Tardígrados protegem proteínas à beira da morte

Stephanie ingressou no Drug Discovery News como editora assistente em 2021. Ela obteve seu doutorado pela University of California Los Angeles em 2019 e escreveu para a Discover Magazine,...

Com suas pernas gordinhas e narizes de botão, os tardígrados certamente não parecem ter os segredos da vida e da morte em suas garras finas, mas eles têm. Esses animais carismáticos – geralmente chamados de ursos d’água ou leitões de musgo – desenvolveram adaptações únicas para prosperar em ambientes onde poucos outros podem sobreviver.

Embora normalmente vivam em locais aquosos, desde os montes de neve do Himalaia até o musgo crescendo em um estacionamento, os tardígrados podem sobreviver à desidratação, ao congelamento, a temperaturas acima do ponto de ebulição da água e até mesmo ao vácuo e à radiação do espaço (1,2). Para fazer isso, os tardígrados removem a água de seus corpos e diminuem seu metabolismo para apenas 0,01% de sua taxa normal. Ao fazer isso, eles fazem a transição para sua forma "tun", um estado de animação suspensa no qual podem viver por décadas. A exposição a apenas um pouco de água restaura os tardígrados de tonéis para seus eus normais e túrgidos.

"Sempre ouvimos o ditado 'a vida é água' e sabemos que todo metabolismo requer água", disse Thomas Boothby, tardigradologista da Universidade de Wyoming. "Como você pode ter vida sem metabolismo? É quase uma questão filosófica."

Ao cruzar a linha entre a vida e a morte, os tardígrados oferecem aos cientistas a oportunidade de entender o que significa estar vivo – e talvez, como manter vivos os seres vivos. Com o advento de novas ferramentas genéticas e uma crescente comunidade de pesquisadores de tardígrados, os cientistas estão investigando como os tardígrados sobrevivem a condições estressantes com a esperança de traduzir essas lições em formulações de medicamentos mais estáveis. Com sua capacidade de proteger contra níveis perigosos de radiação, a biologia dos tardígrados pode até ajudar os humanos durante missões espaciais de longo prazo para a Lua e Marte.

À medida que o sol sobe no céu, a água que cerca os tardígrados que vivem em uma poça de espuma começa a evaporar lentamente. À medida que o ambiente seca, as células dos tardígrados começam a perder água e a concentração das moléculas dentro delas aumenta cada vez mais.

"A dessecação não é um estresse de tudo ou nada", explicou Boothby. "É um continuum de tensões."

À medida que as estruturas celulares se espremem, as proteínas tornam-se mais propensas a se agregar umas às outras. Quando a célula não tem mais água suficiente para formar pontes de hidrogênio com proteínas, as proteínas se desdobram e perdem sua função. De alguma forma, os tardígrados encontraram uma maneira de evitar a perda da função da proteína devido à dessecação, e os cientistas não tinham ideia de como eles faziam isso até poucos anos atrás.

"Cinco, seis anos atrás, um pós-doutorando em biologia aqui na UNC entrou em meu escritório e disse que havia encontrado os genes que permitiam que os tardígrados sobrevivessem à dessecação", disse Gary Pielak, químico de proteínas da Universidade da Carolina do Norte (UNC) em Morro da Capela. "Aquele cara era Thomas Boothby."

Trabalhando juntos, Boothby, Pielak e seus colegas relataram que, à medida que as condições secam, os tardígrados expressam proteínas únicas chamadas de proteínas intrinsecamente desordenadas (TDPs) (3). Embora os tardígrados não precisem de TDPs para viver suas vidas aquáticas normais, à medida que sua casa aquosa seca, eles não podem viver sem eles. Quando os pesquisadores expressaram TDPs em bactérias e leveduras, as proteínas aumentaram a tolerância à dessecação desses organismos em quase 100 vezes.

Desde essa descoberta, os pesquisadores de tardígrados identificaram vários TDPs diferentes envolvidos na proteção de tardígrados durante a dessecação (4). Mas como exatamente os TDPs e outros aspectos da biologia dos tardígrados protegem o animal permanece uma questão em aberto.

Na maior parte, esses estudos se basearam na expressão de proteínas de tardígrados em sistemas modelo, como leveduras e bactérias, porque muitas técnicas sofisticadas de manipulação genética não eram possíveis em tardígrados – até agora.

Kazuharu Arakawa, tardigradologista da Keio University, e sua equipe desenvolveram recentemente um sistema chamado TardiVec que permite aos cientistas estudar os genes dos tardígrados nos próprios animais (5). A primeira coisa que fizeram foi expressar a proteína fluorescente verde (GFP) sob o controle do promotor da proteína actina, um gene com alto padrão de expressão.