Lėtūnų atsparumo paslaptis atskleidė simuliacija superkompiuteriu

Ištvermingiausių mokslui žinomų gyvūnų, „lėtūnų“ paslaptis atskleidžia pirmasis atominio lygio tyrimas, kaip šie gyvūnai išgyvena ekstremalų stresą.

Lėtūnai yra mikroskopiniai aštuoniakojai gyvūnai, kartais dar vadinami vandens meškutėmis. Jie gyvena samanose visame pasaulyje, o tai įkvėpė ir netikėtą ir atvirai žinduolišką samanų paršelio pavadinimą.

Tačiau joks žinduolis išgyventų to, ką gali ištverti lėtūnas. Esant nepalankiai aplinkai, tarkime, dehidracijai ar aukštai temperatūrai, jie susitraukia į „statinaitės” būseną, kurioje jų metabolizmas sustoja. Tokios būsenos jie gali išlikti dešimtmečius be vandens, pakelti dideles gama spindulių ir rentgeno spindulių dozes ir išgyventi temperatūras nuo -272°C iki 150°C. Be to, jiems nieko nereiškia praleisti 10 dienų kosmoso vakuume.

Daugumai kitų gyvūnų tokie stresai sunaikintų ląstelių DNR, bet lėtūnai turi žalą slopinantį baltymą (Dsup) kuris DNR kažkaip apsaugo. Marina Mínguez-Toral su kolegomis iš Augalų biotechnologijos ir genomikos centro Madride, Ispanijoje, atliko Dsup ir DNR sąveikos simuliaciją, kuri parodė galimą paaiškinimą.

Komanda sumodeliavo dviejų Dsup molekulių ir DNR sistemą, sudarytą iš daugiau nei 750 000 atomų, tad darbui atlikti prireikė daugelio dienų superkompiuterio skaičiavimo. „Kad būtų gauta 100 nanosekundžių trukmės simuliacija, kiekvieno iš šių atomų judėjimo lygtys turėjo būti išspręstos 50 milijonų kartų,” sako Mínguez-Toral.

Tyrėjų atliktas visų baltymo atomų ir jų elektrostatinių sąveikų modeliavimas rodo, kad šis baltymas yra „iš prigimties netvarkingas” ir itin lankstus, tad gali tiksliai prisitaikyti prie DNR formos.

„Mūsų studija parodė, kad teigiamų ir neigiamų krūvių trauką sukeliantys elektriniai efektai apsprendžia struktūrinių Dsup sąveikos su DNR dinamiką,” sako Mínguez-Toral. „Manome, šis elektrinis skydas yra svarbiausias DNR nuo radiacijos saugantis veiksnys.”

Išsiaiškinimas, kaip lėtūnai ištveria tokias ekstremalias sąlygas, ne tik patenkintų smalsumą, bet ir galėtų būti praversti ne vienoje srityje. „Dabar pagrindinis pritaikymas, prie kurio dirbame, yra vaistų stabilizavimas ir stresą toleruojančių pramoninių augalų kūrimas,” sako Thomas Boothby, lėtūnus tyrinėjantis Wyomingo universitete..

Tarp kitų galimybių – vėžio gydymas, o taip pat tokie futuristiniai pritaikymai, kaip žmonių hibernacija ir kosminės kelionės – pavyzdžiui, į Marsą skrendantys žmonės galėtų būti modifikuoti, kad būtų atsparesni radiacijai. Laboratorijoje žmogaus inkstų ląstelės buvo genetiškai modifikuotos, kad gamintų lėtūnų Dsup, ir rentgeno spinduliuotės žala šių ląstelių DNR buvo 40 – 50 procentų mažesnė.

Kita bandymų stadija bus visų kito organizmo ląstelių modifikavimas, ir čia geri kandidatai būtų tokie laboratorijų favoritai kaip apvaliosios kirmėlė ir vaisinės muselės, sako Boothby. Tačiau, Mínguez-Toral ir kolega Luis Pacios pažymi, kad nežinome, kodėl išsivystė Dsup, ir tai reikia išsiaiškinti prieš pradedant mąstyti apie viso organizmo modifikavimą.

Žurnalo nuoroda:Scientific Reports, DOI: 10.1038/s41598-020-70431-1