Na fotografii: Dissostichus mawsoni - jeden z největších představitelů Nototheniaceae, může vážit až 90 kilogramů (foto Chris Cheng a Paul Cziko).
Jak se antarktickým rybám daří nejen existovat, ale také žít pokojně při teplotách blízkých bodu mrazu vody? Zvědaví vědci hledají odpověď na tuto záludnou otázku po mnoho let - takové „nemrznutí“by bylo pro lidstvo užitečné. Nyní se američtí vědci rozhodli podívat se na kořen, konkrétně ke studiu funkcí a genů biologické nemrznoucí směsi. A nová práce vedla k cennému objevu
Vědci z University of Illinois se zavázali prozkoumat genom zubatky antarktické (Dissostichus mawsoni), aby zjistili, co určuje její fantastickou výdrž.
Ryby podřádu Notothenioidei obývají ledové vody jižního oceánu a tvoří téměř 90% rybí biomasy této oblasti. Z tohoto důvodu je genetici vybrali jako testované subjekty. Teplota místních vod je taková, že se celé tělo obyvatel pod vodou mělo změnit na led. To se však neděje. Proč?
Pečlivé studium neobvyklých schopností Nototénců začalo v podstatě v padesátých letech minulého století. V 60. letech profesor Arthur DeVries z Illinoiské univerzity poprvé izoloval a popsal „nemrznoucí proteiny“, které vážou krystaly ledu v rybí krvi a zabraňují jejímu zmrznutí. Organismus obyvatel hlubokého moře si je produkuje sám.
V podřádu Notothenioidei je osm rodin, pět z nich žije v Antarktidě a tiše žije při nízkých teplotách (-2–4 ° C) a vysokém obsahu kyslíku (který se lépe rozpouští ve studené vodě a transformuje se do vysoce reaktivních forem škodlivých pro tkáně těla).
Skupina genetiků vedená Devrisovou manželkou Chi-Hing „Christinou“Cheng se vydala zjistit genetický základ extrémní vytrvalosti.
"Tato práce byla první komplexní studií všech biologických funkcí ryb žijících v neuvěřitelně studené vodě po celý život od narození do smrti," říká Cheng.
Vědci nejprve převzali kontrolu nad charakteristickým představitelem nontotenia - Dissostichus mawsoni. Christina a její kolegové chtěli zjistit, které geny se nejčastěji vyskytují v arktické zubatce. Za tímto účelem odebrali čtyři vzorky tkáně: z mozku, vaječníků, jater a ledvin (hlavní hematopoetický orgán ryb)
Propagační video:
Před dvěma lety vědci zjistili, že játra téměř neprodukují bílkoviny nezbytné pro adaptaci. Žaludek a exokrinní slinivka fungují mnohem lépe pro dobro ryb.
Zpočátku genetici rozhodli, že antarktické ryby budou mít vysoce efektivní expresi všech genů, které jim umožní přežít při nízkých teplotách a vysokých hladinách kyslíku. I když byla zvažována i tato možnost, když specifické tkáně produkují velké množství určitých proteinů.
"Zjistili jsme, že ve velké většině případů funguje specifická skupina genů," říká Cheng. „Každá tkáň exprimuje všechny možné geny, ale tato velmi malá skupina cytoprotektivních genů je exprimována ve velkém počtu ve všech tkáních.“
Vědci dále porovnali expresi genů D. mawsoni a ryb s nimi nesouvisejících, žijících v teplejších vodách Světového oceánu, a zjistili, že většina genů potřebných pro antarktické ryby se téměř neprojevuje u jiných druhů.
Mezi sekvencemi zodpovědnými za produkci určitých proteinů ve velkém počtu (upregulované geny) bylo nalezeno mnoho genů, které kódují proteiny, které jsou zodpovědné za reakci těla na negativní vlivy prostředí. Vědci napočítali až 177 rodin.
Byla nalezena zejména řada chaperonů (proteiny, jejichž hlavní funkcí je obnovit správnou terciární strukturu poškozených proteinů), zejména pak „proteiny tepelného šoku“, které chrání buňky před extrémními teplotami. Také byly přítomny ubikvitiny, proteiny, které podporují zdraví buněk a označují jiné proteiny před degradací.
Kromě toho se v genomu zubatky antarktické nacházejí tyto bílkoviny 3 až 300krát častěji než v teplovodních „protějšcích“, což také zvyšuje odolnost organismu ryb proti extrémním podmínkám.
V současné době vědci zkoumají vliv změny klimatu (zvýšení teploty vody) na antarktické druhy ryb. Musí zjistit, zda se D. mawsoni dokáže přizpůsobit novým podmínkám. Koneckonců, pokud vyhynou antarktické zubáčky, budou trpět všechny potravní řetězce jižního oceánu.
Přečtěte si více o studii v tiskové zprávě univerzity v článku autorů objevu publikovaném v PNAS. University of Illinois také připravila tuto prezentaci pro informační účely.
Je samozřejmě příliš brzy hovořit o praktické aplikaci získaných údajů ve prospěch lidí. Tento výzkum je zásadnější než aplikovaný. Ať už však budou vědci po letech s pomocí nových objevů schopni vytvořit nějakou speciální nemrznoucí směs pro mechanismy a produkty, nebo (pokud o tom opravdu sníte) zlepšit schopnost přežít při nízkých teplotách samotného člověka - nikdo neví.