Gấu Nước siêu anh hùng: Khả năng chữa bệnh đỉnh cao được tiết lộ bởi loài Tardigrade

Tardigrades, những sinh vật tám chân nhỏ bé trông giống như những con gấu ngoài hành tinh, cứng rắn hơn bất kỳ loài quái vật nào trên Trái đất. Những anh chàng nhỏ bé này có thể chịu được lượng phóng xạ khổng lồ, cao hơn gần 1.000 lần so với mức gây chết người đối với con người và tồn tại trong môi trường khắc nghiệt mà không sinh vật nào có thể chịu được. Một loài gấu nước được phát hiện gần đây tiết lộ những hiểu biết mới về cách loài động vật cực nhỏ này kéo nó ra bằng cách sửa chữa những tổn thương ở DNA của nó khi tiếp xúc với tia gamma liều cao.

Có khoảng 1.500 loài gấu nước được biết đến, được gọi một cách trìu mến là gấu nước, nhưng vẫn còn nhiều điều cần biết về cơ chế mà loài động vật không xương sống cứng cáp này tự bảo vệ mình trước bức xạ. Một nghiên cứu mới kiểm tra cụ thể một loài, được đặt tên là Hypsibius henanensis, để khám phá manh mối đằng sau cơ chế phân tử mang lại siêu năng lực cho gấu nước. Kết quả có thể cung cấp những phương pháp mới giúp giảm thiểu tác động của bức xạ lên các phi hành gia trong không gian và tạo điều kiện thuận lợi cho con người trong chuyến bay vũ trụ trong thời gian dài.

Lei Li, nhà nghiên cứu tại Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, đồng thời là tác giả chính của bài báo, cho biết: “Khả năng kháng môi trường khắc nghiệt của các sinh vật cực đoan như gấu nước là một kho tàng các cơ chế phân tử chưa được khám phá để chống lại căng thẳng”. tuyên bố. “Nghiên cứu chức năng về các cơ chế dung nạp phóng xạ này… sẽ mở rộng hơn nữa hiểu biết của chúng ta về sự sống sót của tế bào trong những điều kiện khắc nghiệt.”

Các nhà khoa học đằng sau họcđược xuất bản vào thứ Năm năm Khoa học, đã giải trình tự bộ gen của loài gấu nước mà họ đã phát hiện ra khoảng sáu năm trước tại tỉnh Hà Nam, Trung Quốc. Khi tiếp xúc với bức xạ, loài tardigrade đã kích hoạt một hệ thống phòng thủ tinh vi không chỉ bảo vệ DNA của chúng khỏi bị hư hại mà còn sửa chữa mọi vết đứt gãy xảy ra.

Cơ chế bảo vệ nổi tiếng nhất của gấu nước là khả năng chúng tiến vào trạng thái ngủ đông giống như chết, trong đó chúng hút cả tám chi của mình và cuộn tròn thành một quả bóng trong khi cạn kiệt gần như toàn bộ nguồn cung cấp nước bên trong cơ thể (gấu nước sẽ rất phù hợp cho cồn cát hành tinh hư cấu, Arrakis). Trạng thái mất nước này, cùng với các biện pháp phòng thủ khác, cho phép chúng sống qua những điều kiện khắc nghiệt nhất trong nhiều thập kỷ hoặc có thể lâu hơn, sống sót ở nhiệt độ đóng băng, bức xạ cường độ cao hoặc chân không của không gian.

Các loài được tìm thấy gần đây, Hypsibius henanensiscó tổng cộng 14.701 gen, 30% trong số đó là duy nhất của loài gấu nước. Thông qua một loạt thí nghiệm, các nhà khoa học đã cho những con gấu nước mới tìm thấy của họ tiếp xúc với liều lượng bức xạ 200 và 2.000 màu xám, và để đáp lại, họ phát hiện ra rằng 2.801 gen liên quan đến sửa chữa DNA, phân chia tế bào và phản ứng miễn dịch đã trở nên hoạt động (“màu xám” là đơn vị đo tiêu chuẩn của liều bức xạ). Một trong những gen đó, TRID1, triệu tập một protein (được gọi là 53BP1) tại các vị trí bị tổn thương để giúp sửa chữa các đứt gãy chuỗi kép trong DNA.

Loài gấu nước cũng kêu gọi các gen khác giúp nó có khả năng phục hồi đáng kinh ngạc, bao gồm DODA1, gen tạo ra các sắc tố chống oxy hóa thường thấy ở vi khuẩn, thực vật và nấm để làm sạch các hóa chất phản ứng do tiếp xúc với bức xạ. Một gen khác, BCS1, bảo vệ tế bào của gấu nước khỏi tổn thương ty thể.

Thomas Boothby, trợ lý giáo sư tại Khoa Sinh học Phân tử tại Đại học Wyoming, người không tham gia vào nghiên cứu, nói với Gizmodo: “Tardigrade được tìm thấy gần như ở khắp mọi nơi trên Trái đất, từ môi trường đại dương sâu thẳm đến đỉnh núi cao. “Tardigrades đã được tìm thấy ở mọi châu lục, bao gồm cả Nam Cực. Khả năng chịu đựng những căng thẳng cực độ của chúng có thể đã giúp chúng mở rộng phạm vi xâm chiếm các quần xã sinh vật khác nhau.”

Vào năm 2021, Boothby đã đưa gấu nước lên vũ trụ, cho chúng tiếp xúc với những điều kiện khắc nghiệt trên Trạm vũ trụ quốc tế để hiểu rõ hơn cách chúng chịu đựng được môi trường khắc nghiệt. Boothby cho biết: “Điều quan trọng là phải hiểu làm thế nào tardigrades tồn tại trong không gian và trong điều kiện bay vào vũ trụ vì điều này có thể giúp chúng ta phát triển các liệu pháp và biện pháp đối phó với những căng thẳng và rối loạn chức năng mà con người gặp phải trong chuyến bay vũ trụ kéo dài”. “Đây là điều cần thiết để thúc đẩy sự hiện diện an toàn và hiệu quả của con người trong không gian cũng như mở rộng nền kinh tế vũ trụ của chúng ta.”

Tardigrades từ lâu đã mê hoặc các nhà khoa học, đặc biệt là trong bối cảnh du hành vũ trụ. Xác định cách thức các sinh vật nhỏ bé tồn tại trong môi trường căng thẳng, với trọng lực vi mô và mức độ phóng xạ cao, có thể giúp các nhà nghiên cứu xác định các cách để bảo vệ con người khỏi tác động của chuyến bay vũ trụ trong thời gian dài.

Boothby cho biết: “Hiểu rõ hơn về các chiến lược độc đáo của tardigrades nhằm đối phó với những căng thẳng cực độ, bao gồm cả những chiến lược như bức xạ gặp phải trong chuyến bay vào vũ trụ, sẽ giúp chúng ta hiểu cách chúng ta có thể bảo vệ con người trước những căng thẳng này”. “Điều này sẽ rất quan trọng đối với không gian sâu an toàn và hiệu quả hoặc các sứ mệnh không gian có người lái dài hạn.”