Vědci uspěli v zkoumání schopnosti organismu přežít promrznutí

V předchozím článku, který byl publikován v PNAS již v srpnu loňského roku, se týmu podařilo poodhalit základní principy tolerance promrznutí u subarktické mušky Chymomyza postata, která je octomilce blízce příbuzná (viz druhý článek). V navazující studii se podařilo přenést mechanismy tolerance ze subartkické mušky na tropickou octomilku. Jde o historicky první úspěšný pokus o laboratorní přeměnu živočišného organismu citlivého k chladu na organismus tolerující promrznutí.

Larvy octomilky Drosophila melanogaster tolerují zmrznutí

PNAS 14. 2. 2012

Evoluční adaptace umožňující přežití organismu v promrzlém stavu jsou všeobecně považovány za velmi složité a komplexní. Touto schopností disponuje pouze několik málo druhů obratlovců (obojživelníků a plazů). Mezi bezobratlými živočichy je tolerance promrznutí mnohem rozšířenější a známe ji především u přezimujícího hmyzu. Naše skupina nedávno přinesla nové poznatky o základních fyziologických principech strategie tolerance promrznutí u subarktické mušky Chymomyza costata (Kostal et al., PNAS USA 108, 13 041- 046).
V našem novém článku ukazujeme, že mechanismy odhalené u mušky C. costata jsou přenositelné také na octomilku – tedy na příbuznou mušku, ale s tropickým původem, bez valné evoluční zkušenosti s chladem, a s velmi nízkou přirozenou schopností tolerovat byť i mírné zchlazení. Zjistili jsme, že k přeměně od citlivosti k chladu na toleranci promrznutí stačí překvapivě jednoduché laboratorní manipulace. Larvy tropické octomilky Drosophila melanogaster poté přežívají za podnulových teplot, i když zhruba polovina jejich tělních tekutin je přeměněna v ledové krystaly. K dosažení tohoto cíle je nutné zajistit dva fundamentální předpoklady: (a) zastavit larvální vývoj, a všechny s ním spojené chladově-citlivé procesy, pomocí nízkých neletálních teplot (kviescence), a (b) zvýšit tkáňovékoncentrace volné aminokyseliny l-prolinu pomocí krmení larev na dietě obohacené prolinem (kryoprezervace).
Košťál V., Šimek P., Zahradníčková H., Cimlová J., Štětina T. (2012). Conversion of the chill susceptible fruit fly larva (Drosophila melanogaster) to a freeze tolerant organism.Proceedings of the National Academy of Sciences USA doi:10.1073/pnas.111998610

*****

Hyperprolinemické larvy mušky Chymomyza costata (Drosophilidae) přežívají kryoprezervaci v kapalném dusíku

PNAS 15. 8. 2011

Larva drosofily Chymomyza costata je pravděpodobně nejkomplexnějším známým organismem ze skupiny mnohobuněčných živočichů, který přežívá ponoření do kapalného dusíku (-196 °C) v plně hydratovaném stavu. Pro dosažení této schopnosti je základní a postačující podmínkou vstup do diapauzního stavu (23% přežití do stádia dospělce), i když následná chladová aklimace tuto schopnost dále zlepšuje (62% přežití). Profilováním aklimačních změn v koncentracích u 61 různých metabolitů jsme identifikovali prolin jako metabolit s výsadním postavením, jelikož jeho koncentrace během přechodu do diapauzy a následné chladové aklimace vzrostly z 20 mM na 147 mM. Zvyšování koncentrace prolinu v tkáních larev pomocí potravy obohacené prolinem významně korelovalo se zlepšováním tolerance k promrznutí. Analýza pomocí diferenciální skenovací kalorimetrie naznačila, že vysoká hladina prolinu, v kombinaci s relativně nízkým obsahem osmoticky aktivní vody a s mrazovou dehydratací tkání, zvyšují tendenci tělních tekutin k přechodu do skelné fáze (vitrifikaci) a tím pravděpodobně omezují poškození způsobená extrémně nízkými teplotami.
Košťál V., Zahradníčková H., Šimek P. (2011) Hyperprolinemic larvae of the drosophilid fly, Chymomyza costata, survive cryopreservation in liquid nitrogen. PNAS 108 (32): 13041-13046.

Zdroj: www.jcu.cz