Kako kamile pobeđuju vrućinu na ćelijskom nivou?

Živi organizmi moraju neprestano da se prilagođavaju svom okruženju kako bi preživeli. Jedan od najosnovnijih izazova za sve je temperatura. Čak i male promene u toploti ili hladnoći mogu narušiti osetljivu ravnotežu unutar ćelija, utičući na to kako geni funkcionišu i kako tkiva reaguju.

Kako se klimatska varijabilnost pojačava, a ekstremni toplotni događaji postaju sve češći, razumevanje načina na koji se organizmi nose sa toplotnim stresom postaje sve važnije, ne samo za biologiju, već i za ljudsko zdravlje, poljoprivredu i otpornost ekosistema, piše Science X.

Preporučujemo

U srži ovog izazova je homeostaza, sposobnost živih sistema da ostanu stabilni čak i kada se njihovo okruženje menja. U ovom slučaju, ćelije to čine prilagođavanjem genske aktivnosti kao odgovor na promene temperature.

Ovo vodi do ključnog pitanja mnogih naučnika: kako različite vrste održavaju ćelijsku stabilnost u tako različitim uslovima okruženja?

Da bi odgovorili na ovo pitanje, istraživači sa Floridskog atlantskog univerziteta (FAU) i njihovi saradnici istražili su kako ćelije sisara reaguju na temperaturne promene na genetskom nivou. Proučavali su jednogrbe kamile, koje se obično nalaze u toplim, sušnim regionima poput Severne Afrike i Bliskog istoka, i ljude. Fokusirali su se na fibroblaste kože, ćelije koje pomažu u održavanju strukture tkiva, i pratili kako se aktivnost gena menja na različitim temperaturama. Kamile su ponudile upečatljivo poređenje jer njihova sposobnost da napreduju na ekstremnim vrućinama pruža uvid u biološku otpornost.

Međutim, glavni izazov u ovoj vrsti istraživanja je identifikacija diferencijalno eksprimiranih gena, gena koji menjaju svoju aktivnost kao odgovor na stres iz okruženja. Tradicionalne metode za detekciju ovih promena u velikoj meri se oslanjaju na velike skupove podataka i statistička testiranja, što često nije izvodljivo kada je dostupan samo mali broj bioloških uzoraka.

Da bi rešili ovo ograničenje, istraživači su razvili model koji poredi ponašanje gena kod različitih jedinki pre i posle promene u okruženju. Umesto da samo prati da li se aktivnost gena povećava ili smanjuje, model se fokusira na to koliko je odgovor svakog gena dosledan kod različitih jedinki. Geni koji ostaju stabilni ili postaju dosledniji među jedinkama identifikovani su kao ključni akteri koji pomažu telu da održi stabilnost pod stresom, što naučnicima omogućava da proučavaju ove odgovore čak i sa manjim skupovima podataka.

Istraživači su zatim grupisali gene u nekoliko kategorija koje opisuju kako ćelije reaguju na toplotu i izgradili modele interakcije ovih gena u normalnim i stresnim uslovima, otkrivajući kako ćelije održavaju ravnotežu čak i kada su poremećene.

Foto: Tanjug/AP

Rezultati, objavljeni u žurnalu BMC Genomics, pokazali su da sisari reaguju na temperaturne promene koristeći tri glavne grupe gena koje deluju kao jednostavan sistem za organizovanje ćelijske reakcije na toplotu. Neki geni ostaju stabilni i pomažu u kontroli odgovora, drugi se uključuju specifično kada se temperatura promeni, dok treća grupa postaje nestabilnija, odražavajući stres u sistemu. Ovaj pristup je omogućio naučnicima da pojednostave složenu gensku aktivnost i bolje razumeju kako se različite vrste nose sa promenama u okruženju.

Prilikom poređenja ljudi i kamila, istraživači su pronašli jasne razlike. Primetno je da je njihova mera ćelijskog blagostanja pokazala da su kamile rangirane više od ljudi i na umerenim (37 stepeni) i na ekstremnim (41 stepen) temperaturama, naglašavajući njihovu veću toleranciju na toplotni stres.

Ljudske ćelije imaju tendenciju da reaguju na rigidniji i strože kontrolisan način, što ih može učiniti manje prilagodljivim pod toplotnim stresom. Nasuprot tome, ćelije kamila pokazuju fleksibilniji i koordinisaniji odgovor, što im omogućava da ostanu stabilne čak i na višim temperaturama. Sveukupno, nalazi sugerišu da su kamile biološki bolje opremljene za rukovanje toplotom, dok su ljudi ranjiviji na temperaturne ekstreme na ćelijskom nivou.

Svođenjem složene genetske aktivnosti na mali skup značajnih obrazaca, ovaj rad nudi novi način razumevanja toga kako ćelije održavaju ravnotežu i zašto su neke vrste bolje prilagođene da prežive promene u okruženju.

Foto-ilustracija: Tanjug/AP

- Ovo istraživanje nam daje suštinski nov način razmišljanja o otpornosti bioloških sistema – rekla je dr Valeri Forbs, koautorka studije, profesorka bioloških nauka i dekanka Koledža nauka „Čarls E. Šmit“ na FAU, i dodala:

- Fokusiranjem na to kako se varijabilnost ekspresije gena menja pod stresom, možemo identifikovati mehanizme koji pomažu nekim vrstama da održe stabilnost dok druge postaju ranjivije. Ovaj pristup takođe funkcioniše sa ograničenim podacima, što ga čini korisnim za proučavanje odgovora organizama na klimatske promene i druge pritiske iz okruženja, čak i kada su uzorci mali.

Osim adaptacije na temperaturu, ovaj okvir pruža širi način razumevanja složenih sistema. Identifikovanjem osnovnih obrazaca odgovora i interakcije, on se može primeniti na druge biološke i ekološke sisteme, uključujući način na koji se ekosistemi, mikrobne zajednice i druge međusobno povezane mreže prilagođavaju promenljivim uslovima.

(Telegraf Nauka/Science X)