Главная страница «Первого сентября»Главная страница журнала «Биология»Содержание №9/2009

Новости науки

Экстремальные гены незамерзающей рыбы

Как антарктические рыбы умудряются не просто выживать, а вполне безбедно существовать при температурах, близких к точке замерзания воды? Ответ на этот вопрос ученые ищут уже многие годы – человечеству такая «незамерзайка» ой как пригодилась бы. Теперь американские исследователи решили посмотреть в корень, а именно – изучить функции генов биологического антифриза. И новая работа привела к ценному открытию.

Ученые из университета Иллинойса (University of Illinois at Urbana-Champaign) взялись исследовать геном антарктического клыкача (Dissostichus mawsoni), чтобы выяснить, чем определяется его фантастическая выносливость.

Рыбы подотряда Notothenioidei обитают в ледяных водах южной части Мирового океана и составляют почти 90% рыбной биомассы этого региона. Именно по этой причине генетики выбрали их в качестве объекта исследования. Температура здешних вод такова, что все тело подводных обитателей должно было бы превратиться в лед. Однако этого не происходит. Почему?

Тщательное изучение необычных способностей нототениевых по сути началось в 1950-е гг. В 1960-х гг. профессор Артур Деврис (Arthur DeVries) из университета Иллинойса впервые изолировал и описал «белки-антифризы», которые связывают кристаллы льда в крови рыб, не давая ей застыть. Организм обитателей морских глубин производит их сам.

Из-за незаконного вылова патагонского клыкача (Dissostichus eleginoides) уже с 1970-х гг. страдают пищевые цепи южных частей сразу нескольких океанов. Ученые беспокоятся, что та же судьба грозит и антарктическому клыкачу (фото с сайтов foodluvin.com и dailymail.co.uk)

В подотряде Notothenioidei 8 семейств, 5 из них обитают в Антарктике, спокойно проживая при низких температурах (–2–4 °C) и высоком содержании кислорода (который лучше растворяется в холодной воде и переходит в высокореакционные, вредные для тканей организма формы).

Группа генетиков под руководством Кристины Чэн (Chi-Hing «Christina» Cheng), жены Девриса, решила выяснить генетические основы экстремальной выносливости.

«Эта работа стала первым полномасштабным исследованием всех биологических функций рыб, всю свою жизнь от рождения и до смерти обитающих в невероятно холодной воде», – говорит Чэн. Для начала ученые взяли под пристальный контроль характерного представителя нототениевых – антарктического клыкача. Кристина и ее коллеги хотели выяснить, экспрессия каких генов происходит у этого представителя подотряда наиболее массово. Для этого они взяли четыре образца тканей: из мозга, яичников, печени и почки (основного кроветворного органа рыбы).

Два года назад ученые установили, что печень почти не вырабатывает необходимые для адаптации белки. Куда больше на благо рыбы работают желудок и экзокринная часть поджелудочной железы. Поначалу генетики решили, что у антарктических рыб будет происходить высокоэффективная экспрессия всех генов, позволяющих выживать при низкой температуре и высоком содержании кислорода. Также рассматривался вариант, когда конкретные ткани вырабатывают большое количество определенных белков.

Личинки нототениевых могут подрастать
в течение 9 месяцев, и все это время
им приходится испытывать на себе
неблагоприятные условия среды

«Мы обнаружили, что в подавляющем большинстве случаев работает конкретная группа генов, – говорит Чэн. – В каждой ткани экспрессируются все возможные гены, но небольшая группа цитопротекторных генов экспрессируется в наибольшем количестве во всех тканях».

Далее ученые сравнили экспрессию генов D. mawsoni и неродственных ей рыб, обитающих в более теплых водах Мирового океана, и выяснили, что большинство генов, нужных антарктической рыбе, почти не проявляют себя у других видов. Среди последовательностей, отвечающих за выработку определенных белков в большом количестве, было обнаружено много генов, кодирующих протеины, отвечающие за реакцию организма на негативное воздействие окружающей среды. Таких ученые насчитали аж 177 семейств.

В частности, было обнаружено множество шаперонов (белков, основная функция которых – восстановление правильной третичной структуры поврежденных белков) и особенно «белков температурного шока» (heat shock protein), защищающих клетки от экстремальных температур. Также присутствовали убиквитины – белки, поддерживающие здоровье клеток и маркирующие другие протеины перед процессом деградации. Кроме того, в геноме антарктического клыкача эти протеины встречаются от 3 до 300 раз чаще, чем у его тепловодных «собратьев», что также увеличивает сопротивляемость рыбьего организма экстремальным условиям.

На данный момент ученые занимаются изучением влияния на антарктические виды рыб изменения климата (повышения температуры воды). Им предстоит выяснить, сможет ли адаптироваться D. mawsoni к новым условиям. Ведь если вымрут антарктические клыкачи, пострадают все пищевые цепочки Южного океана.

Говорить о практическом применении полученных данных в хозяйственной деятельности человека пока, конечно, рано. Данное исследование скорее фундаментальное, чем прикладное. Однако смогут ли ученые спустя годы с помощью новых открытий создать какой-то особый антифриз для механизмов и продуктов или (если уж совсем размечтаться) улучшить способности к выживанию при низких температурах самого человека – не знает никто.

По материалам: membrana.ru

Рейтинг@Mail.ru