Дегидратация насекомых как возможность криоконсервации

В лаборатории "Экстремальной биологии" Казанского федерального университета проводятся исследования на комарах-звонцах, способных выживать в условиях засухи благодаря обезвоживанию своего организма. В ходе исследований были получены результаты, которые смогут стать основой для будущей крионики.

Объектом исследования стали личинки африканского комара-звонца или хирономиды (Polypedilum vanderplanki - африканское насекомое, способное приспосабливаться к неблагоприятным температурным условиям. При этом речь идет не просто о приспособлении, а почти полном обезвоживании организма. В организме комаров при высушивании вода заменяется молекулами трегалозы (дисахарида на основе глюкозы) и ряда других биомолекул, которые и «консервируют» живые ткани при высушивании.

Впервые Polymedium Vanderplanki был найден японским ученым Такаши Хакудо в 1951 году, но лишь в 2000-х годах появился большой интерес к его исследованиям.

- Само по себе взрослое насекомое не может обезвоживаться в неблагоприятных условиях, так как при жизни сроком в 2-3 дня в этом нет необходимости, - пояснил руководитель лаборатории "Экспериментальная биология" Олег Гусев. - В отличие от взрослого насекомого, личинка комара, которая в среднем живет примерно месяц, вполне может "иссушиться", и таким образом самостоятельно "законсервировать" себя. Получая сигнал об обезвоживании, личинки "изгоняют" воду из организма и заменяют её на сахар (тригалозу). В природе этот процесс проходит медленно, но, проводя эксперимент в лабораторных условиях, достаточно двух полных дней. Организм личинки через кутикулу выталкивает из себя воду и в клетках очень быстро синтезируется сахар. Так, спустя время, живая и здоровая личинка становится похожей на сдутый шарик.

Лабораторные исследования показали, что даже при иссушении на 99% насекомое продолжает существовать, правда, в форме безжизненного тельца. А при погружении образца в водную среду оно заново "оживает". Как считают ученые, это единственное насекомое, способное полностью восстанавливать организм.

Для проведения сравнительного подхода были взяты две особи насекомого - обычные комары и хирономиды (по причине того, что каждый из них был внешне схож друг с другом). После сравнения их геномов вторая, как выяснилось, обладает большим количество генов, отвечающих за окислительный процесс (причина этому уход воды из организма и образование различных форм кислорода). Та же ситуация происходит и при радиации, поэтому многие организмы погибают (активные формы кислорода нарушают мембраны, действуют на ДНК и т.д.) Любой организм насекомого обладает белками, которые защищают его от гибели, но у каждого они разной эффективности, и у особей PolymediumVanderplanki их оказалось больше, чем у остальных. Также при "высушивании" у комаров появляются LEA-белки, которые долгое время считались только растительными - существовали и работали в семенах.

- Считалось, что они защищают семена от всех неблагоприятных воздействий (обезвоживание, сохранение других белков, которые нужны при прорастании семян, формирование капсул для защиты других белков), - комментирует Олег Гусев. - Однако исследования доказали, что эти же белки присутствуют и у хирономидов, находясь в различных регионах генома, чего у других насекомых не наблюдается. Так, выделяя эти LEA-белки и обрабатывая ими различные организмы, возможно, в будущем мы научимся подвергать и их дегидратации, что будет неким подобием консервирования.

Были сравнены различные стадии этногенеза (личинки, куколки и т.д.) и оказалось, что все эти гены "работают" только в личинке, а значит теоретически, если мы сможем заставить, то они смогут проявляться и в других стадиях "сушки" и, соответственно, при образовании - белка. При этом обнаружилось, что эти белки проникли в геном комара из бактерии. По словам сотрудников лаборатории у них есть на этот счет своя теория: существовал геном комара данной особи, он высыхал, и каким-то случайным образом, рядом с ним оказалась бактерия, которая попала в его геном, что оказалось полезным приобретением. Со временем она размножилась, все это привело к возможности "сушки". Также были найдены и другие белки, которые защищают от старения. Организмы, которые долго живут, тоже содержат множество этих белков. У обычных комаров их 1-2, у комаров-звонцов их 15, поэтому можно сказать что эти белки помогают сохранять им "бессмертность".

Лабораторные исследования не ограничиваются только изучением Polymedium Vanderplanki. Совместно с ними изучаются другие процессы "спячек", в котором будут задействованы уже млекопитающие. Предполагается исследовать спячку млекопитающих, в частности, сонь.

Ученые заинтересованы в причине понижения температуры их тела до -4 градусов при впадении в спячку.