30 декабря 2021

Сибирский углозуб противостоит полному замораживанию, гипоксии и свободным радикалам

  • Биохимия
  • Зоология позвоночных
  • Физиология

Российские ученые исследовали, как меняется метаболизм хвостатой амфибии сибирского углозуба в ответ на замораживание. В отличие от других земноводных, животное использует в качестве «антифриза» глицерин, а не глюкозу; добывает энергию в ходе метаболических процессов, не требующих кислорода, а также не накапливает вещество, способное привести к появлению свободных радикалов при выходе из условий гипоксии. Результаты проекта могут в перспективе дать возможность создания новых методов криоконсервации органов. Исследование выполнено при поддержке гранта Российского научного фонда (РНФ) и опубликовано в журнале Biology.

Сибирский углозуб противостоит полному замораживанию, гипоксии и свободным радикалам
Самец сибирского углозуба
Источник: Сергей Шеховцов

Холодные зимы — суровое испытание для животных. Замерзание воды в клетках чревато образованием кристалликов льда, способных разорвать мембраны. Кроме того, заморозка тканей ведет к остановке кровотока и кислородному голоданию — гипоксии. Большинство животных не способно перенести такие состояния и потому выбрало другие стратегии выживания при отрицательных температурах — отрастило мех или мощный жировой слой, изменило размер частей тела, впадает в спячку и прочее. Однако некоторые организмы смогли адаптироваться и к заморозке. Выдающийся пример устойчивости среди них — сибирский углозуб Salamandrella keyserlingii. 

«Это уникальная амфибия, способная выдерживать длительное замораживание при температурах до –55°C и оставаться жизнеспособной. Мы проанализировали изменения метаболизма, происходящие при этом в тканях сибирского углозуба», — рассказал руководитель проекта по гранту РНФ Сергей Шеховцов, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН».

С 80-х годов прошлого века известно, что защитой от полного замораживания углозуба служит глицерин. Он синтезируется из запасаемого на зиму в печени и мышцах вещества — гликогена — и разносится током крови по всему организму. Глицерин вытесняет из клеток воду, которая кристаллизуется в межклеточном пространстве без ущерба для животного. Сами же клетки не замерзают, что и спасает жизнь всему организму.

Коллектив авторов, включающий в себя ученых из ФИЦ ИЦиГ СО РАН (Новосибирск), Института биологических проблем Севера ДВО РАН (Магадан) и Института «Международный томографический центр» СО РАН (Новосибирск), сравнил метаболомы — наборы малых молекул — углозубов при положительных температурах (3–4 °C) и после продолжительного замораживания (до –8 °C). 

Анализ показал, что глицерин — единственный криопротектор среди низкомолекулярных соединений у этого вида. В этом особенность сибирского углозуба, отличающая его от других амфибий, у которых в качестве «антифриза» используется глюкоза. 

Также авторы выявили при замораживании усиление гликолиза — процесса окисления веществ для получения энергии без кислорода, — что, очевидно, было следствием гипоксии, возникающей при замораживании. Еще одной уникальной чертой сибирского углозуба оказалось то, что его организм не накапливает сукцинат. Концентрация этого вещества всегда растет при гипоксии у всех изученных на данный момент позвоночных. Сукцинат, в свою очередь, служит причиной синтеза свободных радикалов при возобновлении поступления кислорода, что вызывает различные патологические состояния. 

«Все это говорит о том, что метаболизм сибирского углозуба имеет много отличий от метаболизма других животных, что и обеспечивает его выдающуюся устойчивость к замораживанию. В перспективе результаты подобных исследований помогут понять механизмы этой устойчивости и, возможно, дадут ключ к созданию новых способов замораживания органов и тканей», — отметил Сергей Шеховцов. 

 

Источник:  Пресс-служба РНФ

Публикации из новости

Biochemical Response to Freezing in the Siberian Salamander Salamandrella keyserlingii
Shekhovtsov S.V., Bulakhova N.A., Tsentalovich Y.P., Zelentsova E.A., Meshcheryakova E.N., Poluboyarova T.V., Berman D.I.
Q1 Biology 2021 цитирований: 0