Abbiamo scoperto l'ennesimo superpotere dei tardigradi / We've discovered yet another superpower of tardigrades
Abbiamo scoperto l'ennesimo superpotere dei tardigradi / We've discovered yet another superpower of tardigrades
Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa
I tardigradi non hanno bisogno di presentazioni, forse. Per chi non li avesse mai incrociati, parliamo di minuscoli invertebrati, grandi al massimo un millimetro, abitanti comuni dei muschi. Hanno otto zampe, un corpo che ricorda quello di un micro verme e contano circa un migliaio di specie. Nel giro di qualche anno, il proliferare di ricerche scientifiche, che ne esaltavano ora questa ora l’altra mirabolante capacità, li ha resi famosissimi. Loro, d'altro canto, ci hanno insegnato a rimanere a bocca aperta: questi esserini sbalordiscono infatti tutti per le loro estreme capacità di resistenza. Mettetegli davanti un ostacolo, una situazione difficile, condizioni estreme, e loro ce la faranno. Li studiamo proprio per questo. Se riuscissimo a comprendere come se la cavano loro magari questo potrebbe tornare utile anche a noi: è per questo che persino la Nasa si è interessa alla loro biologia. Per ora siamo ancora lontani da una reale applicabilità di quanto scoperto su di loro, ma siamo sempre più vicini a capire come riescano ad essere così resistenti.
Un gene del microscopico invertebrato è stato inserito in cellule staminali embrionali umane, aumentando la resistenza alle radiazioni. È solo l'ultima di una serie di scoperte in campo militare per gli scienziati cinesi
La resistenza alle radiazioni ionizzanti
Le ultime scoperte sui tardigradi riguardano le loro capacità di resistere alle radiazioni ionizzanti. Le radiazioni ionizzanti - come suggerisce il termine - sono radiazioni in grado di provocare la ionizzazione delle molecole su cui si imbattono. Sono radiazioni ionizzanti i raggi X, ma anche i raggi gamma, i neutroni, le particelle alfa e le particelle beta, estremamente pericolose per cellule e tessuti, e per il dna. Sono infatti considerate cancerogene: possono alterare il dna delle cellule bersaglio facendole morire, o appunto favorire l’insorgenza di mutazioni che possono contribuire all’insorgenza dei tumori. Un gruppo di ricercatori che arriva dalla North Carolina - e che ha una lunga esperienza in fatto di studi sui poteri dei tardigradi - ha scoperto in che modo questi piccoli animaletti riescono a resistere a dosi elevatissime di radiazioni ionizzanti.
Infatti, come raccontano dalle pagine di Current Biology, se la DL50 (la dose capace di uccidere metà della popolazione) per l’essere umano per le radiazioni ionizzanti è di 5 Gray, per i tardigradi si approssima a 4000 Gray. Per capire in che modo fosse possibile questa estrema resistenza, i ricercatori hanno condotto degli esperimenti con la specie di tardigrado Hypsibius exemplaris, prima sottoponendolo ai raggi gamma, poi osservando in dettaglio le risposte cellulari innescate da questo stress. In particolare gli scienziati hanno analizzato come cambiavano la quantità e qualità di molecole di rna messaggero prodotte, per avere in questo modo degli indizi sul tipo di proteine prodotte in risposta. Procedendo per step hanno quindi prima dimostrato che le radiazioni inducono dei danni a livello del dna - come atteso - ma che questi danni venivano quindi riparati e che la riparazione era opera verosimilmente di proteine addette proprio alla riparazione dei danni indotti al dna.
All’aumento del danno, aumentano i sistemi per ripararlo
I dati infatti osservati dicono questo: dopo lo stress con i raggi gamma, nei tardigradi si osserva un aumento degli mrna che codificano per proteine responsabili della riparazione del dna. Effetti simili sono già stati osservati - dai batteri agli esseri umani - ma si tratta solo di modestissimi incrementi, scrivono i ricercatori, al massimo tre volte tanto. In questo caso invece parliamo di aumenti in alcuni casi di 300 volte. Quanto osservato per i ricercatori è abbastanza chiaro: è in questo modo che il tardigrado si protegge. Le radiazioni ionizzanti inducono danno al dna, ed i tardigradi schierano una serie di proteine pronte a riparare questi danni. Un meccanismo diverso - o forse complementare, notano gli autori - a quello osservato in un’altra specie in cui la difesa dalle radiazioni è imputabile all’azione di una singola proteina che si stende sul dna e lo protegge dai danni delle radiazioni. A conclusione dei loro esperimenti gli autori riferiscono anche di come, quando i geni delle proteine riparatrici venivano “trapiantati” in alcuni batteri, anche questi acquisivano resistenza alle radiazioni.
All’origine dell’eccezionale resistenza dei tardigradi
“Perché i tardigradi abbiano evoluto questa forte resistenza alle radiazioni ionizzanti è piuttosto enigmatico - si legge nel paper - dal momento che è improbabile che i tardigradi siano stati esposti ad alte dosi di radiazioni ionizzanti durante la loro storia evolutiva”. Forse si tratta dello stesso meccanismo che li rende resistenti agli effetti dell’essiccazione, azzardano gli autori, ma si tratta di ipotesi. Questa capacità di resistere alle radiazioni, infatti, non è l’unica virtù dei tardigradi, come accennavamo. Possono tollerare pressioni elevatissime, sopportare anche per decenni l’assenza di acqua, il gelo ed il caldo estremi, al punto che proprio per questo uno studio di qualche tempo dell'Università di Oxford fa li aveva individuati come immuni o quasi a possibili apocalissi, capaci invece di distruggere benissimo la nostra specie.
Acclarate dunque le loro capacità di resistenza, la direzione della ricerca nel campo ultimamente mira a comprendere cosa ci sia alla base. Oltre alle capacità di difesa e riparazione del proprio patrimonio genetico, un altro dei meccanismi scoperti di recente riguarda invece la funzionalità delle loro proteine, spiegavano solo pochi giorni dalla University of Wyoming. Alcune di queste infatti hanno la capacità (reversibile) di organizzarsi in fibrille e gel e di rallentare così il metabolismo delle cellule, favorendone la sopravvivenza. Questa stessa capacità dei tardigradi di rallentare, mettersi in pausa, è uno dei motivi alla base della loro capacità di sopravvivenza in condizioni estreme. Una proprietà che i ricercatori pensano di sfruttare magari per la conservazione di terapie cellulari.
ENGLISH
They resist radiation, enhancing their ability to repair DNA damage. Small update on the amazing capabilities of these invertebrates.
Tardigrades need no introduction, perhaps. For those who have never come across them, we are talking about tiny invertebrates, a maximum of one millimeter in size, common inhabitants of mosses. They have eight legs, a body that resembles that of a micro worm and have around a thousand species. In the space of a few years, the proliferation of scientific research, which extolled one or another amazing ability, made them very famous. They, on the other hand, taught us to remain speechless: these little beings in fact amaze everyone with their extreme resistance capabilities. Put an obstacle in front of them, a difficult situation, extreme conditions, and they will make it. We study them for this very reason. If we could understand how they manage, perhaps this could be useful to us too: this is why even NASA has taken an interest in their biology. For now we are still far from a real applicability of what has been discovered about them, but we are increasingly closer to understanding how they manage to be so resistant.
A gene from the microscopic invertebrate has been inserted into human embryonic stem cells, increasing resistance to radiation. It's just the latest in a series of military breakthroughs for Chinese scientists
Resistance to ionizing radiation
The latest discoveries about tardigrades concern their ability to resist ionizing radiation. Ionizing radiation - as the term suggests - is radiation capable of causing the ionization of the molecules it encounters. X-rays are ionizing radiation, but also gamma rays, neutrons, alpha particles and beta particles, extremely dangerous for cells and tissues, and for DNA. They are in fact considered carcinogenic: they can alter the DNA of target cells, causing them to die, or indeed favor the onset of mutations that can contribute to the onset of tumors. A group of researchers from North Carolina - and who have long experience in studies on the powers of tardigrades - has discovered how these small animals manage to resist very high doses of ionizing radiation.
In fact, as reported in the pages of Current Biology, if the LD50 (the dose capable of killing half the population) for ionizing radiation for humans is 5 Gray, for tardigrades it is close to 4000 Gray. To understand how this extreme resistance was possible, the researchers conducted experiments with the tardigrade species Hypsibius exemplaris, first subjecting it to gamma rays, then observing in detail the cellular responses triggered by this stress. In particular, the scientists analyzed how the quantity and quality of messenger RNA molecules produced changed, to thus have clues about the type of proteins produced in response. Proceeding step by step, they first demonstrated that radiation induced damage at the DNA level - as expected - but that this damage was then repaired and that the repair was probably the work of proteins specifically responsible for repairing the damage induced to DNA.
As the damage increases, the systems to repair it increase
In fact, the data observed says this: after stress with gamma rays, in tardigrades an increase in mRNA is observed which codes for proteins responsible for DNA repair. Similar effects have already been observed - from bacteria to humans - but these are only very modest increases, the researchers write, at most three times as much. In this case, however, we are talking about increases in some cases of 300 times. What the researchers observed is quite clear: this is how the tardigrade protects itself. Ionizing radiation induces DNA damage, and tardigrades deploy a series of proteins ready to repair this damage. A different mechanism - or perhaps complementary, the authors note - to that observed in another species in which defense against radiation is attributable to the action of a single protein that extends over the DNA and protects it from radiation damage. At the conclusion of their experiments, the authors also report how, when the repair protein genes were "transplanted" into some bacteria, these also acquired resistance to radiation.
At the origin of the exceptional resistance of tardigrades
“Why tardigrades have evolved this strong resistance to ionizing radiation is rather enigmatic - we read in the paper - since it is unlikely that tardigrades have been exposed to high doses of ionizing radiation during their evolutionary history”. Perhaps it is the same mechanism that makes them resistant to the effects of drying, the authors venture, but this is a hypothesis. This ability to resist radiation, in fact, is not the only virtue of tardigrades, as we mentioned. They can tolerate very high pressures, withstanding the absence of water, extreme frost and heat for decades, to the point that for this very reason a study some time ago by the University of Oxford identified them as immune or almost immune to possible apocalypses, instead capable of destroying our species very well.
Therefore, clarify them their staying power, the direction of research in the field lately aims to understand what lies at the basis. In addition to the defense and repair capabilities of their genetic heritage, another of the recently discovered mechanisms concerns the functionality of their proteins, explained just a few days ago from the University of Wyoming. In fact, some of these have the (reversible) ability to organize themselves into fibrils and gels and thus slow down the metabolism of cells, promoting their survival. This same ability of tardigrades to slow down, to pause, is one of the reasons behind their ability to survive in extreme conditions. A property that researchers think of exploiting perhaps for the conservation of cell therapies.
Da:
https://www.wired.it/article/tardigradi-cosa-sono-caratteristiche-dna-resistenza-radiazioni/#intcid=_wired-it-right-rail_a2c669bd-f488-4a6a-9eb9-f4cda2487aeb_popular4-1
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