Tại sao gấu nước sống hàng thập kỷ không cần nước?

1.021

Nhóm nghiên cứu đến từ Đại học Tokyo phát hiện một protein giúp gấu nước sống sót qua nhiều năm trong môi trường không có nước.

Nhiều loài trong số 1.300 loài gấu nước đã biết chịu được điều kiện mà tất cả dạng sống khác có thể tử vong như bỏ đói, đun sôi, đông lạnh, tiếp xúc bức xạ hoặc bắn từ nòng súng. Nhà sinh vật học Takekazu Kunieda, đồng nghiệp Akihiro Tanaka và nhiều cộng sự khác ở Đại học Tokyo giải thích gấu nước cực kỳ ổn định sau khi khử nước và chịu được chân không vũ trụ mà vẫn có thể tự hồi sinh.

Các nhà nghiên cứu cho rằng khi mất nước, một số loại protein giúp tế bào duy trì độ bền để tránh tự sụp đổ. Vì vậy, họ xem xét một họ gấu nước nổi tiếng với khả năng khô hạn gọi là eutardigrade để tìm protein có thể lý giải đặc tính của chúng và phát hiện 336 protein tiềm năng. Sau khi kiểm tra vài loại khác biệt, họ nhận thấy protein chứa nhiều bào tương hòa tan do nhiệt (CAHS) chỉ có ở gấu nước, chịu trách nhiệm bảo vệ tế bào của chúng trong tình trạng mất nước.

Sử dụng thí nghiệm ở người và tế bào côn trùng, nhóm nghiên cứu có thể chứng minh protein CAHS tăng độ cứng của tế bào, giúp chống đỡ tế bào khỏi tình trạng co lại do áp lực từ mất nước. Loại protein này thậm chí bảo vệ tế bào khỏi áp lực do quá nhiều nước gây ra.

Gấu nước có nhiều khả năng giúp chúng "sống dai" nhất hành tinh. (Ảnh: Guardian).

"Tìm hiểu protein CAHS hoạt động như thế nào ở côn trùng và tế bào người đi kèm một số thách thức. Phương pháp nhuộm thông thường đòi hỏi dung môi chứa nước. Vì vậy, chúng tôi chuyển sang dung môi dựa trên methanol để khắc phục vấn đề này", Kunieda chia sẻ.

Phương pháp trên cho phép các nhà nghiên cứu xem xét protein CAHS hoạt động trong tế bào nuôi cấy. Có vẻ protein CAHS đóng vai trò như cấu trúc khung đỡ tế bào, tương tự bộ xương tế bào nhưng chỉ khi tế bào đối mặt với áp lực mất nước. Ở tế bào mất nước, protein CAHS liên kết với nhau tạo thành những sợi đỡ hình mạng nhện.

Cấu trúc này bảo vệ tế bào khỏi biến dạng hoàn toàn, góp phần dẫn tới tính ổn định đặc biệt của dạng kén mà gấu nước tạo ra khi gặp môi trường khô hạn. Mang tên anhydrobiosis, quá trình có thể đảo ngược, nhờ đó gấu nước có thể hồi sinh khi gặp nước.

Ngoài ra, protein giúp gấu nước sống sót không cần nước trong thời gian dài có thể giúp bảo quản những loại thuốc quan trọng trong điều trị bệnh.

Các nhà nghiên cứu ở Đại học Wyoming (UW) nhắm vào một trong những kỹ năng sinh tồn chủ chốt của gấu nước là sống thiếu nước. Nhóm nghiên cứu cho rằng khả năng tiến vào trạng thái tạm dừng sinh học khi đối mặt với mất nước nghiêm trọng từ tế bào của chúng có thể cung cấp cách lưu trữ khô ổn định cho những loại thuốc cần môi trường lạnh. Họ công bố kết quả nghiên cứu hôm 20/3 trên tạp chí Scientific Reports.

Thuốc sinh học như vaccine, kháng thể, tế bào gốc, máu và nhiều sản phẩm từ máu khác, được lấy từ sinh vật sống và đòi hỏi điều kiện lạnh để ngăn nhiệt độ làm phân hủy protein. Một loại thuốc dựa vào chuỗi cung ứng lạnh như vậy là yếu tố đông máu VIII (FVIII), giúp điều trị bệnh di truyền như bệnh máu khó đông và người bị chảy máu do chấn thương.

Bằng cách khai thác một protein chuyên dụng và đường mà gấu nước tạo ra trong tình trạng thiếu nước, các nhà nghiên cứu có thể tạo ra lá chắn ngăn mất nước, có nghĩa thuốc sinh học có thể được khử nước và sau đó tái cấp nước để sử dụng mà không mất chất lượng tự nhiên.

Ở khu vực kém phát triển, trong thiên tai, trong chuyến bay vào vũ trụ hoặc trên chiến trường, việc tiếp cận tủ lạnh và tủ đông cũng như nguồn điện để hoạt động, có thể chỉ kéo dài trong thời gian ngắn, theo Thomas Boothby, trợ lý giáo sư ngành sinh vật học phân tử ở UW. Nghiên cứu của Boothby và cộng sự chứng minh FVIII và nhiều dược phẩm khác có thể ổn định ở điều kiện khô ráo trong phòng hoặc chịu nhiệt độ cao hơn nhờ protein của gấu nước.

Cập nhật: 24/03/2023 VnExpress