I tardigradi proteggono le proteine ​​sull’orlo della morte

Stephanie è entrata a far parte di Drug Discovery News come assistente redattore nel 2021. Ha conseguito il dottorato di ricerca presso l'Università della California a Los Angeles nel 2019 e ha scritto per Discover Magazine,...

Con le loro gambe paffute e il naso a bottone, i tardigradi certamente non sembrano custodire i segreti della vita e della morte nei loro artigli sottili, ma è così. Questi animali carismatici – spesso chiamati orsi d’acqua o maialini di muschio – hanno sviluppato adattamenti unici per prosperare in ambienti dove pochi altri possono sopravvivere.

Mentre in genere vivono in ambienti acquosi, dai manti nevosi dell'Himalaya al muschio che cresce in un parcheggio, i tardigradi possono sopravvivere alla disidratazione, al congelamento, a temperature superiori al punto di ebollizione dell'acqua e persino al vuoto e alle radiazioni dello spazio (1,2). Per fare ciò, i tardigradi rimuovono l’acqua dai loro corpi e rallentano il loro metabolismo fino allo 0,01% del suo tasso normale. In tal modo, passano alla loro forma "tun", uno stato di animazione sospesa in cui possono vivere per decenni. L'esposizione a solo un po' d'acqua riporta i tardigradi dai tini al loro stato normale e turgido.

"Sentiamo sempre il detto: 'La vita è acqua', e sappiamo che tutto il metabolismo richiede acqua", ha detto Thomas Boothby, tardigradologo dell'Università del Wyoming. "Come puoi avere una vita senza metabolismo? È quasi una questione filosofica."

Restando sul confine tra vita e morte, i tardigradi offrono agli scienziati l’opportunità di capire cosa significa essere vivi e, forse, come mantenere in vita gli esseri viventi. Con l’avvento di nuovi strumenti genetici e una crescente comunità di ricercatori sui tardigradi, gli scienziati stanno studiando come i tardigradi sopravvivono a condizioni stressanti con la speranza di tradurre quelle lezioni in formulazioni farmacologiche più stabili. Con la loro capacità di proteggere da livelli di radiazioni pericolosi, la biologia dei tardigradi può persino aiutare gli esseri umani durante le missioni spaziali a lungo termine sulla Luna e su Marte.

Mentre il sole sale alto nel cielo, l’acqua che circonda i tardigradi che vivono in una pozza di schiuma di stagno inizia lentamente ad evaporare. Man mano che l'ambiente si secca, le cellule dei tardigradi iniziano a perdere acqua e la concentrazione delle molecole al loro interno diventa sempre più elevata.

"L'essiccazione non è uno stress tutto o niente", ha spiegato Boothby. "È un continuum di stress."

Man mano che le strutture cellulari si comprimono, è più probabile che le proteine ​​si aggreghino tra loro. Quando la cellula non ha più abbastanza acqua per formare legami idrogeno con le proteine, le proteine ​​si dispiegano e perdono la loro funzione. In qualche modo, i tardigradi hanno trovato un modo per prevenire la perdita della funzione proteica dovuta all’essiccamento, e gli scienziati non avevano idea di come riuscissero a farlo fino a pochi anni fa.

"Cinque, sei anni fa, un postdoc di biologia qui all'UNC è entrato nel mio ufficio e ha detto di aver trovato i geni che permettevano ai tardigradi di sopravvivere all'essiccamento", ha detto Gary Pielak, un chimico delle proteine ​​dell'Università della Carolina del Nord (UNC) a Cappella collina. "Quel ragazzo era Thomas Boothby."

Lavorando insieme, Boothby, Pielak e i loro colleghi hanno riferito che quando le condizioni si seccano, i tardigradi esprimono proteine ​​uniche chiamate proteine ​​intrinsecamente disordinate dei tardigradi (TDP) (3). Sebbene i tardigradi non abbiano bisogno di TDP per vivere la loro normale vita acquatica, man mano che la loro casa acquosa si prosciuga, non possono vivere senza di essi. Quando i ricercatori hanno espresso i TDP nei batteri e nei lieviti, le proteine ​​hanno aumentato la tolleranza all'essiccamento di tali organismi di quasi 100 volte.

Da questa scoperta, i ricercatori dei tardigradi hanno identificato una serie di diversi TDP coinvolti nella protezione dei tardigradi durante l'essiccazione (4). Ma come esattamente i TDP e altri aspetti della biologia dei tardigradi proteggano l’animale rimane una questione aperta.

Per la maggior parte, questi studi si basavano sull’espressione delle proteine ​​tardigradi in sistemi modello come lieviti e batteri perché molte sofisticate tecniche di manipolazione genetica non erano possibili nei tardigradi, fino ad ora.

Kazuharu Arakawa, tardigradologo della Keio University, e il suo team hanno recentemente sviluppato un sistema chiamato TardiVec che consente agli scienziati di studiare i geni dei tardigradi all'interno degli animali stessi (5). La prima cosa che hanno fatto è stata esprimere la proteina fluorescente verde (GFP) sotto il controllo del promotore della proteina actina, un gene con un pattern di espressione elevato.