En la foto: Dissostichus mawsoni, uno de los mayores representantes de la notothenia, puede pesar hasta 90 kilogramos (foto de Chris Cheng y Paul Cziko).
¿Cómo se las arreglan los peces antárticos no solo para existir, sino también para vivir pacíficamente a temperaturas cercanas al punto de congelación del agua? Científicos curiosos han estado buscando la respuesta a esta complicada pregunta durante muchos años: tal "no congelación" sería útil para la humanidad. Ahora, los investigadores estadounidenses decidieron buscar la raíz, es decir, estudiar las funciones y los genes del anticongelante biológico. Y el nuevo trabajo condujo a un valioso descubrimiento
Científicos de la Universidad de Illinois se comprometieron a examinar el genoma de la austromerluza antártica (Dissostichus mawsoni) para descubrir qué determina su fantástica resistencia.
Los peces del suborden Notothenioidei habitan las aguas heladas del Océano Austral y representan casi el 90% de la biomasa de peces de esta región. Es por esta razón que los genetistas los eligieron como sujetos de prueba. La temperatura de las aguas locales es tal que todo el cuerpo de los habitantes submarinos debería haberse convertido en hielo. Sin embargo, esto no sucede. ¿Por qué?
Un estudio cuidadoso de las habilidades inusuales de los nototenianos comenzó esencialmente en los años cincuenta del siglo pasado. En la década de 1960, el profesor Arthur DeVries de la Universidad de Illinois aisló y describió por primera vez "proteínas anticongelantes" que se unen a los cristales de hielo en la sangre de los peces, evitando que se congelen. El organismo de los habitantes de las profundidades marinas los produce él mismo.
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Hay ocho familias en el suborden Notothenioidei, cinco de ellas viven en la Antártida, viviendo tranquilamente a bajas temperaturas (-2–4 ° C) y alto contenido de oxígeno (que se disuelve mejor en agua fría y se transforma en formas altamente reactivas dañinas para los tejidos corporales).
Un grupo de genetistas liderados por la esposa de Devris, Chi-Hing "Christina" Cheng, se propuso descubrir la base genética de la resistencia extrema.
“Este trabajo fue el primer estudio a gran escala de todas las funciones biológicas de los peces que viven en aguas increíblemente frías durante toda su vida desde el nacimiento hasta la muerte”, dice Cheng.
Para empezar, los científicos controlaron de cerca un representante característico del nonotenium: Dissostichus mawsoni. Christina y sus colegas querían averiguar qué genes se expresan con mayor frecuencia en la austromerluza ártica. Para ello, tomaron cuatro muestras de tejido: del cerebro, ovarios, hígado y riñón (principal órgano hematopoyético de los peces).
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Tenga en cuenta que hace dos años, los científicos descubrieron que el hígado casi no produce las proteínas necesarias para la adaptación. El estómago y el páncreas exocrino trabajan mucho más por el bien de los peces.
Al principio, los genetistas decidieron que los peces antárticos tendrían una expresión altamente eficiente de todos los genes que les permitirían sobrevivir a bajas temperaturas y altos niveles de oxígeno. Aunque también se consideró la opción cuando tejidos específicos producen grandes cantidades de determinadas proteínas.
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“Descubrimos que en la gran mayoría de los casos, un grupo específico de genes está trabajando”, dice Cheng. "Cada tejido expresa todos los genes posibles, pero ese grupo muy pequeño de genes citoprotectores se expresa en grandes cantidades en todos los tejidos".
A continuación, los científicos compararon la expresión de genes de D. mawsoni y peces no relacionados con él, que viven en las aguas más cálidas del Océano Mundial, y encontraron que la mayoría de los genes que necesitan los peces antárticos casi no se manifiestan en otras especies.
Entre las secuencias responsables de la producción de ciertas proteínas en gran número (genes regulados al alza), se han encontrado muchos genes que codifican proteínas que son responsables de la respuesta del cuerpo a las influencias ambientales negativas. Los científicos han contado hasta 177 familias.
En particular, se han encontrado una variedad de chaperonas (proteínas cuya función principal es restaurar la estructura terciaria correcta de las proteínas dañadas), y especialmente "proteínas de choque térmico" que protegen a las células de temperaturas extremas. También estaban presentes las ubiquitinas, proteínas que apoyan la salud celular y marcan otras proteínas antes de la degradación.
Además, en el genoma de la austromerluza antártica, estas proteínas se encuentran de 3 a 300 veces más a menudo que en sus "contrapartes" de agua caliente, lo que también aumenta la resistencia del organismo de los peces a condiciones extremas.
Por el momento, los científicos están estudiando el efecto del cambio climático (aumento de la temperatura del agua) en las especies de peces antárticos. Tienen que averiguar si D. mawsoni puede adaptarse a las nuevas condiciones. Después de todo, si la austromerluza antártica se extingue, todas las cadenas alimentarias del Océano Austral sufrirán.
Lea más sobre el estudio en el comunicado de prensa de la universidad, en el artículo de los autores del descubrimiento, publicado en PNAS. La Universidad de Illinois también ha preparado esta presentación de diapositivas con fines informativos.
Por supuesto, es demasiado pronto para hablar de la aplicación práctica de los datos obtenidos en beneficio de los seres humanos. Esta investigación es más fundamental que aplicada. Sin embargo, si los científicos después de años, con la ayuda de nuevos descubrimientos, podrán crear algún tipo de anticongelante especial para mecanismos y productos, o (si realmente sueña con ello), mejorar la capacidad de sobrevivir a bajas temperaturas de una persona, nadie lo sabe.
