Naukowcy odkryli, że białka niesporczaków, znanych z przetrwania w ekstremalnych warunkach, mogą spowalniać procesy molekularne w komórkach ludzkich, oferując obiecujące zastosowania w badaniach nad starzeniem się i przechowywaniu komórek. Odkrycie to toruje drogę do opracowania nowych technologii poprawiających zdrowie ludzkie i leczących choroby.

Naukowcy z Uniwersytetu Wyoming pogłębili naszą wiedzę na temat sposobu, w jaki niesporczaki przeżywają ekstremalne warunki i wykazali, że białka mikroskopijnych stworzeń ulegające ekspresji w komórkach ludzkich mogą spowalniać procesy molekularne.

Czyni to białka niesporczaków potencjalnymi kandydatami w technologiach skupiających się na spowalnianiu procesu starzenia i długotrwałym przechowywaniu komórek ludzkich.

Nowe badanie opublikowane w czasopiśmie Nauka o białkachbada mechanizmy wykorzystywane przez niesporczaki do wchodzenia i wychodzenia z letargu w obliczu stresu środowiskowego. Badania prowadzone pod kierunkiem starszej badaczki Silvii Sanchez-Martinez w laboratorium Wydziału Biologii Molekularnej UW, adiunkta Thomasa Boothby’ego, badania dostarczają dodatkowych dowodów na to, że białka niesporczaków mogłyby ostatecznie zostać wykorzystane do umożliwienia leczenia ratującego życie ludziom, gdzie nie jest możliwe przechowywanie w lodówce — oraz usprawnić przechowywanie terapii komórkowych, takich jak komórki macierzyste.

Mierzące mniej niż pół milimetra długości niesporczaki — zwane także niedźwiedziami wodnymi — mogą przetrwać całkowite wysuszenie; zamarznięty do poziomu tuż powyżej zero absolutne (około minus 458 stopni Fahrenheita, kiedy zatrzymuje się cały ruch molekularny); podgrzany do ponad 300 stopni Fahrenheita; napromieniowany kilka tysięcy razy w stopniu przekraczającym to, co człowiek jest w stanie wytrzymać; a nawet przetrwać próżnię kosmiczną.

Starszy pracownik naukowy Uniwersytetu Wyoming, Silvia Sanchez-Martinez (po lewej) i adiunkt Wydziału Biologii Molekularnej Thomas Boothby przeprowadzili nowe badania, dostarczając dodatkowych dowodów na to, że białka niesporczaków mogłyby ostatecznie zostać wykorzystane do umożliwienia leczenia ratującego życie ludziom, u których nie jest możliwe przechowywanie w lodówce. Źródło: Vindya Kumara

Wyniki badań i przyszłe kierunki

Jak wynika z nowych badań przeprowadzonych pod kierunkiem UW, przeżywają, wchodząc w stan zawieszonej animacji zwanej biostazą, wykorzystując białka tworzące żele wewnątrz komórek i spowalniające procesy życiowe. Współautorami badania są przedstawiciele instytucji m.in Uniwersytet w Bristolu w Wielkiej Brytanii, Washington University w St. Louis, University of California-Merced, University of Bologna we Włoszech i University of Amsterdam w Holandii.

Głównym autorem artykułu był Sanchez-Martinez, który przybył z Instytutu Medycznego Howarda Hughesa, aby dołączyć do laboratorium Boothby’ego na Uniwersytecie Warszawskim.

„Co zaskakujące, kiedy wprowadzamy te białka do ludzkich komórek, ulegają one żelowaniu i spowalniają metabolizm, podobnie jak u niesporczaków” – mówi Sanchez-Martinez. „Ponadto, podobnie jak w przypadku niesporczaków, kiedy komórki ludzkie zawierające te białka zostaną wprowadzone w biostazę, stają się one bardziej odporne na stres, przekazując część zdolności niesporczaków komórkom ludzkim”.

Co ważne, badania pokazują, że cały proces jest odwracalny: „Kiedy ustąpi stres, żele niesporczaków rozpuszczają się, a komórki ludzkie wracają do normalnego metabolizmu” – mówi Boothby.

„Nasze odkrycia otwierają drogę do opracowania technologii skupiających się na indukowaniu biostazy w komórkach, a nawet w całych organizmach, aby spowolnić starzenie się oraz poprawić przechowywanie i stabilność” – podsumowali naukowcy.

Poprzednie badania przeprowadzone przez zespół Boothby’ego wykazały, że naturalne i zmodyfikowane wersje białek niesporczaków można zastosować do stabilizacji ważnego środka farmaceutycznego stosowanego w leczeniu osób chorych na hemofilię i inne schorzenia bez konieczności przechowywania w lodówce.

Zdolność niesporczaków do przetrwania po wyschnięciu zaintrygowała naukowców, ponieważ stworzenia te robią to w sposób, który wydaje się różnić od wielu innych organizmów posiadających zdolność do wchodzenia w stan zawieszenia.

Odniesienie: „Labile Assembly of a Tardigrade protein indukuje biostazę” autorstwa S. Sanchez-Martinez, K. Nguyen, S. Biswas, V. Nicholson, AV Romanyuk, J. Ramirez, S. Kc, A. Akter, C. Childs, EK Meese, ET Usher, GM Ginell, F. Yu, E. Gollub, M. Malferrari, F. Francia, G. Venturoli, EW Martin, F. Caporaletti, G. Giubertoni, S. Woutersen, S. Sukenik, DN Woolfson , AS Holehouse i TC Boothby, 19 marca 2024 r., Nauka o białkach.
DOI: 10.1002/pro.4941

Badania zostały sfinansowane ze środków Narodowy Instytut Zdrowia, NASA Instytut Astrobiologii i Amerykańska Narodowa Fundacja Nauki.