Na fotografii: Dissostichus mawsoni - jeden z najväčších predstaviteľov nototénie, môže vážiť až 90 kilogramov (foto Chris Cheng a Paul Cziko).
Ako sa darí antarktickým rybám nielen existovať, ale aj pokojne žiť pri teplotách blízkych bodu mrazu vody? Zvedaví vedci hľadali odpoveď na túto záludnú otázku už mnoho rokov - také „nemrznutie“by bolo pre ľudstvo užitočné. Teraz sa americkí vedci rozhodli pozrieť sa na koreň, konkrétne na štúdium funkcií a génov biologickej nemrznúcej zmesi. A nová práca viedla k hodnotnému objavu
Vedci z Illinoisskej univerzity sa zaviazali preskúmať genóm zubára antarktického (Dissostichus mawsoni), aby zistili, čo určuje jeho fantastickú výdrž.
Ryby podradu Notothenioidei obývajú ľadové vody južného oceánu a tvoria takmer 90% rybej biomasy tohto regiónu. Z tohto dôvodu si ich genetici vybrali ako testované subjekty. Teplota miestnych vôd je taká, že sa celé telo obyvateľov pod vodou malo zmeniť na ľad. To sa však nedeje. Prečo?
Dôkladné štúdium neobvyklých schopností Nototénčanov sa začalo v podstate v päťdesiatych rokoch minulého storočia. V 60. rokoch profesor Arthur DeVries z University of Illinois prvýkrát izoloval a opísal „nemrznúce proteíny“, ktoré viažu ľadové kryštály v rybej krvi a bránia jej zamrznutiu. Organizmus obyvateľov hlbokomorského mora si ich sám vyrába.
V podrade Notothenioidei je osem rodín, päť z nich žije v Antarktíde a žije ticho pri nízkych teplotách (-2–4 ° C) a vysokom obsahu kyslíka (ktorý sa lepšie rozpúšťa v studenej vode a transformuje sa do vysoko reaktívnych foriem škodlivých pre tkanivá tela).
Skupina genetikov pod vedením Devrisovej manželky Chi-Hing „Christiny“Cheng sa vydala zistiť genetický základ extrémnej výdrže.
"Táto práca bola prvou komplexnou štúdiou všetkých biologických funkcií rýb žijúcich v neuveriteľne studenej vode od narodenia do smrti," hovorí Cheng.
Vedci najskôr prevzali kontrolu nad typickým predstaviteľom nontoténia - Dissostichus mawsoni. Christina a jej kolegovia chceli zistiť, ktoré gény sa najčastejšie vyskytujú v arktických zubáčoch. Za týmto účelom odobrali štyri vzorky tkaniva: z mozgu, vaječníkov, pečene a obličiek (hlavný krvotvorný orgán rýb)
Propagačné video:
Pred dvoma rokmi vedci zistili, že pečeň takmer neprodukuje proteíny potrebné na adaptáciu. Žalúdok a exokrinný pankreas pracujú oveľa viac v prospech rýb.
Genetici spočiatku rozhodli, že antarktické ryby budú mať vysoko efektívnu expresiu všetkých génov, ktoré im umožnia prežiť pri nízkych teplotách a vysokej hladine kyslíka. Aj keď sa uvažovalo aj o možnosti, keď špecifické tkanivá produkujú veľké množstvo určitých proteínov.
"Zistili sme, že v prevažnej väčšine prípadov funguje špecifická skupina génov," hovorí Cheng. „Každé tkanivo exprimuje všetky možné gény, ale táto veľmi malá skupina cytoprotektívnych génov je exprimovaná vo veľkom množstve vo všetkých tkanivách.“
Vedci ďalej porovnali expresiu génov D. mawsoni a rýb, ktoré s ním nesúvisia a žijú v teplejších vodách Svetového oceánu, a zistili, že väčšina génov potrebných pre antarktické ryby sa takmer neprejavuje u iných druhov.
Medzi sekvenciami zodpovednými za produkciu určitých proteínov vo veľkom množstve (upregulované gény) sa našlo veľa génov, ktoré kódujú proteíny zodpovedné za reakciu tela na negatívne vplyvy prostredia. Vedci napočítali až 177 rodín.
Našli sa najmä rôzne chaperóny (proteíny, ktorých hlavnou funkciou je obnoviť správnu terciárnu štruktúru poškodených proteínov), najmä „proteíny tepelného šoku“, ktoré chránia bunky pred extrémnymi teplotami. Prítomné boli aj ubikvitíny, proteíny, ktoré podporujú zdravie buniek a pred degradáciou označujú ďalšie proteíny.
V genóme zubáča antarktického sa navyše tieto proteíny nachádzajú 3 až 300-krát častejšie ako v jeho teplovodných „náprotivkoch“, čo tiež zvyšuje odolnosť organizmu rýb voči extrémnym podmienkam.
V súčasnosti vedci skúmajú vplyv zmeny podnebia (zvýšenie teploty vody) na antarktické druhy rýb. Musia zistiť, či sa D. mawsoni dokáže prispôsobiť novým podmienkam. Ak totiž antarktické zubáče vyhynú, budú trpieť všetky potravinové reťazce južného oceánu.
Prečítajte si viac o štúdii v tlačovej správe univerzity, v článku autorov objavu, publikovanom v PNAS. Illinoisská univerzita pripravila túto prezentáciu tiež na informačné účely.
Je samozrejme ešte skoro hovoriť o praktickej aplikácii získaných údajov v prospech ľudí. Tento výskum je zásadnejší ako aplikovaný. Avšak to, či budú vedci po rokoch s pomocou nových objavov schopní vytvoriť akúsi špeciálnu nemrznúcu zmes pre mechanizmy a výrobky, alebo (ak sa vám o tom skutočne sníva) zlepšiť schopnosť prežiť pri nízkych teplotách aj samotného človeka - nikto nevie.