Wat maakt deze kleine ‘waterbeertjes’ zo stoer? Ze repareren gebroken DNA snel.

Om haar kinderen kennis te laten maken met de verborgen wonderen van het dierenrijk waagde Anne de Sien zich een paar jaar geleden in haar tuin in Parijs. Dr. De Cian, een moleculair bioloog, verzamelde stukjes algen, ging vervolgens weer naar binnen, weekte ze in water en plaatste ze onder een microscoop. Haar kinderen staarden door de lens naar vreemde achtpotige wezens die over het mos klommen.

“Ze waren onder de indruk”, zei Dr. De Cian.

Maar ze is nog niet klaar met het omgaan met de kleine monsters, bekend als tardigrades. Ze bracht ze naar haar laboratorium in het Franse Nationale Natuurhistorisch Museum, waar zij en haar collega's ze met gammastraling bestookten. De explosies waren honderden keren groter dan de straling die nodig was om een ​​mens te doden. De beerdiertjes overleefden het echter en vervolgden hun leven alsof er niets was gebeurd.

Wetenschappers weten al lang dat beerdiertjes op een vreemde manier resistent zijn tegen straling, maar pas nu hebben Dr. de Cien en andere onderzoekers hun geheimen om te overleven ontdekt. Het beerdiertje lijkt bedreven te zijn in moleculair herstel en is in staat snel stapels gebroken DNA weer in elkaar te zetten, blijkt uit een onderzoek dat vrijdag werd gepubliceerd en een ander onderzoek eerder dit jaar.

Wetenschappers proberen al eeuwenlang de verdediging van tardigrades te doorbreken. In 1776 beschreef Lazzaro Spallanzani, een Italiaanse natuuronderzoeker, hoe dieren volledig droog konden worden en vervolgens weer tot leven konden worden gewekt met een waterstraal. In de daaropvolgende decennia ontdekten wetenschappers dat beerdiertjes bestand waren tegen verpletterende druk, bevriezingen en zelfs vluchten naar de ruimte.

In 1963 ontdekte een team van Franse onderzoekers dat beerdiertjes enorme röntgenstralen konden weerstaan. In recente onderzoeken hebben onderzoekers ontdekt dat sommige beerdiersoorten een stralingsdosis kunnen weerstaan ​​die 1400 keer hoger is dan wat nodig zou zijn om een ​​mens te doden.

Straling is dodelijk omdat het DNA-ketens verbreekt. Hoogenergetische stralen die een DNA-molecuul raken, kunnen directe schade veroorzaken; Het kan ook chaos veroorzaken door te botsen met een ander molecuul in de cel. Dit veranderde molecuul kan DNA aanvallen.

Wetenschappers vermoeden dat tardigrades deze schade kunnen voorkomen of ongedaan maken. In 2016 ontdekten onderzoekers van de Universiteit van Tokio Hij ontdekte een eiwit genaamd Dsup, dat de genen van de tardigrade lijkt te beschermen tegen energiestralen en verdwaalde moleculen. De onderzoekers testten hun hypothese door Dsup in menselijke cellen te stoppen en deze te bombarderen met röntgenstralen. Dsup-cellen waren minder beschadigd dan cellen zonder het tardigrade-eiwit.

Dit onderzoek wekte de interesse van Dr. De Cian in beerdiertjes. Zij en haar collega's bestudeerden de dieren die ze verzamelde in haar tuin in Parijs, samen met een soort gevonden in Engeland en een derde uit Antarctica. Zoals ze rapporteerden In januari vernietigden gammastralen het DNA van de beerdiertjes, maar ze werden niet gedood.

Courtney Clark Hachtel, een bioloog aan de Universiteit van North Carolina Asheville, en haar collega's ontdekten onafhankelijk dat beerdiertjes Ik eindigde met gebroken genen. Hun onderzoek werd vrijdag gepubliceerd in het tijdschrift Current Biology.

Deze resultaten suggereren dat Dsup alleen DNA-schade niet voorkomt, hoewel het mogelijk is dat eiwitten gedeeltelijke bescherming bieden. Het is moeilijk om het zeker te weten, omdat wetenschappers nog steeds aan het uitzoeken zijn hoe ze experimenten met beerdiertjes kunnen uitvoeren. Ze kunnen bijvoorbeeld geen dieren manipuleren zonder het Dsup-gen om te kijken hoe ze met straling omgaan.

“We zouden dit experiment graag willen doen”, zegt Jean-Paul Concordet, assistent van Dr. de Cien in het museum. “Maar wat we met beerdiertjes kunnen doen is nog vrij primitief.”

De twee nieuwe onderzoeken onthullen nog een truc voor beerdiertjes: ze repareren snel gebroken DNA.

Nadat tardigrades zijn blootgesteld aan straling, gebruiken hun cellen honderden genen om een ​​nieuwe reeks eiwitten te maken. Veel van deze genen zijn bekend bij biologen, omdat andere soorten – waaronder wij – ze gebruiken om beschadigd DNA te repareren.

Onze cellen zijn voortdurend bezig met het repareren van genen. DNA-strengen in een typische menselijke cel breken ongeveer 40 keer per dag, en elke keer moeten onze cellen ze repareren.

Beerdiertjes maken deze standaardreparatie-eiwitten in verbazingwekkende hoeveelheden aan. “Ik vond dit belachelijk,” herinnerde Dr. Clark Hachtel zich toen ze voor het eerst haar niveaus meette.

Dr. De Cian en haar collega's ontdekten ook dat straling ervoor zorgt dat beerdiertjes een aantal eiwitten produceren die niet bij andere dieren voorkomen. Voorlopig blijven hun functies grotendeels een mysterie.

De wetenschappers kozen een bijzonder overvloedig eiwit om te bestuderen, genaamd TRD1. Toen het in menselijke cellen werd geïntroduceerd, leek het de cellen te helpen schade aan hun DNA te weerstaan. Dr. Concordet speculeerde dat TRD1 chromosomen zou kunnen vastgrijpen en ze in hun juiste vorm zou kunnen houden, zelfs als hun strengen beginnen te rafelen.

Het bestuderen van eiwitten zoals TRD1 zal niet alleen de kracht van tardigrades onthullen, maar kan ook leiden tot nieuwe ideeën over de behandeling van medische aandoeningen, zei Dr. Concordet. DNA-schade speelt bijvoorbeeld een rol bij veel soorten kanker. “Elke truc die ze gebruiken, kan ons voordeel opleveren,” zei Dr. Concordet.

Dr. Concordet vindt het nog steeds vreemd dat beerdiertjes zo goed zijn in het overleven van straling. Ze hoeven tenslotte niet te overleven in kerncentrales of met uranium omzoomde grotten.

“Dit is een van de grote mysteries: waarom zijn deze organismen überhaupt resistent tegen straling?” Hij zei.

Dr. Concordet zei dat de superkracht van dit beerdier wel eens een ongewoon toeval zou kunnen zijn. Uitdroging kan ook DNA afbreken, dus beerdiertjes kunnen hun pantser gebruiken en eiwitten repareren om uitdroging tegen te gaan.

Hoewel een Parijs park misschien een gemakkelijke plek lijkt om te wonen, zei Dr. Concordet dat het voor beerbeertjes een hoop uitdagingen kan opleveren. Zelfs het verdwijnen van de dauw elke ochtend kan een ramp zijn.

“We weten niet hoe het leven daar in het mos is,” zei hij.