Белки тихоходок помогают повысить устойчивость других организмов к радиации
В новой работе ученых из ОИЯИ было показано значительное увеличение выживаемости с помощью белка Dsup сложного модельного организма D.melanogaster после воздействия гамма-излучения в дозах 500-1000 Gy и оксидативного стресса. Предполагается, что белок Dsup создает защитную оболочку вокруг ДНК, принимая на себя часть радиационного удара, что приводит к большей сохранности ДНК и увеличивает выживаемость. Анализ активности всех генов (транскриптомный анализ) и физиологические тесты выявили влияние белка Dsup на ряд процессов в D.melanogaster, в частности мушки стали хуже бегать на длинные дистанции, что видимо обусловлено некоторым замедлением клеточных процессов, связанных с ДНК и РНК, в присутствии белка Dsup.
Исследование молекулярных механизмов экстремальной устойчивости живых организмов к различным видам стресса – одно из перспективных направлений современной молекулярной биологии, биофизики, астробиологии и синтетической биологии. Полученные знания могут служить основой для новых решений в медицине, биотехнологии, фармацевтике и космонавтике. Тихоходки, в частности, представители вида Ramazzotius varieornatus – одни из самых стрессоустойчивых животных на Земле. Эксперименты с этими беспозвоночными организмами показали их способность выживать при длительном высыхании, в токсических средах, при облучении огромными дозами радиации (>5000 Gy), нахождении в открытом космосе и т.д. Одну из ключевых ролей в устойчивости тихоходок к различным видам стресса играют уникальные неупорядоченные белки (TDPs), к которым относится и белок Dsup, открытый в 2016 году японскими учеными. С 2020 года ученые Сектора молекулярной генетики клетки (СМГК) ЛЯП ОИЯИ исследуют этот белок тихоходок Dsup in vivo на модельных организмах - плодовой мушке Drosophila melanogaster и культуре клеток человека. Одновременно для расшифровки молекулярных механизмов его действия проводится исследование структуры молекулы белка Dsup и его комплекса с ДНК.
“Помимо такого безусловно положительного эффекта, как повышение радиорезистентности, белок Dsup имеет побочные эффекты, связанные с замедлением со временем ряда быстрых процессов. Например, на короткие дистанции наши супермушки с Dsup бегали одинаково с контрольными, а на длинные - начинали отставать. Для бактерий, растений и сельскохозяйственных животных это скорее всего неважно. Но если задуматься о дальнем космосе, где одним из главных лимитирующих факторов является космическая радиация, то хотелось бы разработать схему, в которой белок Dsup будет работать только когда необходимо, а не постоянно, как в наших моделях. Это позволить почти избавиться от побочных эффектов. Разработкой такой системы мы сейчас и занимаемся”, – говорит начальник Сектора молекулярной генетики клетки ЛЯП ОИЯИ к.б.н. Елена Владимировна Кравченко.
“Наши исследования белка тихоходок Dsup расширяют понимание роли естественно неупорядоченных белков как ДНК-протекторных молекул в экстремофильных организмах и даже клетках человека. Однако модель протекторного механизма остается неполной без проводимого нами исследования структурных свойств белка Dsup и его комплекса с ДНК”, — отмечает младший научный сотрудник СМГК ЛЯП Михаил Зарубин.
Среди возможных приложений авторы работы видят создание радиорезистентных штаммов организмов для биотехнологии и биоремедиации почв и вод, разработку агента для криоконсервации и длительного хранения фармацевтических препаратов и вакцин, использование для защиты здоровых тканей при облучении в ходе терапии онкологических заболеваний и т.д.
Наши публикации
