Криптобиоз - Cryptobiosis
Криптобиоз или анабиоз - это метаболическое состояние жизни, в которое вступает организм в ответ на неблагоприятные условия окружающей среды, такие как высыхание , замораживание и недостаток кислорода . В криптобиотическом состоянии все измеримые метаболические процессы останавливаются, предотвращая размножение , развитие и восстановление. Когда условия окружающей среды станут более благоприятными, организм вернется к своему метаболическому состоянию жизни, как это было до криптобиоза.
| Часть серии о |
| Покой животных |
|---|
 |
Формы
Ангидробиоз
Ангидробиоз - наиболее изученная форма криптобиоза, возникающая в условиях сильного обезвоживания . Термин ангидробиоз происходит от греческого слова «жизнь без воды» и чаще всего используется для обозначения устойчивости к высыханию, наблюдаемой у некоторых беспозвоночных животных, таких как бделлоидные коловратки , тихоходки , морские креветки , нематоды и, по крайней мере, одно насекомое, вид хирономид ( Polypedilum vanderplanki ). Однако другие формы жизни проявляют устойчивость к высыханию. К ним относятся воскрешающее растение Craterostigma plantagineum , большинство семян растений и многие микроорганизмы, такие как пекарские дрожжи . Исследования показали, что некоторые ангидробиотические организмы могут выживать десятилетиями, даже столетиями в сухом состоянии.
Беспозвоночные, страдающие ангидробиозом, часто сокращаются до меньшей формы, а некоторые продолжают формировать сахар, называемый трегалозой . Устойчивость к высыханию растений связана с производством другого сахара - сахарозы . Считается, что эти сахара защищают организм от высыхания. У некоторых существ, таких как бделлоидные коловратки, трегалоза не была обнаружена, что побудило ученых предложить другие механизмы ангидробиоза, возможно, с участием изначально неупорядоченных белков .
В 2011 году было показано, что нематода Caenorhabditis elegans , которая также является одним из наиболее изученных модельных организмов, претерпевает ангидробиоз на стадии личинки дауэра . Дальнейшие исследования с использованием генетических и биохимических инструментов, доступных для этого организма, показали, что помимо биосинтеза трегалозы, в ангидробиоз на молекулярном уровне участвует ряд других функциональных путей. В основном это защитные механизмы против активных форм кислорода и ксенобиотиков , экспрессия белков теплового шока и внутренне неупорядоченных белков, а также биосинтез полиненасыщенных жирных кислот и полиаминов . Некоторые из них сохраняются среди ангидробиотических растений и животных, что позволяет предположить, что ангидробиотическая способность может зависеть от набора общих механизмов. Детальное понимание этих механизмов может позволить модифицировать неангидробиотические клетки, ткани, органы или даже организмы, чтобы их можно было сохранять в высушенном состоянии анабиоза в течение длительных периодов времени.
С 2004 года такое применение ангидробиоза применяется к вакцинам . В вакцинах процесс может производить сухую вакцину, которая реактивируется после введения в организм. Теоретически технология сухой вакцины может быть использована для любой вакцины, включая живые вакцины, такие как вакцина против кори. Он также потенциально может быть адаптирован для медленного высвобождения вакцины, что устраняет необходимость в бустерах. Это предлагает устранить потребность в охлаждении вакцин, тем самым сделав сухие вакцины более доступными во всех развивающихся странах, где охлаждение, электричество и надлежащее хранение менее доступны.
На основе аналогичных принципов была разработана лиоконсервация как метод сохранения биологических образцов при температуре окружающей среды. Лиоконсервация - это биомиметическая стратегия, основанная на ангидробиозе, для сохранения клеток при температуре окружающей среды. Он был изучен как альтернативный метод криоконсервации . Преимущество этого метода заключается в возможности сохранения биологических образцов при температуре окружающей среды без необходимости охлаждения или использования криогенных температур.
Аноксибиоз
В условиях недостатка кислорода (он же аноксия) многие криптобионты (например, M. tardigradum ) впитывают воду и становятся набухшими и неподвижными, но могут выжить в течение продолжительных периодов времени. Некоторые экзотермические позвоночные и некоторые беспозвоночные, такие как раковые креветки , веслоногие рачки , нематоды и геммулы губок , способны выживать в, казалось бы, неактивном состоянии в бескислородных условиях от месяцев до десятилетий.
Исследования метаболической активности этих бездействующих организмов во время аноксии в основном не дали результатов. Это связано с тем, что очень трудно измерить очень небольшие степени метаболической активности с достаточной надежностью, чтобы доказать криптобиотическое состояние, а не обычное снижение скорости метаболизма (MRD). Многие эксперты скептически относятся к биологической осуществимости аноксибиоза, поскольку организму удается предотвратить повреждение своих клеточных структур негативной свободной энергией окружающей среды, несмотря на то, что он окружен большим количеством воды и тепловой энергии и не использует собственную свободную энергию. . Однако есть доказательства того, что индуцированный стрессом белок p26 может действовать как белковый шаперон, который не требует энергии у зародышей кистозной Artemia franciscana (морская обезьяна), и, скорее всего, чрезвычайно специализированный и медленный путь гуанинового полинуклеотида продолжает обеспечивать метаболическую свободную энергию для в А. franciscana зародыши во бескислородных условиях. Кажется, что A. franciscana приближается, но не достигает истинного аноксибиоза.
Хемобиоз
Хемобиоз - это криптобиотическая реакция на высокие уровни токсинов в окружающей среде. Наблюдается у тихоходок .
Криобиоз
Криобиоз - это форма криптобиоза, возникающая при понижении температуры . Криобиоз возникает, когда вода, окружающая клетки организма, замораживается, прекращение подвижности молекул позволяет организму выдерживать отрицательные температуры до тех пор, пока не вернутся более благоприятные условия. Организмы, способные выдерживать эти условия, обычно имеют молекулы, которые способствуют замораживанию воды в предпочтительных местах, а также препятствуют росту крупных кристаллов льда, которые в противном случае могли бы повредить клетки. Один из таких организмов - омар .
Осмобиоз
Осмобиоз - наименее изученный из всех видов криптобиоза. Осмобиоз возникает в ответ на повышенную концентрацию растворенных веществ в растворе, в котором живет организм. Мало что известно наверняка, кроме того, что осмобиоз, по-видимому, включает прекращение метаболизма.
Примеры
Креветка Artemia salina , которую можно найти в сковородах Макгадикгади в Ботсване , выживает в сухой сезон, когда вода из сковородок испаряется, оставляя практически высохшее дно озера.
Медленно передвигающийся или воды медведь, может пройти все пять типов криптобиоз. В криптобиотическом состоянии его метаболизм снижается до менее 0,01% от нормы, а содержание воды может упасть до 1% от нормы. Он может выдерживать экстремальные температуры , радиацию и давление в криптобиотическом состоянии.
Некоторые нематоды и коловратки также могут подвергаться криптобиозу.
Смотрите также
использованная литература
дальнейшее чтение
- Дэвид А. Уортон, Жизнь на пределе: организмы в экстремальных условиях, Cambridge University Press, 2002, твердая обложка, ISBN 0-521-78212-0