overvloedige warmte-oplosbare (CAHS) eiwitten, uniek voor tardigrades, zijn verantwoordelijk voor het beschermen van hun cellen tegen uitdroging."

Recent onderzoek naar CAHS-eiwitten laat zien dat ze kunnen voelen wanneer de cel waarin ze zijn ingekapseld uitgedroogd raakt, en dat is het moment waarop ze in actie komen. CAHS-eiwitten vormen gelachtige filamenten als ze uitdrogen. Deze vormen netwerken die de vorm van de cel ondersteunen terwijl deze zijn water verliest. Het proces is omkeerbaar, dus als de tardigrade-cellen gerehydrateerd raken, wijken de filamenten terug met een snelheid die geen onnodige stress op de cel veroorzaakt. Interessant is echter dat de eiwitten dezelfde soort werking vertoonden, zelfs wanneer ze werden geïsoleerd uit tardigrade-cellen.

"Proberen te zien hoe CAHS-eiwitten zich gedroegen in insecten- en menselijke cellen, bood een aantal interessante uitdagingen", zegt hoofdauteur Akihiro Tanaka, een afgestudeerde student in het laboratorium. "Om de eiwitten te visualiseren, moesten we ze kleuren zodat ze onder onze microscopen verschijnen. De typische kleurmethode vereist echter oplossingen die water bevatten, wat duidelijk elk experiment verwart waarbij waterconcentratie een factor is die men zoekt controle voor. Dus zijn we overgestapt op een op methanol gebaseerde oplossing om dit probleem te omzeilen."

Onderzoek naar mechanismen die verband houden met droge conservering van cellen of organismen zou veel toekomstige toepassingen kunnen hebben. Kunieda en zijn team hopen dat onderzoekers door deze nieuwe kennis manieren kunnen vinden om het behoud van celmaterialen en biomoleculen in droge toestand te verbeteren. Dit kan de houdbaarheid verlengen van materialen die worden gebruikt voor onderzoek, medicijnen met een korte houdbaarheidsdatum, of misschien zelfs hele organen die nodig zijn voor transplantaties.

"Alles aan tardigrades is fascinerend. Het extreme scala aan omgevingen dat sommige soorten kunnen overleven, leidt ertoe dat we nooit eerder vertoonde mechanismen en structuren onderzoeken. Voor een bioloog is dit veld een goudmijn", zei Kunieda. "Ik zal Nieuwjaarsdag 2019 nooit vergeten, toen ik een e-mail ontving van Tomomi Nakano, een andere auteur van het artikel. Ze had laat gewerkt om de condensatie van CAHS-eiwitten te zien en observeerde de eerste CAHS-filamentnetwerken in menselijke gekweekte cellen . Ik was stomverbaasd toen ik zulke duidelijk gedefinieerde microscopische beelden hiervan zag. Het was de eerste keer dat ik zoiets zag. Het was inderdaad een heel gelukkig nieuwjaar!"

Weten hoe je deze speciale eiwitten kunt isoleren en activeren, is echter nog maar het begin. Kunieda en zijn team zijn van plan om meer dan 300 andere soorten eiwitten te doorzoeken, waarvan sommige waarschijnlijk een rol spelen in het ongelooflijke levensbehoudvermogen van deze kleine waterberen.

Het onderzoek is gepubliceerd in PLoS Biology .

Karakterisering van het ongeordende eiwit van tardigrades om hun veerkracht te begrijpen