Lo studio “Multi-omics landscape and molecular basis of radiation tolerance in a tardigrade”, pubblicato su Science da un team di ricercatori cinesi guidato da Jin Huang del Dipartimento di Immunologia della scuola di medicina di base dell’università di Qingdao descrive come l’Hypsibius henanensis, una specie di tardigrado appena scoperta, stia fornendo informazioni su cosa renda queste minuscole creature a otto zampe così resistenti alle radiazioni.
I tardigradi affascinano da tempo gli scienziati per la loro capacità di resistere a condizioni estreme, compresi livelli di radiazioni quasi 1.000 volte superiori alla dose letale per gli esseri umani. Sono note circa 1.500 specie di tardigradi, ma solo una manciata è stata studiata a fondo. Ora, gli scienziati hanno sequenziato il genoma dille specie nuova per la scienza e hanno rivelato alcuni dei meccanismi molecolari che danno ai tardigradi la loro straordinaria resilienza.
Il nuovo studio identifica migliaia di geni dei tardigradi che diventano più attivi quando vengono esposti alle radiazioni ed evidenzia che «Questi processi indicano un sofisticato sistema di difesa che comporta la protezione del DNA dai danni causati dalle radiazioni e la riparazione di eventuali rotture che si verificano». Gli autori sperano che le loro intuizioni possano essere sfruttate per contribuire a proteggere gli astronauti dalle radiazioni durante le missioni spaziali, a bonificare l'inquinamento nucleare o a migliorare la cura del cancro.
Uno degli autori dello studio, il biologo molecolare e cellulare Lingqiang Zhang del Beijing Institute of Lifeomics, spiega su Nature che «Questa scoperta potrebbe aiutare a migliorare la tolleranza allo stress delle cellule umane, a vantaggio dei pazienti sottoposti a radioterapia».
Circa 6 anni fa, Zhang e i suoi colleghi sono andati sul monte Funiu, nella provincia cinese dell’Henan, per raccogliere campioni di muschio e, tornati in laboratorio, hanno identificato grazie al microscopio una specie di tardigrado mai documentata prima, che hanno chiamato Hypsibius henanensis . Il sequenziamento del genoma ha rivelato che la specie aveva 14.701 geni, il 30% dei quali sono esclusivi dei tardigradi. Quando i ricercatori hanno esposto l'H. henanensis a dosi di radiazioni pari a 200 e 2.000 gray, ben oltre la dose tollerabile dagli esseri umani, hanno scoperto che «Si sono attivati 2.801 geni coinvolti nella riparazione del DNA, nella divisione cellulare e nelle risposte immunitarie».
Bob Goldstein, un biologo cellulare dell’università della North Carolina - Chapel Hill, che studia i tardigradi da 25 anni, ha detto a Miryam Naddaf di Nature che «E’ come quando in tempo di guerra le fabbriche vengono riadattate per produrre solo munizioni. E’ quasi quel livello di riorganizzazione del funzionamento dell'espressione genica. Siamo affascinati da come un organismo cambi la propria espressione genica fino al punto in cui produce così tanta trascrizione per geni specifici». Uno dei geni, il TRID1, codifica una proteina che aiuta a riparare le rotture a doppio filamento nel DNA reclutando proteine specializzate nei siti di danno. «Questo è un nuovo [gene] che, a mia conoscenza, nessuno stava studiando», afferma Goldstein.
I ricercatori stimano inoltre che lo 0,5-3,1% dei geni del tardigrado siano stati acquisiti da altri organismi tramite un processo noto come trasferimento genico orizzontale. Il gene DODA1, che sembra essere stato acquisito dai batteri, consente ai tardigradi di produrre 4 tipi di pigmenti antiossidanti chiamati betalaine che possono assorbire alcune delle sostanze chimiche reattive nocive che le radiazioni causano all'interno delle cellule, che rappresentano il 60-70% degli effetti dannosi delle radiazioni.
Gli autori hanno dello studio trattato cellule umane con una delle betalaine del tardigrado e hanno scoperto che sopravvivevano molto meglio alle radiazioni rispetto alle cellule non trattate.
Studiare i meccanismi molecolari che consentono ai tardigradi di tollerare altre condizioni difficili, come temperature estreme, mancanza d'aria, disidratazione e fame, potrebbe avere ampie applicazioni. Potrebbe migliorare la durata di conservazione di sostanze fragili come i vaccini, ad esempio. «Tutti i nostri medicinali hanno una data di scadenza, i tardigradi no», fa notare Goldstein.
Un’altra scienziata che non ha partecipato allo studio, Nadja Møbjerg che si occupa di fisiologia animale all’università di Copenhagen, evidenzia che «Confrontare questi meccanismi tra diversi tardigradi è una parte importante di questa ricerca. Mancano ancora conoscenze sulle diverse specie di tardigradi che vivono là fuori».
Goldstein conclude: «Questi animali hanno una fonte di protettivi che probabilmente continuerà a riversarsi altrove, il che sarà utile e interessante da capire. Vogliamo capire come funzionano e quale potenziale hanno».
