Stralingsweerstand beerdiertje ontrafeld

Een Scanning Elektronen Microscopie (SEM)-opname van het beerdiertje Hypsibius dujardini, een nauwe verwant van het nu onderzochte beerdiertje. Foto: Willow Gabriel, Goldstein Lab, tardigrades.bio.unc.edu

Chinese onderzoekers ontrafelen de moleculaire basis waarmee beerdiertjes weerstand bieden tegen hoge doses straling.

Beerdiertjes beschermen zich tegen hoge doses ioniserende straling via drie wegen: pigmenten ruimen vrije radicalen op, terwijl eiwitten enerzijds dubbelstrengsbreuken in het dna repareren en anderzijds schade aan mitochondriaal dna voorkomen. Chinese onderzoekers onthullen deze mechanismen waaraan de minuscule meercellige diertjes hun haast bovennatuurlijke anti-stralingskrachten ontlenen 25 oktober in Science, bij een door hen nieuw ontdekte soort: Hypsibius henanensis. De grofweg vijftienhonderd beschreven soorten beerdiertjes of Tardigrada staan bekend om hun resistentie tegen ioniserende straling. Ze kunnen daarbij een dosis straling aan van tussen de 3.000 en 5.000 zogeheten grays, een maat voor de hoeveelheid opgenomen stralingsenergie door een organisme. Dat is een factor duizend hoger dan de hoeveelheid waarbij mensen het loodje leggen.

Microscoopopname van een beerdiertje. Bron: Artis Micropia, Amsterdam

Het was al bekend dat tardigrada daarvoor beschikken over een robuust reparatiemechanisme voor hun dna en het eiwit damage suppressor. Als dat eiwit tot expressie wordt gebracht in menselijke cellen, beschermt het het dna tegen stralingsschade. Toch is het nog steeds grotendeels een raadsel waardoor beerdiertjes zoveel grays aankunnen. Daarom onderwerpen de Chinezen H. henanensis aan 200 en 2.000 grays, gevolgd door een serie morfologische en moleculaire analyses. Daaruit rollen niet alleen 285 stress-gerelateerde genen die meer tot expressie komen, maar ook drie nieuwe antistralingsmechanismen.

VRIJE RADICALEN

Zo blijkt H. henanensis te beschikken over een bacterieel gen dat het beerdiertje verkreeg via horizontale genoverdracht: DOPA dioxygenase 1. Het gen codeert voor zogeheten betalaïnen, pigmenten die men normaliter vindt in planten, schimmels en bacteriën, en die in staat zijn om vrije radicalen op te sporen en op te ruimen. Daarnaast komen de onderzoekers een nieuw Tardigrada-specifiek eiwit op het spoor: TRID1. Dit eiwit ondersteunt de reparatie van dubbelstrengsbreuken in het dna, een veelvoorkomende complicatie bij blootstelling aan radioactieve straling. Tot slot zien de Chinezen dat het beerdiertje ook schade specifiek aan mitochondriaal dna probeert te beperken, met een chaperonne-eiwit genaamd BCS1; expressie van het gen dat voor dit eiwit codeert, schiet omhoog na blootstelling aan straling.

‘Verder onderzoek moet uitwijzen of deze stralingsbestendigheid via geconserveerde mechanismen ook in andere Tardigrada-soorten voorkomt of juist specifiek is voor het geslacht Hypsibius’, schrijven de biologen in Science. ‘Daarmee vergroten we gelijktijdig ons begrip van cellulaire overleving onder extreme omstandigheden, met mogelijke inspiratie voor het bevorderen van de menselijke gezondheid en het bestrijden van ziektes. (...) De enorme weerstand van extremofielen tegen hun omgeving, zoals die van beerdiertjes, biedt hoe dan ook een schat aan onontdekte moleculaire mechanismen van stressbestendigheid.’

Zie ook:
-Beerdiertje - Tardigrada - Website Artis Micropia