Juni 18, 2024

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Was macht diese kleinen „Wasserbären“ so robust? Sie reparieren defekte DNA schnell.

Was macht diese kleinen „Wasserbären“ so robust?  Sie reparieren defekte DNA schnell.

Um ihren Kindern die verborgenen Wunder des Tierreichs näher zu bringen, wagte sich Anne de Sien vor einigen Jahren in ihren Garten in Paris. Dr. De Cian, ein Molekularbiologe, sammelte Algenstücke, ging dann wieder hinein, tränkte sie in Wasser und legte sie unter ein Mikroskop. Ihre Kinder starrten durch die Linse auf seltsame achtbeinige Kreaturen, die über das Moos kletterten.

„Sie waren beeindruckt“, sagte Dr. De Cian.

Aber sie ist noch nicht fertig mit dem Umgang mit den kleinen Monstern, den sogenannten Bärtierchen. Sie brachte sie in ihr Labor im französischen Nationalmuseum für Naturgeschichte, wo sie und ihre Kollegen sie mit Gammastrahlen beschossen. Die Explosionen waren hundertmal größer als die Strahlung, die nötig wäre, um einen Menschen zu töten. Die Bärtierchen überlebten jedoch und lebten weiter, als wäre nichts passiert.

Wissenschaftler wissen seit langem, dass Bärtierchen seltsam resistent gegen Strahlung sind, doch erst jetzt haben Dr. de Cien und andere Forscher ihre Überlebensgeheimnisse entdeckt. Laut einer am Freitag veröffentlichten Studie und einer weiteren Anfang des Jahres scheint das Bärtierchen geschickt in der molekularen Reparatur zu sein und in der Lage zu sein, Haufen gebrochener DNA schnell wieder zusammenzusetzen.

Seit Jahrhunderten versuchen Wissenschaftler, die Abwehrkräfte der Bärtierchen zu durchbrechen. Im Jahr 1776 beschrieb Lazzaro Spallanzani, ein italienischer Naturforscher, wie Tiere völlig trocken werden und dann mit einem Wasserstrahl wiederbelebt werden können. In den darauffolgenden Jahrzehnten fanden Wissenschaftler heraus, dass Bärtierchen erdrückendem Druck, tiefem Frost und sogar dem Flug in den Weltraum standhalten können.

Strahlung ist tödlich, weil sie DNA-Ketten zerstört. Hochenergetische Strahlen, die auf ein DNA-Molekül treffen, können direkte Schäden verursachen; Es kann auch Chaos verursachen, wenn es mit einem anderen Molekül innerhalb der Zelle kollidiert. Dieses veränderte Molekül kann die DNA angreifen.

Wissenschaftler vermuten, dass Bärtierchen diesen Schaden verhindern oder rückgängig machen könnten. Im Jahr 2016 entdeckten Forscher der Universität Tokio Er entdeckte ein Protein namens Dsup, das die Gene des Bärtierchens vor Energiestrahlen und Streumolekülen zu schützen scheint. Die Forscher überprüften ihre Hypothese, indem sie Dsup in menschliche Zellen einbrachten und diese mit Röntgenstrahlen bombardierten. Dsup-Zellen wurden weniger geschädigt als Zellen ohne das Bärtierchen-Protein.

Diese Forschung weckte Dr. De Cians Interesse an Bärtierchen. Sie und ihre Kollegen untersuchten die Tiere, die sie in ihrem Garten in Paris sammelte, sowie eine in England vorkommende Art und eine dritte aus der Antarktis. Wie sie berichteten Im Januar zerstörten Gammastrahlen die DNA der Bärtierchen, töteten sie jedoch nicht.

Courtney Clark Hachtel, eine Biologin an der University of North Carolina Asheville, und ihre Kollegen fanden unabhängig voneinander heraus, dass Bärtierchen vorkommen Am Ende hatte ich kaputte Gene. Ihre Studie wurde am Freitag in der Fachzeitschrift Current Biology veröffentlicht.

Diese Ergebnisse legen nahe, dass Dsup allein DNA-Schäden nicht verhindert, obwohl es möglich ist, dass Proteine ​​einen teilweisen Schutz bieten. Es ist schwer, es genau zu wissen, da Wissenschaftler immer noch herausfinden, wie man Experimente mit Bärtierchen durchführt. Sie können beispielsweise keine Tiere ohne das Dsup-Gen manipulieren, um zu sehen, wie sie mit Strahlung umgehen.

„Wir würden dieses Experiment gerne durchführen“, sagte Jean-Paul Concordet, Dr. de Ciens Assistent am Museum. „Aber was wir mit Bärtierchen machen können, ist noch ziemlich primitiv.“

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Die beiden neuen Studien enthüllen einen weiteren Trick für Bärtierchen: Sie reparieren defekte DNA schnell.

Nachdem Bärtierchen Strahlung ausgesetzt wurden, nutzen ihre Zellen Hunderte von Genen, um einen neuen Satz von Proteinen herzustellen. Viele dieser Gene sind Biologen bekannt, da andere Arten – darunter auch wir – sie zur Reparatur beschädigter DNA verwenden.

Unsere Zellen reparieren ständig Gene. DNA-Stränge in einer typischen menschlichen Zelle brechen etwa 40 Mal am Tag und jedes Mal müssen unsere Zellen sie reparieren.

Bärtierchen produzieren diese Standard-Reparaturproteine ​​in erstaunlichen Mengen. „Ich fand das lächerlich“, erinnerte sich Dr. Clark Hachtel, als sie zum ersten Mal ihre Werte maß.

Dr. De Cian und ihre Kollegen entdeckten außerdem, dass Strahlung dazu führt, dass Bärtierchen eine Reihe von Proteinen produzieren, die bei anderen Tieren nicht vorkommen. Ihre Funktionen bleiben vorerst größtenteils ein Rätsel.

Für die Untersuchung wählten die Wissenschaftler ein besonders häufig vorkommendes Protein namens TRD1 aus. Wenn es in menschliche Zellen eingeführt wurde, schien es den Zellen dabei zu helfen, Schäden an ihrer DNA zu widerstehen. Dr. Concordet spekulierte, dass TRD1 sich an Chromosomen festklammern und sie in ihrer richtigen Form halten könnte, selbst wenn ihre Stränge auszufransen beginnen.

Die Untersuchung von Proteinen wie TRD1 werde nicht nur die Kraft von Bärtierchen offenbaren, sondern könnte auch zu neuen Ideen für die Behandlung medizinischer Störungen führen, sagte Dr. Concordet. DNA-Schäden spielen beispielsweise bei vielen Krebsarten eine Rolle. „Von allen Tricks, die sie anwenden, könnten wir profitieren“, sagte Dr. Concordet.

Dr. Concordet findet es immer noch seltsam, dass Bärtierchen die Strahlung so gut überstehen. Schließlich müssen sie nicht in Atomkraftwerken oder mit Uran ausgekleideten Höhlen überleben.

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„Das ist eines der großen Rätsel: Warum sind diese Organismen überhaupt resistent gegen Strahlung?“ Er hat gesagt.

Dr. Concordet sagte, dass die Superkraft dieses Bärtierchens nur ein ungewöhnlicher Zufall sein könnte. Dehydrierung kann auch zum Abbau der DNA führen, sodass Bärtierchen möglicherweise ihre Panzer- und Reparaturproteine ​​nutzen, um Dehydrierung zu bekämpfen.

Während ein Pariser Park wie ein einfacher Ort zum Leben erscheint, sagte Dr. Concordet, dass er für Bärtierchen eine Menge Herausforderungen mit sich bringen könnte. Sogar das Verschwinden des Taus jeden Morgen könnte eine Katastrophe sein.

„Wir wissen nicht, wie das Leben da draußen im Moos ist“, sagte er.