Op de foto: Dissostichus mawsoni - een van de grootste vertegenwoordigers van notothenia, kan tot 90 kilogram wegen (foto door Chris Cheng en Paul Cziko).
Hoe kunnen Antarctische vissen niet alleen bestaan, maar ook vreedzaam leven bij temperaturen dicht bij het vriespunt van water? Nieuwsgierige wetenschappers zijn al jaren op zoek naar het antwoord op deze lastige vraag - zo'n "non-freeze" zou nuttig zijn voor de mensheid. Nu besloten Amerikaanse onderzoekers om naar de wortel te kijken, namelijk om de functies en genen van biologische antivries te bestuderen. En het nieuwe werk leidde tot een waardevolle ontdekking
Wetenschappers van de Universiteit van Illinois hebben zich ertoe verbonden het genoom van de Antarctische ijsvis (Dissostichus mawsoni) te onderzoeken om erachter te komen wat zijn fantastische uithoudingsvermogen bepaalt.
Vissen van de onderorde Notothenioidei leven in de ijskoude wateren van de Zuidelijke Oceaan en zijn goed voor bijna 90% van de visbiomassa van deze regio. Om deze reden kozen genetici hen als proefpersonen. De temperatuur van de lokale wateren is zodanig dat het hele lichaam van de onderwaterbewoners in ijs had moeten veranderen. Dit gebeurt echter niet. Waarom?
Een zorgvuldige studie van de ongebruikelijke capaciteiten van de Nototenianen begon in wezen in de jaren vijftig van de vorige eeuw. In de jaren zestig isoleerde en beschreef professor Arthur DeVries van de Universiteit van Illinois voor het eerst "antivrieseiwitten" die ijskristallen in het bloed van vissen binden en zo bevriezing voorkomen. Het organisme van de bewoners van de diepzee produceert ze zelf.
Er zijn acht families in de onderorde Notothenioidei, vijf van hen leven op Antarctica en leven rustig bij lage temperaturen (-2–4 ° C) en een hoog zuurstofgehalte (dat beter oplost in koud water en verandert in zeer reactieve vormen die schadelijk zijn voor lichaamsweefsels).
Een groep genetici onder leiding van Devris 'vrouw Chi-Hing "Christina" Cheng ging op zoek naar de genetische basis voor extreem uithoudingsvermogen.
"Dit werk was de eerste volledige studie van alle biologische functies van vissen die van geboorte tot dood in ongelooflijk koud water leven", zegt Cheng.
Om te beginnen namen de wetenschappers de controle over een karakteristieke vertegenwoordiger van het nontotenium - Dissostichus mawsoni. Christina en haar collega's wilden weten welke genen het meest tot expressie komen in de Arctische ijsvis. Om dit te doen, namen ze vier weefselmonsters: van de hersenen, eierstokken, lever en nieren (het belangrijkste hematopoëtische orgaan van vissen)
Promotie video:
Let op, twee jaar geleden ontdekten wetenschappers dat de lever bijna niet de eiwitten produceert die nodig zijn voor aanpassing. De maag en de exocriene alvleesklier werken veel meer voor het welzijn van de vissen.
In eerste instantie besloten genetici dat Antarctische vissen een zeer efficiënte expressie zouden zijn van alle genen die hen in staat stellen te overleven bij lage temperaturen en hoge zuurstofniveaus. Hoewel de optie ook werd overwogen wanneer specifieke weefsels grote hoeveelheden van bepaalde eiwitten produceren.
"We ontdekten dat in de overgrote meerderheid van de gevallen een specifieke groep genen aan het werk is", zegt Cheng. "Elk weefsel brengt alle mogelijke genen tot expressie, maar die zeer kleine groep cytoprotectieve genen komt in grote aantallen tot expressie in alle weefsels."
Vervolgens vergeleken wetenschappers de expressie van genen van D. mawsoni en vissen die er geen verband mee houden, die in de warmere wateren van de Wereldoceaan leven, en ontdekten dat de meeste genen die Antarctische vissen nodig hebben zich bijna niet manifesteren in andere soorten.
Onder de sequenties die verantwoordelijk zijn voor de productie van bepaalde eiwitten in grote aantallen (opgereguleerde genen), zijn er veel genen gevonden die coderen voor eiwitten die verantwoordelijk zijn voor de reactie van het lichaam op negatieve omgevingsinvloeden. Wetenschappers hebben maar liefst 177 gezinnen geteld.
In het bijzonder zijn er veel chaperonnes gevonden (eiwitten waarvan de belangrijkste functie is het herstellen van de juiste tertiaire structuur van beschadigde eiwitten), en vooral "heat shock-eiwitten" die cellen beschermen tegen extreme temperaturen. Ook aanwezig waren ubiquitines, eiwitten die de celgezondheid ondersteunen en andere eiwitten markeren voordat ze worden afgebroken.
Bovendien worden deze eiwitten in het genoom van Antarctische ijsvissen 3 tot 300 keer vaker aangetroffen dan in zijn "tegenhangers" in warm water, wat ook de weerstand van het visorganisme tegen extreme omstandigheden verhoogt.
Op dit moment bestuderen wetenschappers het effect van klimaatverandering (stijgende watertemperatuur) op Antarctische vissoorten. Ze moeten uitzoeken of D. mawsoni zich kan aanpassen aan nieuwe omstandigheden. Als Antarctische ijsvissen uitsterven, zullen alle voedselketens van de Zuidelijke Oceaan eronder lijden.
Lees meer over de studie in het persbericht van de universiteit, in het artikel van de auteurs van de ontdekking, gepubliceerd in PNAS. De Universiteit van Illinois heeft deze diavoorstelling ook ter informatie voorbereid.
Het is natuurlijk te vroeg om te praten over de praktische toepassing van de verkregen gegevens ten behoeve van de mens. Dit onderzoek is fundamenteler dan toegepast. Maar of wetenschappers na jaren, met behulp van nieuwe ontdekkingen, in staat zullen zijn om een soort speciaal antivriesmiddel voor mechanismen en producten te creëren, of (als je er echt van droomt), het vermogen om te overleven bij lage temperaturen van de persoon zelf te verbeteren - niemand weet het.
