Криптобиоз - Cryptobiosis

Для воспроизведения звука Доктора Кто см. Криптобиоз (звук Доктора Кто). О болезни рыб см. Криптобия.
«Анабиоз» перенаправляется сюда. Для журнала см. Анабиоз (журнал).

Криптобиоз или же анабиоз метаболическое состояние жизни, в которое вступает организм в ответ на неблагоприятные условия окружающей среды, такие как высыхание, замораживание, и кислород недостаток. В криптобиотическом состоянии все измеримые метаболические процессы останавливаются, предотвращая воспроизведение, разработка и ремонт. Когда условия окружающей среды снова станут гостеприимными, организм вернется в свое метаболический состояние жизни, каким оно было до криптобиоза.

Часть серии по
Животное покой
Myotis mystacinus hibernation4.JPG

Формы

Ангидробиоз

Ангидробиоз тихоходки Рихтерсиус коронифер

Ангидробиоз является наиболее изученной формой криптобиоза и возникает в экстремальных ситуациях. высыхание. Период, 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, рассольная креветка, нематоды, и хотя бы одно насекомое, вид хирономида (Полипедилум вандерпланки ). Однако другие формы жизни проявляют устойчивость к высыханию. К ним относятся воскрешение Кратеростигма подорожника,[1] большинство семян растений и многие микроорганизмы, такие как пекарские дрожжи,[2]. Исследования показали, что некоторые ангидробиотические организмы могут выживать десятилетиями, даже столетиями в сухом состоянии.[3]

Беспозвоночные, страдающие ангидробиозом, часто сокращаются до меньшей формы, а некоторые продолжают формировать сахар называется трегалоза. Устойчивость к высыханию растений связана с производством другого сахара, сахароза. Считается, что эти сахара защищают организм от высыхания.[4] У некоторых существ, таких как бделлоидные коловратки, трегалоза не была обнаружена, что побудило ученых предложить другие механизмы ангидробиоза, возможно, с участием внутренне неупорядоченные белки.[5]

В 2011, Caenorhabditis elegans, нематода, которая также является одним из наиболее изученных модельных организмов, претерпевает ангидробиоз в личинка дауэра сцена.[6] 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.[7] В основном это механизмы защиты от активные формы кислорода и ксенобиотики, выражение белки теплового шока и внутренне неупорядоченные белки а также биосинтез полиненасыщенные жирные кислоты и полиамины. 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 так, чтобы их можно было сохранить в высушенном состоянии. приостановленная анимация в течение длительного периода времени.

С 2004 года такое применение ангидробиоза применяется к вакцина. В вакцинах процесс может производить сухая вакцина который 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 всем развивающемся мире, где охлаждение, электричество и надлежащее хранение менее доступны.[8]

Основываясь на аналогичных принципах, лиоконсервация был разработан как метод хранения биологических образцов при температуре окружающей среды.[9][10] Лиоконсервация - это биомиметик стратегия, основанная на ангидробиоз для сохранения клеток при температуре окружающей среды. Он был изучен как альтернативный метод для криоконсервация. Преимущество этого метода заключается в том, что он позволяет сохранять биологические образцы при температуре окружающей среды без необходимости охлаждения или использования криогенных температур.[11][12]

Аноксибиоз

В ситуациях, когда не хватает кислород (он же аноксия), многие криптобионты (такие как 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 рассольные креветки,[13] копеподы,[14] нематоды,[15] и губка геммулы,[16] способны выживать в кажущемся 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 малые степени метаболической активности достаточно надежно, 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 свидетельства того, что индуцированный стрессом белок p26 может действовать как белковый шаперон, который не требует энергии при кистозной болезни. Артемия францисканская (морская обезьяна), и, скорее всего, чрезвычайно специализированный и медленный путь полинуклеотида гуанина продолжает обеспечивать метаболическую свободную энергию для A. franciscana эмбрионы в условиях аноксии. Кажется, что A. franciscana приближается, но не достигает истинного аноксибиоза.[17]

Хемобиоз

Хемобиоз - это криптобиотическая реакция на высокие уровни токсинов в окружающей среде. Это наблюдалось в тихоходки.[18]

Криобиоз

Криобиоз - это форма криптобиоза, которая возникает в результате снижения температура. Криобиоз начинается, 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 могут повредить клетки.[нужна цитата ] Одним из таких организмов является Омар.[19]

Осмобиоз

Осмобиоз - наименее изученный из всех видов криптобиоза. Осмобиоз возникает в ответ на повышенное растворенный концентрация в растворе, в котором живет организм. Мало что известно наверняка, кроме того, что осмобиоз, по-видимому, вызывает прекращение метаболизма.[18]

Примеры

Креветка в рассоле Артемия салина, который можно найти в Макгадикгади Сковороды в Ботсвана,[20] выживает в засушливый сезон, когда вода из кастрюль испаряется, оставляя практически высохшее дно озера.

В тихоходка, или водяной медведь, может перенести все пять типов криптобиоза. Находясь в криптобиотическом состоянии, его метаболизм снижается до менее 0,01% от нормы, а содержание воды может упасть до 1% от нормы.[21] Он может выдерживать экстремальные температура, радиация, и давление находясь в криптобиотическом состоянии.[22]

Немного нематоды и коловратки также может подвергнуться криптобиозу.[23]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Бартельс, Доротея; Саламини, Франческо (декабрь 2001 г.). "Устойчивость к высыханию у воскрешающего растения Craterostigma plantagineum. Вклад в изучение устойчивости к засухе на молекулярном уровне". Физиология растений. 127 (4): 1346–1353. Дои:10.1104 / стр.010765. ЧВК  1540161. PMID  11743072.
  2. ^ Калахан, декан; Данхэм, Майтрейя; ДеСево, Крис; Кошланд, Дуглас Э. (октябрь 2011 г.). «Генетический анализ устойчивости к высыханию у Sachharomyces cerevisiae». Генетика. 189 (2): 507–519. Дои:10.1534 / генетика.111.130369. ЧВК  3189811. PMID  21840858.
  3. ^ Шен-Миллер, Дж; Маджетт, Мэри Бет; Шопф, Дж. Уильям; Кларк, Стивен; Бергер, Райнер (ноябрь 1995 г.). «Исключительная долговечность семян и устойчивый рост: древний священный лотос из Китая». Американский журнал ботаники. 82 (11): 1367–1380. Дои:10.2307/2445863. JSTOR  2445863.
  4. ^ Эркут, Джихан; Пеньков, Сидер; Фахми, Карим; Курцчалия, Теймурас V (январь 2012 г.). «Как черви выживают при высыхании: трегалоза про воду». Червь. 1 (1): 61–65. Дои:10.4161 / червь.19040. ЧВК  3670174. PMID  24058825.
  5. ^ Таннаклифф, Алан; Лапинский, Йенс; Макги, Брайан (сентябрь 2005 г.). «Предполагаемый белок LEA, но не трегалоза, присутствует в ангидробиотических бделлоидных коловратках». Гидробиология. 546 (1): 315–321. Дои:10.1007 / s10750-005-4239-6. S2CID  13072689.
  6. ^ Эркут, Джихан; Пеньков, Сидер; Хесбак, Хасан; Воркель, Даниэла; Вербавац, Жан-Марк; Фахми, Карим; Курцчалия, Теймурас V (август 2011 г.). «Трегалоза делает личинку дауэра Caenorhabditis elegans устойчивой к сильному высыханию». Текущая биология. 21 (15): 1331–1336. Дои:10.1016 / j.cub.2011.06.064. PMID  21782434. S2CID  18145344.
  7. ^ Эркут, Джихан; Василий, Андрей; Боланд, Себастьян; Хаберманн, Бьянка; Шевченко, Андрей; Курцчалия, Теймурас V (декабрь 2013 г.). «Молекулярные стратегии личинки Caenorhabditis elegans dauer, чтобы выжить в условиях экстремального высыхания». PLOS ONE. 8 (12): e82473. Bibcode:2013PLoSO ... 882473E. Дои:10.1371 / journal.pone.0082473. ЧВК  3853187. PMID  24324795.
  8. ^ «Большие надежды на уколы без холодильника». Новости BBC. 2004-10-19.
  9. ^ Ян, Гир; Гилстрап, Кайл; Чжан, Айли; Сюй, Лиза Х .; Хэ, Сяомин (1 июня 2010 г.). «Температура коллапса растворов, важных для лиосохранения живых клеток при температуре окружающей среды». Биотехнологии и биоинженерия. 106 (2): 247–259. Дои:10.1002 / бит. 22690. PMID  20148402. S2CID  20748794.
  10. ^ Чакраборти, Нилай; Чанг, Энтони; Эльмоазцен, Хайди; Menze, Michael A .; Рука, Стивен С .; Тонер, Мехмет (2011). "Техника центробежной сушки для лио-консервирования клеток млекопитающих". Анналы биомедицинской инженерии. 39 (5): 1582–1591. Дои:10.1007 / s10439-011-0253-1. PMID  21293974. S2CID  11204697.
  11. ^ Ян Г, Гилстрап К., Чжан А., Сюй LX, Он X. Температура коллапса растворов, важных для лио-консервации живых клеток, при температуре окружающей среды. Biotechnol Bioeng. 2010 июн 1; 106 (2): 247-59.
  12. ^ Chakraborty N, Chang A, Elmoazzen H, Menze MA, Hand SC, Toner M. Метод центробежной сушки для лиоконсервации клеток млекопитающих. Ann Biomed Eng. 2011 Май; 39 (5): 1582-91.
  13. ^ Clegg et al. 1999 г.
  14. ^ Маркус и др., 1994
  15. ^ Кроу и Купер, 1971 год.
  16. ^ Рейсвиг и Миллер, 1998 г.
  17. ^ Клегг, Джеймс С. (2001). «Криптобиоз - своеобразное состояние биологической организации». Сравнительная биохимия и физиология B. 128 (4): 613–624. Дои:10.1016 / S1096-4959 (01) 00300-1. PMID  11290443. закрытый доступ
  18. ^ а б Møbjerg, N .; Halberg, K. A .; Jørgensen, A .; Persson, D .; Bjørn, M .; Ramløv, H .; Кристенсен, Р. М. (2011). «Выживание в экстремальных условиях - на современных знаниях об адаптациях тихоходок». Acta Physiologica. 202 (3): 409–420. Дои:10.1111 / j.1748-1716.2011.02252.x. PMID  21251237. S2CID  20894284.
  19. ^ «Замороженные омары возвращены к жизни». 18 марта 2004 г.
  20. ^ К. Майкл Хоган (2008) Макгадикгади, Мегалитический портал, изд. А. Бернхэм
  21. ^ Пайпер, Росс (2007), Необычные животные: энциклопедия любопытных и необычных животных, Гринвуд Пресс.
  22. ^ Уэслианский университет Иллинойса Факты о тихоходках
  23. ^ Ватанабэ, Масахико (2006). «Ангидробиоз беспозвоночных». Appl. Энтомол. Zool. 41 (1): 15–31. Дои:10.1303 / aez.2006.15.

дальнейшее чтение

  • Дэвид А. Уортон, Жизнь на пределе возможностей: организмы в экстремальных условиях, Издательство Кембриджского университета, 2002 г., твердая обложка, ISBN  0-521-78212-0