Nella foto: Dissostichus mawsoni - uno dei maggiori rappresentanti delle Nototheniaceae, può pesare fino a 90 chilogrammi (foto di Chris Cheng e Paul Cziko).
Come fanno i pesci antartici non solo a esistere, ma anche a vivere pacificamente a temperature vicine al punto di congelamento dell'acqua? Scienziati curiosi hanno cercato la risposta a questa domanda spinosa per molti anni - un tale "non congelamento" sarebbe utile all'umanità. Ora i ricercatori americani hanno deciso di guardare alla radice, ovvero di studiare le funzioni ei geni dell'antigelo biologico. E il nuovo lavoro ha portato a una preziosa scoperta
Scienziati dell'Università dell'Illinois si sono impegnati a esaminare il genoma del pesce dente antartico (Dissostichus mawsoni) per scoprire cosa determina la sua fantastica resistenza.
I pesci del sottordine Notothenioidei abitano le gelide acque dell'Oceano Antartico e rappresentano quasi il 90% della biomassa ittica di questa regione. È per questo motivo che i genetisti li hanno scelti come soggetti di prova. La temperatura delle acque locali è tale che l'intero corpo degli abitanti sottomarini dovrebbe essersi trasformato in ghiaccio. Tuttavia, questo non accade. Perché?
Uno studio accurato delle capacità insolite dei nototeni iniziò essenzialmente negli anni Cinquanta del secolo scorso. Negli anni '60, il professor Arthur DeVries dell'Università dell'Illinois per primo isolò e descrisse "proteine antigelo" che legano i cristalli di ghiaccio nel sangue di pesce, impedendone il congelamento. L'organismo degli abitanti delle profondità marine li produce da solo.
Ci sono otto famiglie nel sottordine Notothenioidei, cinque di loro vivono in Antartide, vivono tranquillamente a basse temperature (-2–4 ° C) e ad alto contenuto di ossigeno (che si dissolve meglio in acqua fredda e si trasforma in forme altamente reattive dannose per i tessuti del corpo).
Un gruppo di genetisti guidati dalla moglie di Devris, Chi-Hing "Christina" Cheng, ha deciso di scoprire le basi genetiche per la resistenza estrema.
"Questo lavoro è stato il primo studio su vasta scala di tutte le funzioni biologiche dei pesci che vivono in acque incredibilmente fredde dalla nascita alla morte", afferma Cheng.
Per cominciare, gli scienziati hanno preso lo stretto controllo di un caratteristico rappresentante del nontotenium - Dissostichus mawsoni. Christina e i suoi colleghi volevano scoprire quali geni sono più comunemente espressi nel pesce stelo artico. Per fare ciò, hanno prelevato quattro campioni di tessuto: dal cervello, dalle ovaie, dal fegato e dai reni (il principale organo ematopoietico del pesce)
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Nota, due anni fa, gli scienziati hanno scoperto che il fegato quasi non produce le proteine necessarie per l'adattamento. Lo stomaco e il pancreas esocrino lavorano molto di più per il bene del pesce.
In un primo momento, i genetisti hanno deciso che i pesci antartici avrebbero un'espressione altamente efficiente di tutti i geni che consentono loro di sopravvivere a basse temperature e alti livelli di ossigeno. Sebbene l'opzione sia stata presa in considerazione anche quando tessuti specifici producono grandi quantità di determinate proteine.
"Abbiamo scoperto che nella stragrande maggioranza dei casi, un gruppo specifico di geni è al lavoro", dice Cheng. "Ogni tessuto esprime tutti i possibili geni, ma quel gruppo molto piccolo di geni citoprotettivi è espresso in gran numero in tutti i tessuti".
Successivamente, gli scienziati hanno confrontato l'espressione dei geni di D. mawsoni e dei pesci non correlati ad essa, che vivono nelle acque più calde dell'Oceano Mondiale, e hanno scoperto che la maggior parte dei geni necessari ai pesci antartici quasi non si manifestano in altre specie.
Tra le sequenze responsabili della produzione di determinate proteine in grandi quantità (geni sovraregolati), sono stati trovati molti geni che codificano proteine che sono responsabili della risposta del corpo alle influenze ambientali negative. Gli scienziati hanno contato fino a 177 famiglie.
In particolare, sono state trovate una varietà di chaperone (proteine la cui funzione principale è quella di ripristinare la corretta struttura terziaria delle proteine danneggiate), e soprattutto "proteine da shock termico" che proteggono le cellule dalle temperature estreme. Erano presenti anche le ubiquitine, proteine che supportano la salute delle cellule e contrassegnano altre proteine prima della degradazione.
Inoltre, nel genoma dello stuzzicadenti antartico, queste proteine si trovano da 3 a 300 volte più spesso che nelle sue "controparti" di acqua calda, il che aumenta anche la resistenza dell'organismo del pesce a condizioni estreme.
Al momento, gli scienziati stanno studiando l'effetto del cambiamento climatico (aumento della temperatura dell'acqua) sulle specie di pesci dell'Antartide. Devono scoprire se D. mawsoni può adattarsi alle nuove condizioni. Dopotutto, se i pesci dentali antartici si estinguessero, tutte le catene alimentari dell'Oceano Antartico ne soffriranno.
Maggiori informazioni sullo studio nel comunicato stampa dell'università, nell'articolo degli autori della scoperta, pubblicato su PNAS. Anche l'Università dell'Illinois ha preparato questa presentazione a scopo informativo.
Ovviamente è troppo presto per parlare dell'applicazione pratica dei dati ottenuti a beneficio degli esseri umani. Questa ricerca è più fondamentale che applicata. Tuttavia, se gli scienziati dopo anni, con l'aiuto di nuove scoperte, saranno in grado di creare una sorta di antigelo speciale per meccanismi e prodotti, o (se lo sogni davvero), migliorare la capacità di sopravvivere alle basse temperature di una persona stessa - nessuno lo sa.
