Los científicos obtienen nuevos conocimientos sobre cómo los tardígrados pueden sobrevivir a la deshidratación

Agrandar / Micrografía SEM de un tardígrado, más comúnmente conocido como oso de agua o “lechón de musgo”.

Exclusivo de Cultura RM/Gregory S. Paulson/Getty Images

Los tardígrados son microanimales que pueden sobrevivir en las condiciones más duras: presión extrema, temperatura extrema, radiación, deshidratación, inanición, incluso la exposición al vacío del espacio exterior. Científicos de la Universidad de Tokio ahora han identificado el mecanismo para explicar cómo los tardígrados pueden sobrevivir a la deshidratación extrema en particular, según un nuevo artículo publicado en la revista PLoS Biology: una proteína que forma una red protectora similar a un gel para proteger las células secas. .

Como informamos anteriormente, las criaturas fueron descritas por primera vez por el zoólogo alemán Johann Goeze en 1773. Fueron apodadas tardigrada (“slow steppers” o “slow walkers”) cuatro años más tarde por Lazzaro Spallanzani, un biólogo italiano. Eso es porque los tardígrados tienden a moverse pesadamente como un oso. Dado que pueden sobrevivir en casi cualquier lugar, se pueden encontrar en muchos lugares: trincheras de aguas profundas, sedimentos de agua dulce y salada, selvas tropicales, la Antártida, volcanes de lodo, dunas de arena, playas, líquenes y musgo. (Otro nombre para ellos es “lechones de musgo”).

Sin embargo, cuando su hábitat húmedo se seca, los tardígrados entran en un estado conocido como “tun”, una especie de animación suspendida en la que los animales pueden permanecer hasta 10 años. Cuando el agua comienza a fluir nuevamente, los osos de agua la absorben para rehidratarse y volver a la vida. Técnicamente, no son miembros de la clase de organismos extremófilos, ya que no prosperan tanto en condiciones extremas como resisten; técnicamente, pertenecen a la clase de organismos extremadamente tolerantes. Pero su resistencia hace que los tardígrados sean un tema de investigación favorito para los científicos.

Por ejemplo, un estudio de 2020 encontró que el modo de andar distintivo del oso de agua se parece al de los insectos 500 000 veces más grandes, a pesar de una brecha evolutiva de 20 millones de años entre ellos. Y en 2019, una nave espacial israelí que transportaba a las diminutas criaturas en un estado de sintonía se estrelló en la Luna, lo que generó especulaciones de que los tardígrados podrían haber sobrevivido al impacto.

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Agrandar / Imagen de microscopio electrónico de barrido del tardígrado deshidratado, Ramazzottius varieornatus.

S Tanaka et al., 2022

Por desgracia, es muy poco probable que los valientes tardígrados sobrevivieran, según un estudio publicado el año pasado por científicos británicos. Pusieron varios tardígrados en un estado de afinación y colocaron de dos a cuatro a la vez en una bala de nailon hueca. A continuación, los científicos dispararon a los tardígrados a un objetivo de arena a velocidades crecientes utilizando una pistola de gas ligero de dos etapas. El resultado: los osos de agua podrían sobrevivir a impactos de hasta unos 900 metros por segundo (3.000 kilómetros por hora) y presiones de choque momentáneas de hasta 1,14 gigapascales (GPa). (Más allá de eso, simplemente se vuelven papilla). El módulo de aterrizaje puede haberse estrellado a unos cientos de metros por segundo, pero el impacto de su estructura de metal golpeando la superficie habría generado presiones “muy por encima” de 1,14 GPa, dijeron los investigadores a Science.

Lo más relevante para este último estudio es un artículo de 2017 que demuestra que los tardígrados usan un tipo especial de proteína desordenada para suspender literalmente sus células en una matriz similar al vidrio que previene el daño. Los investigadores llamaron a esto una “proteína intrínsecamente desordenada específica de tardígrados” (TDP). En otras palabras, las células se vitrifican. Cuantos más genes TDP tiene una especie tardígrada, más rápida y eficientemente pasa al estado tun. Como dijo el biólogo Thomas Boothby de la Universidad de Carolina del Norte, Chapel Hill, a Ars en ese momento:

Lo que creemos que está sucediendo es básicamente que, a medida que los tardígrados se están secando, están produciendo muchas de estas proteínas desordenadas. Estas proteínas esencialmente llenan el citoplasma de las células tardígradas y, a medida que se secan, forman una matriz vítrea dentro de la célula. Todo el material sensible a la desecación (proteínas, ácidos nucleicos, membranas) en las células tardígradas queda atrapado en los poros de esta matriz, esencialmente encapsulado en una capa protectora similar al vidrio. Esta encapsulación evita el despliegue, ruptura, rotura y/o agregación de material biológico sensible a la desecación. Una vez que se vuelve a agregar agua al sistema, las proteínas desordenadas que forman esta matriz vítrea se derriten nuevamente en la solución, dejando atrás todas las partes protegidas de la célula.

Sin embargo, el año pasado, otro equipo de científicos japoneses cuestionó esta hipótesis de “vitrificación”, citando datos experimentales que sugerían que los hallazgos de 2017 podrían atribuirse a la retención de agua de las proteínas. Este último estudio apoya esa contrahipótesis. “Nuestros datos sugieren un nuevo mecanismo de tolerancia a la desecación basado en la formación de filamentos/geles”, escribieron los autores del nuevo estudio.

“Aunque el agua es esencial para toda la vida que conocemos, algunos tardígrados pueden vivir sin ella potencialmente durante décadas. El truco está en cómo sus células lidian con este estrés durante el proceso de deshidratación”, dijo el coautor Takekazu Kunieda de la Universidad de Tokio. “Se cree que cuando el agua sale de una célula, algún tipo de proteína debe ayudar a la célula a mantener la fuerza física para evitar colapsar sobre sí misma. Después de probar varios tipos diferentes, hemos descubierto que las proteínas solubles en calor abundantes en el citoplasma (CAHS), exclusivas de los tardígrados, son responsables de proteger sus células contra la deshidratación”.

En este escenario, las proteínas CAHS entran en acción cuando sienten que su célula encapsulante se ha deshidratado, formando filamentos similares a un gel (a diferencia de una matriz vítrea) a medida que se secan. Esos filamentos, a su vez, forman redes que mantienen la forma estructural de la célula sin su agua. Cuando el tardígrado se rehidrata, los filamentos retroceden gradualmente, asegurando que la célula no esté estresada o dañada mientras recupera agua.

Proteínas CAHS que forman filamentos similares a un gel a medida que una célula cultivada humana se deshidrata.

Proteínas CAHS que forman filamentos similares a un gel a medida que una célula cultivada humana se deshidrata.

A Tanaka y T Kunieda, 2022

Kunieda y sus colegas también empalmaron los genes de proteínas en células cultivadas de insectos y humanos. Inicialmente, esto fue un desafío ya que las células tenían que teñirse para que fueran visibles bajo el microscopio. La mayoría de los métodos de tinción requieren soluciones a base de agua, y la concentración de agua era una variable clave que debía controlarse para este estudio. Resolvieron el problema incorporando la mancha en una solución a base de metanol. El resultado: las proteínas CAHS exhibieron el mismo comportamiento en las células de insectos e incluso mostraron una funcionalidad limitada en las células humanas, lo que sugiere que esta característica podría no estar confinada a las células tardígradas.

Entre otras posibles aplicaciones, los hallazgos podrían conducir algún día a nuevos métodos para conservar materiales biológicos durante períodos prolongados, lo que es útil para prolongar la vida útil de ciertos medicamentos o vacunas, o incluso de órganos completos en espera de trasplante.

DOI: PLoS Biology, 2022. 10.1371/journal.pbio.3001780 (Acerca de los DOI).

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