Forscher zeigen, dass eingeführte Bärtierchenproteine den Stoffwechsel in menschlichen Zellen verlangsamen können
Forscher der University of Wyoming haben weitere Erkenntnisse darüber gewonnen, wie Bärtierchen unter extremen Bedingungen überleben, und gezeigt, dass Proteine aus den mikroskopisch kleinen Lebewesen, die in menschlichen Zellen exprimiert werden, molekulare Prozesse verlangsamen können.
Silvia Sanchez-Martinez (links), Senior Research Scientist an der University of Wyoming, und Thomas Boothby, Assistenzprofessor am Fachbereich Molekularbiologie, führten neue Forschungsarbeiten durch, die weitere Beweise dafür liefern, dass Bärtierchenproteine möglicherweise dazu verwendet werden könnten, lebensrettende Behandlungen für Menschen bereitzustellen, bei denen eine Kühlung nicht möglich ist.
Vindya Kumara
Dies macht die Bärtierchenproteine zu potenziellen Kandidaten für Technologien zur Verlangsamung des Alterungsprozesses und für die Langzeitlagerung menschlicher Zellen.
Die neue Studie, die in der Fachzeitschrift Protein Science veröffentlicht wurde, untersucht die Mechanismen, mit denen Bärtierchen unter Umweltstress in den Scheintod eintreten und diesen beenden. Unter der Leitung von Senior Research Scientist Silvia Sanchez-Martinez im Labor von Thomas Boothby, Assistenzprofessor am Department of Molecular Biology der UW, liefert die Studie weitere Beweise dafür, dass Bärtierchenproteine möglicherweise dazu verwendet werden könnten, lebensrettende Behandlungen für Menschen verfügbar zu machen, bei denen eine Kühlung nicht möglich ist - und die Lagerung von zellbasierten Therapien wie Stammzellen zu verbessern.
Die weniger als einen halben Millimeter langen Bärtierchen - auch als Wasserbären bekannt - können überleben, wenn sie völlig ausgetrocknet sind, wenn sie bis knapp über den absoluten Nullpunkt gefroren sind (etwa minus 458 Grad Fahrenheit, wenn alle molekularen Bewegungen zum Stillstand kommen), wenn sie auf mehr als 300 Grad Fahrenheit erhitzt sind, wenn sie mehrere tausend Mal stärker bestrahlt werden, als ein Mensch es aushalten könnte, und sie können sogar das Vakuum des Weltraums überleben.
Laut der neuen, von der UW geleiteten Forschungsarbeit überleben sie, indem sie sich in einen Zustand des Scheintods begeben, der Biostase genannt wird, und Proteine verwenden, die in den Zellen Gele bilden und die Lebensprozesse verlangsamen. Die Co-Autoren der Studie stammen unter anderem von der University of Bristol im Vereinigten Königreich, der Washington University in St. Louis, der University of California-Merced, der Universität von Bologna in Italien und der Universität von Amsterdam in den Niederlanden.
Sanchez-Martinez, der vom Howard Hughes Medical Institute zu Boothbys UW-Labor kam, war der Hauptautor der Studie.
"Erstaunlich ist, dass diese Proteine, wenn wir sie in menschliche Zellen einführen, gelieren und den Stoffwechsel verlangsamen, genau wie bei Bärtierchen", sagt Sanchez-Martinez. "Wenn man menschliche Zellen mit diesen Proteinen in die Biostase versetzt, werden sie außerdem widerstandsfähiger gegen Stress und übertragen einige der Fähigkeiten der Bärtierchen auf die menschlichen Zellen".
Wichtig ist, dass die Forschung zeigt, dass der gesamte Prozess umkehrbar ist: "Wenn der Stress nachlässt, lösen sich die Tardigraden-Gele auf, und die menschlichen Zellen kehren zu ihrem normalen Stoffwechsel zurück", sagt Boothby.
"Unsere Ergebnisse eröffnen einen Weg zur Entwicklung von Technologien, die auf die Induktion von Biostase in Zellen und sogar ganzen Organismen abzielen, um die Alterung zu verlangsamen und die Lagerung und Stabilität zu verbessern", so die Forscher.
Frühere Forschungsarbeiten von Boothbys Team haben gezeigt, dass natürliche und künstlich hergestellte Versionen von Bärtierchenproteinen zur Stabilisierung eines wichtigen Arzneimittels verwendet werden können, das zur Behandlung von Menschen mit Hämophilie und anderen Erkrankungen eingesetzt wird, ohne dass eine Kühlung erforderlich ist.
Die Fähigkeit der Bärtierchen, das Austrocknen zu überleben, hat Wissenschaftler vor ein Rätsel gestellt, da sich diese Lebewesen auf eine Art und Weise verhalten, die sich von einer Reihe anderer Organismen zu unterscheiden scheint, die die Fähigkeit haben, in den Scheintod zu gehen.
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Originalveröffentlichung
S. Sanchez‐Martinez, K. Nguyen, S. Biswas, V. Nicholson, A. V. Romanyuk, J. Ramirez, S. Kc, A. Akter, C. Childs, E. K. Meese, E. T. Usher, G. M. Ginell, F. Yu, E. Gollub, M. Malferrari, F. Francia, G. Venturoli, E. W. Martin, F. Caporaletti, G. Giubertoni, S. Woutersen, S. Sukenik, D. N. Woolfson, A. S. Holehouse, T. C. Boothby; "Labile assembly of a tardigrade protein induces biostasis"; Protein Science, Volume 33, 2024-3-19
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