Тихоходки (Tardigrada) – близкие к членистоногим животные, длиной не более полутора миллиметров. Они обитают в воде или же во влажной среде на суше: во мхах и лишайниках.

Тихоходки уже давно прославились способностью впадать в состояние анабиоза и в таком виде переносить экстремальные условия. В частности, они способны находиться в течение 20 месяцев в жидком кислороде при −193 °C, переносить нагрев до 60 – 65 °С в течение десяти часов и до 100 °С в течение часа, переносить атмосферу из сероводорода или углекислого газа, выдерживать давление до 600 мегапаскалей. Высокую устойчивость они проявляют и к ионизирующему излучению. Если для человека смертельная доза радиации составляет 500 рентген, то у тихоходок 50 % группы погибает при дозе в 570 000 рентген.

Сотрудники Токийского университета с коллегами из других научных центров провели полную расшифровку ядерной ДНК одного из наиболее устойчивых видов тихоходок (всего их известно около тысячи) — Ramazzottius varieornatus. Выяснилось, что 52,5 процента генов имеют общее происхождение с другими животными, 43,9 процента уникальны или обладают минимальным сходством, 2,4 процента неопределимы и лишь 1,2 процента заимствованы способом горизонтального переноса у других царств живых существ. Это опровергает выводы американского коллектива о том, что живучесть тихоходкам придает большое число заимствованных генов (эти данные подвергали сомнению и раньше).

Ученые обнаружили в геноме тихоходки уникальный белок, названный ими Dsup (от англ. damage suppressor — подавляющий повреждения). Он образует с ДНК устойчивые комплексы, вызывая ее агрегацию в ядре. Исследователи предположили, что этот белок может нести функцию защиты генетического материала от радиационного повреждения. Чтобы проверить эту гипотезу, они ввели ген Dsup в культуру эмбриональных человеческих почечных клеток. Затем трансгенные и обычные клетки облучили рентгеновским излучением в дозе 10 грей (такая доза смертельна для человека). Выяснилось, что в экспрессирующих Dsup клетках одноцепочечная фрагментация ДНК под действием радиации составила 16 процентов, а в обычных — 33 процента. Таким образом, белок тихоходки уменьшил повреждение генетического материала более чем вдвое. Опыты с окислителями показали, что он также защищает ДНК от действия активных форм кислорода (АФК). Исследователи отметили, что ранее белков с подобными функциями ни у каких организмов не находили. Помимо этого в геноме тихоходки обнаружили большое число защитных генов. В частности, в нем содержатся 16 ферментов из семейства супероксиддисмутаз, которые нейтрализуют АФК. При этом у большинства животных их число не превышает 10. Также у R. varieornatus оказалось четыре копии гена MRE11, восстанавливающего двухцепочечные разрывы ДНК (большинство животных имеют лишь одну его копию). Генетический материал тихоходок оказался выборочно лишен пероксисомного пути окисления жирных кислот, который при неблагоприятных условиях может способствовать синтезу АФК и окислительному стрессу. Также у этих животных отсутствуют ключевые компоненты важнейшего внутриклеточного сигнального пути mTORC1, реагирующие на гипоксию, генотоксический и оксидативный стрессы. При этом компоненты, отвечающие за распознавание аминокислот и дефицита энергии, остались сохранными.

Выявленные особенности генома во многом объясняют устойчивость тихоходок к радиации и другим повреждающим факторам окружающей среды. Исследователи рассчитывают, что обнаружение Dsup поможет разработать эффективные методы защиты от ионизирующего излучения и окислительного стресса.

Исследование опубликовано в Nature Communications