Un tardigrado catturato da un microscopio elettronico. Nonostante le loro dimensioni minuscole, contengono una generosità di segreti biologici. Credito:S Tanaka, H Sagara, T Kunieda.
Alcune specie di tardigradi, o orsi acquatici come sono anche conosciute le minuscole creature acquatiche, possono sopravvivere in ambienti diversi, spesso ostili o addirittura fatali alla maggior parte delle forme di vita. Per la prima volta, i ricercatori descrivono un nuovo meccanismo che spiega come alcuni tardigradi possono sopportare una disidratazione estrema senza morire. Hanno esplorato le proteine che formano un gel durante la disidratazione cellulare. Questo gel si irrigidisce per sostenere e proteggere le cellule dallo stress meccanico che altrimenti le ucciderebbe. È stato anche dimostrato che queste proteine funzionano nelle cellule degli insetti e mostrano persino una funzionalità limitata nelle cellule umane in coltura.
I tardigradi spesso attirano l'attenzione su se stessi, nonostante siano così piccoli. La loro straordinaria capacità di sopravvivere in situazioni che ucciderebbero la maggior parte degli organismi ha catturato l'immaginazione del pubblico. Si potrebbe facilmente immaginare che, decodificando i loro segreti, potremmo applicare la conoscenza a noi stessi per rendere gli esseri umani più resistenti a temperature, pressioni e persino disidratazione estreme. Questa è solo fantascienza per ora, ma nonostante ciò i ricercatori, affascinati anche dalle creature microscopiche, cercano di capire i meccanismi responsabili della loro robustezza, poiché ciò potrebbe portare anche altri vantaggi.
"Sebbene l'acqua sia essenziale per tutta la vita che conosciamo, alcuni tardigradi possono vivere senza di essa potenzialmente per decenni. Il trucco sta nel modo in cui le loro cellule affrontano questo stress durante il processo di disidratazione", ha affermato il professor Takekazu Kunieda dell'Università di Tokyo. Dipartimento di Scienze Biologiche.
"Si pensa che quando l'acqua lascia una cellula, un qualche tipo di proteina deve aiutare la cellula a mantenere la forza fisica per evitare di collassare su se stessa. Dopo aver testato diversi tipi, abbiamo scoperto che le proteine solubili al calore abbondanti nel citoplasma (CAHS), uniche per tardigradi, sono responsabili della protezione delle loro cellule dalla disidratazione."
Una recente ricerca sulle proteine CAHS rivela che possono percepire quando la cellula che le incapsula diventa disidratata, ed è allora che entrano in azione. Le proteine CAHS formano filamenti gelatinosi mentre si asciugano. Questi formano reti che supportano la forma della cellula mentre perde la sua acqua. Il processo è reversibile, quindi quando le cellule tardigradi si reidratano, i filamenti si ritirano a una velocità che non causa uno stress eccessivo sulla cellula. È interessante notare, tuttavia, che le proteine hanno mostrato lo stesso tipo di azione anche quando sono state isolate dalle cellule tardigradi.
"Cercare di vedere come si comportavano le proteine CAHS negli insetti e nelle cellule umane ha presentato alcune sfide interessanti", ha affermato l'autore principale Akihiro Tanaka, uno studente laureato in laboratorio. "Per prima cosa, per visualizzare le proteine, dovevamo colorarle in modo che si mostrassero sotto i nostri microscopi. Tuttavia, il tipico metodo di colorazione richiede soluzioni contenenti acqua, il che ovviamente confonde qualsiasi esperimento in cui la concentrazione di acqua è un fattore che si cerca di controllo per. Quindi ci siamo rivolti a una soluzione a base di metanolo per aggirare questo problema."
La ricerca sui meccanismi legati alla conservazione a secco di cellule o organismi potrebbe avere molte applicazioni future. Kunieda e il suo team sperano che attraverso questa nuova conoscenza, i ricercatori possano trovare modi per migliorare la conservazione dei materiali cellulari e delle biomolecole allo stato secco. Ciò potrebbe prolungare la durata di conservazione di materiali utilizzati per la ricerca, medicinali con date di scadenza brevi o forse anche interi organi necessari per i trapianti.
Immagine al microscopio elettronico a scansione del tardigrado disidratato, Ramazzottius varieornatus. Crediti:Tanaka S, Sagara H, Kunieda T
"Tutto sui tardigradi è affascinante. La gamma estrema di ambienti in cui alcune specie possono sopravvivere ci porta a esplorare meccanismi e strutture mai visti prima. Per un biologo, questo campo è una miniera d'oro", ha affermato Kunieda. "Non dimenticherò mai il capodanno 2019, quando ho ricevuto un'e-mail da Tomomi Nakano, un altro autore dell'articolo. Aveva lavorato fino a tardi cercando di vedere la condensazione delle proteine CAHS e ha osservato le prime reti di filamenti CAHS in cellule umane coltivate . Sono rimasto sbalordito nel vedere queste immagini microscopiche così chiaramente definite. Era la prima volta che vedevo una cosa del genere. È stato davvero un felice anno nuovo!"
Saper isolare e attivare queste speciali proteine, però, è solo l'inizio. Kunieda e il suo team hanno in programma di setacciare più di 300 altri tipi di proteine, alcune delle quali probabilmente svolgono un ruolo nell'incredibile capacità di preservare la vita di questi minuscoli orsi acquatici.
La ricerca è stata pubblicata su PLoS Biology .
