Một Loài Tardigrade Mới Hiện Ra Khả Năng Hồi Phục Giống Như Siêu Anh Hùng
Tardigrades, những sinh vật nhỏ bé, có tám chân trông giống như chú gấu ngoài hành tinh, mạnh mẽ hơn bất kỳ loài nào trên Trái Đất. Những chú này có thể chịu đựng lượng phóng xạ lớn gần 1.000 lần cao hơn so với mức độ gây tử vong đối với con người, và sống sót trong môi trường khắc nghiệt mà không có hệ sinh thái nào khác có thể đối phó được. Một loài tardigrade được phát hiện gần đây đã tiết lộ thông tin mới về cách con vật nhỏ bé này làm được điều đó bằng cách sửa chữa hỏng hóc trên ADN của nó khi tiếp xúc với liều phóng xạ gamma cao.
Hiện tại có khoảng 1.500 loài tardigrades được biết đến, đáng yêu được biết đến như những chú gấu nước, nhưng vẫn còn rất nhiều điều cần biết về cơ chế mà các loài không xương sống khỏe mạnh này bảo vệ bản thân khỏi phóng xạ. Một nghiên cứu mới cụ thể tìm hiểu một loài cụ thể, có tên là Hypsibius henanensis, để khám phá các gợi ý đằng sau cơ chế phân tử làm cho tardigrades trở nên siêu anh hùng. Kết quả này có thể cung cấp thông tin để giúp giảm ảnh hưởng của phóng xạ đối với phi hành gia trong không gian và hỗ trợ chuyến bay trong thời gian dài cho con người.
“Khả năng chống chịu môi trường cực kỳ của các vi sinh vật như tardigrades là kho báu các cơ chế phân tử chống chịu áp lực chưa được khám phá,” Lei Li, một nhà nghiên cứu tại Học viện Khoa học Trung Quốc, và tác giả chính của bài báo, nói trong một tuyên bố. “Nghiên cứu chức năng về các cơ chế radiotolerance này … sẽ mở rộng hiểu biết của chúng ta về sự sống sót của tế bào dưới điều kiện cực kỳ.”
Các nhà khoa học đứng sau nghiên cứu, được công bố vào thứ Năm trong Khoa học, đã xác định chuỗi gen của loài tardigrade này, mà họ đã phát hiện khoảng sáu năm trước ở tỉnh Henan của Trung Quốc. Khi tiếp xúc với phóng xạ, loài tardigrade này kích hoạt một hệ thống phòng thủ tinh vi không chỉ bảo vệ ADN của họ khỏi hỏng hóc mà còn sửa chữa bất kỳ vỡ nát nào xảy ra.
Cơ chế phòng thủ nổi tiếng nhất của tardigrades là khả năng nhập vào trạng thái ngừng tất cả chân của họ và cuộn thành quả bóng trong khi tiêu thụ hầu hết nước bên trong họ (những chú gấu nước sẽ phù hợp tốt với hành tinh hư cảnh Dune). Trạng thái khô hạn này, cùng với các biện pháp phòng thủ khác, cho phép chúng sống sót qua những điều kiện cực đoan trong hàng thập kỷ hoặc có thể lâu hơn, tồn tại trong nhiệt độ đông lạnh, phóng xạ cường độ cao hoặc hốc không của không gian.
Loài tardigrades vừa phát hiện gần đây, Hypsibius henanensis, có tổng cộng 14.701 gen, trong đó 30% là duy nhất đối với tardigrades. Thông qua một loạt các thí nghiệm, các nhà khoa học đã tiếp xúc những chú gấu nước mới của họ với các liều phóng xạ là 200 và 2.000 grays, và, như phản ứng, phát hiện rằng 2.801 gen tham gia vào việc sửa chữa ADN, phân chia tế bào và phản ứng miễn dịch trở nên hoạt động (“grays” là đơn vị đo lường chuẩn cho liều lượng phóng xạ). Một trong những gen đó, TRID1, triệu gọi một protein (được gọi là 53BP1) tại các vị trí hỏng hóc để giúp sửa chữa vỡ hai sợi trong ADN.
Loài gấu nước cũng gọi các gen khác để giúp tính bền bỉ đáng ngạc nhiên của nó, bao gồm DODA1, tạo ra các huyết thanh chống oxy hóa thường thấy trong vi khuẩn, thực vật và nấm để làm sạch các hóa chất phản ứng gây ra do tiếp xúc với phóng xạ. Một gen khác, BCS1, che chắn tế bào của tardigrades khỏi hỏng hóc mitochondrial.
“tardigrades được tìm thấy ở khắp mọi nơi trên Trái Đất từ môi trường đại dương sâu đến đỉnh núi cao,” Thomas Boothby, giáo sư trợ giảng khoa Học phân tử tại Đại học Wyoming, người không tham gia vào nghiên cứu, nói với Gizmodo. “Tardigrades đã được tìm thấy trên mọi lục địa, bao gồm cả Nam Cực. Khả năng chịu đựng của chúng với căng thẳng cực kỳ có thể đã giúp chúng mở rộng sự thích nghi mà chúng đã thực hiện ở các điểm số khác nhau.”
Năm 2021, Boothby đã gửi gấu nước lên không gian, tiếp xúc chúng với điều kiện khắc nghiệt trên Trạm Vũ trụ Quốc tế để hiểu rõ hơn cách chúng giữ được môi trường cực đoan. “Việc hiểu cách tardigrades sống sót trong không gian và dưới điều kiện bay không gian này rất quan trọng vì điều này có thể giúp chúng ta phát triển các liệu pháp và biện pháp chống lại áp lực và các rối loạn mà con người trải qua trong khoảng thời gian bay lâu,” Boothby cho biết. “Điều này rất quan trọng để thúc đẩy một lực lượng con người an toàn và hiệu quả trong không gian cũng như mở rộng nền kinh tế không gian của chúng ta.”
Tardigrades đã lâu đã làm cho các nhà khoa học hứng thú, đặc biệt là trong bối cảnh chuyến bay không gian. Xác định cách mà những sinh vật nhỏ bé này sống sót trong môi trường căng thẳng, với trọng lực vi mô và mức độ phóng xạ cao, có thể giúp những nhà nghiên cứu xác định cách thức để bảo vệ con người khỏi tác động của chuyến bay không gian độ dài.
“Hiểu rõ hơn về các chiến lược đặc biệt được triển khai bởi tardigrades để đối phó với căng thẳng cực đoan, bao gồm những vấn đề như phóng xạ mà con người gặp phải trong chuyến bay không gian, sẽ giúp chúng ta hiểu cách chúng ta có thể bảo vệ con người khỏi những căng thẳng này,” Boothby nói. “Điều này quan trọng để chuyến bay không gian sâu và điều hành chuyến bay dài hạn của con người một cách an toàn và hiệu quả.”
#Viên Thể Tardigrade #Áp Đặc Kinh Tinhến #Cứu Hộ Siêu Anh Hùng #Phát Hiện Mới #Phóng Xạ #Không Gian
Tardigrades, tiny, eight-legged creatures that look like alien bears, are tougher than any beast on Earth. These little guys can withstand massive amounts of radiation, nearly 1,000 times higher than the lethal level for humans, and survive in harsh environments that no other organism can withstand. A recently discovered species of tardigrades reveals new insights into how the microscopic animal pulls it off by repairing damage to its DNA when exposed to high doses of gamma rays.
There are roughly 1,500 known species of tardigrades, affectionately known as water bears, but there’s still much to be known about the mechanism through which the hardy invertebrates protect themselves against radiation. A new study specifically examines one species, named Hypsibius henanensis, to uncover clues behind the molecular mechanism that gives tardigrades their super powers. The results could inform new ways to help mitigate the effects of radiation on astronauts in space, and facilitate long-duration spaceflight for humans.
“Extreme environmental resistance of extremophiles such as tardigrades is a treasure trove of unexplored molecular mechanisms of stress resistance,” Lei Li, a researcher at the Chinese Academy of Science, and lead author of the paper, said in a statement. “Functional research on these radiotolerance mechanisms… will further broaden our understanding of cellular survival under extreme conditions.”
The scientists behind the study, published Thursday in Science, sequenced the genome of the tardigrade species, which they had discovered around six years ago in China’s Henan province. When exposed to radiation, the tardigrade species activated a sophisticated system of defense that not only protects their DNA from the damage but also repairs any breaks that happen to occur.
The most well-known defense mechanism for tardigrades is their ability to enter a death-like state of dormancy in which they suck in all eight of their limbs and curl up into a ball while depleting nearly all of their internal water supply (the water bears would be a great fit for Dune’s fictional planet, Arrakis). This dehydrated state, among other defensive measures, allows them to live through the most extreme conditions for decades or possibly longer, surviving freezing temperatures, intense radiation, or the vacuum of space.
The recently found species, Hypsibius henanensis, has a total of 14,701 genes, 30% of which are unique to tardigrades. Through a series of experiments, the scientists exposed their newly found water bears to doses of 200 and 2,000 grays of radiation, and, in response, found that 2,801 genes involved in DNA repair, cell division, and immune responses became active (“grays” are a standard unit of measurement for radiation doses). One of those genes, TRID1, summons a protein (called 53BP1) at sites of damage to help repair double-strand breaks in DNA.
The species of water bears also calls on other genes to help its surprising resilience, including DODA1, which produces antioxidant pigments typically found in bacteria, plants, and fungi to clean up the reactive chemicals caused by exposure to radiation. Another gene, BCS1, shields the tardigrades’ cells from mitochondrial damage.
“Tardigrade are found nearly everywhere on Earth from deep ocean environments to the tops of tall mountains,” Thomas Boothby, assistant professor for the Department of Molecular Biology at the University of Wyoming, who was not involved in the study, told Gizmodo. “Tardigrades have been found on every continent, including Antarctica. Their ability to tolerate extreme stresses has likely helped with their expansive colonization of different biomes.”
In 2021, Boothby sent water bears to space, exposing them to the harsh conditions on board the International Space Station to better understand how they tolerate extreme environments. “It is important to understand how tardigrades survive in space and under spaceflight conditions as this can help us develop therapies and countermeasures to the stresses and dysfunctions experienced by humans during prolonged spaceflight,” Boothby said. “This is essential for promoting a safe and productive human presence in space as well as expanding our space economy.”
Tardigrades have long fascinated scientists, particularly within the context of spaceflight. Identifying the ways in which the tiny creatures survive in the stressful environment, with microgravity and elevated levels of radiation, can help researchers identify ways through which to protect humans from the effects of long-duration spaceflight.
“Better understanding the unique strategies mounted by tardigrades to cope with extreme stresses, including those such as radiation that are experienced during spaceflight, will help us understand how we might safeguard humans against these stresses,” Boothby said. “This would be important for safe and productive deep space or long-term manned space missions.”
[ad_2]
