La classe non è acqua, ma vetro!

Orsetti d’acqua o maialini del muschio

Si tratta di minuscoli organismi, descritti per la prima volta dallo zoologo tedesco Johann August Ephraim Goeze, e chiamati per il loro aspetto “ORSETTI  D’ACQUA”, e solo più tardi, nel 1777, il biologo italiano Lazzaro Spallanzani coniò il termine tardigradi, per i loro lenti movimenti.

I tardigradi possono avere fino a 40.000 cellule, sebbene siano di dimensioni simili agli organismi a cellula singola, come i batteri. Ad oggi conosciamo oltre 900 specie, la più grande delle quali è Echiniscoides sigismundi, che vive nelle acque marine eurasiatiche, e raggiunge le dimensioni di 1,5 millimetri.

Questi orsetti d’acqua, o se volete, maialini del muschio, si trovano negli ambienti più disparati: tra il muschio umido, sotto il ghiaccio antartico, nelle foreste pluviali tropicali, nei fondali marini e sulle cime delle montagne, fino alle sorgenti termali e persino all’interno dei vulcani. Si nutrono di cellule della flora e della fauna, di batteri e talvolta anche di altri tardigradi. Il corpo è organizzato in quattro metameri ciascuno portante una coppia di zampe, per un totale di otto zampette, dotate di robuste unghie. Possiedono un rivestimento trasparente e colorato – che varia dal rosa, al giallo o grigio, o addirittura viola – composto da uno strato di proteine permeabili e rigonfiabili.

Duri a morire!

Queste creature, che sembrano dei pucciosi giocattoli di peluche, sono super e ultra resistenti, o resilienti?

1. Sopportano temperature superiori a +150°C e persino fino a -200°C.
2. Possono sopravvivere anche al congelamento: una coppia di tardigradi è stata congelata nel novembre del 1983 e scongelata, dopo 32 anni, dagli scienziati giapponesi, nel dicembre 2015.
3. Possono sopportare pressioni (6000 atmosfere) sei volte superiori a quelle che troviamo nelle zone più profonde dell’oceano.
4. Resistono senza problemi alla mancanza di ossigeno e di acqua (fino a 100 anni) e alla bassa pressione del vuoto.
5. Sopravvivono anche se li metti a bollire nell’alcool.
6. Possono resistere a radiazioni con valori medi di 5000 Gy (raggi gamma) e 6200 Gy (ioni pesanti),  sicuramente fatali per un essere umano.
7. Resistenti agli UV-A e UV-B….a loro non serve la crema solare!

La morte apparente

In condizioni di estrema siccità, i tardigradi vanno incontro al fenomeno detto “CRIPTOBIOSI”: si accartocciano per ridurre la superficie corporea, assumendo la forma di un BARILE (ritirano le zampette) e le loro attività metaboliche si arrestano temporaneamente. È come se fossero in uno stato di morte apparente, in condizioni di completa essiccazione. 

Il trick del vetro!

Alcuni organismi tollerano l’essiccazione grazie ad uno zucchero chiamato trealosio e, per anni, i ricercatori hanno ipotizzato che anche i tardigradi usassero il trealosio, ma molte specie di orsetti d’acqua mancano di questo composto, quindi è stata avviata la ricerca di altri composti. Si è scoperto che per realizzare questo straordinario trucchetto, questi animaletti utilizzano proteine uniche dei tardigradi, dette proteine ​​intrinsecamente disordinate tardigradi-specifiche, o semplicemente TDP, che diventano abbondanti durante il processo di essiccazione e sono necessarie per la sopravvivenza [1].

Cosa sono le proteine ​​intrinsecamente disordinate? A differenza delle tipiche proteine ​​globulari, queste NON hanno una struttura tridimensionale ben definita, e le troviamo essenzialmente spaparanzate nella cellula, come degli “haribo” di gelatina.

Nel corso dell’essiccazione, queste proteine ​​si trasformano in una sostanza simile al VETRO, intrappolando le altre molecole biologiche, sensibili all’essicazione, e lasciandole nella loro posizione originaria, impedendo loro di frammentarsi, aggregare o muoversi: insomma uno snapshot di questo “letargo metabolico”.  La vitrificazione impedisce anche la formazione di ghiaccio, altrimenti dannosa, all’interno delle cellule (accadrebbe la stessa cosa, come con una bottiglia di champagne nel freezer!).

Anche introducendo i geni delle TDP (il loro DNA) in lieviti e batteri, si è scoperto che queste proteine ​​erano in grado di aumentare la tolleranza all’essiccamento in entrambi gli organismi. Convincente, no?

Radiazioni? Mi faccio coccolare il DNA!

Come si diceva più su, questi maialetti possono anche sopportare quantità di radiazioni che sarebbero letali per la maggior parte delle altre vite del pianeta – e ora sappiamo come lo fanno.

Grazie ad una bizzarra proteina protettiva, unica dei tardigradi, chiamata Damage suppressor, o Dsup, e scoperta nel tardigrade Ramazzottius varieornatus, che pare sembri coccolare fisicamente il DNA proteggendolo dai danni, ma senza interromperne le funzioni. Sembrerebbe essere anche utile ad eliminare agenti dannosi per il DNA, chiamati specie reattive dell’ossigeno [2,3]. Dsup si lega densamente al DNA, come una bella sciarpa calda e morbida, proteggendolo dallo stress ambientale, e rendendo in qualche modo il DNA inaccessibile a qualsiasi agente dannoso. Ma che figata!

Piccoli astronauti…alla conquista della luna!?

Nel 2007, due specie di tradigradi, il Richtersius coronifer e il Milnesium tardigradum  sono stati messi in orbita sul veicolo spaziale FOTON-M3 dell’ESA e stati messi alla prova per 10 giorni, rimanendo esposti alle radiazioni e alla bassa pressione dello spazio. L’esposizione ai livelli di radiazione avrebbe incenerito tranquillamente un essere umano, mentre 3 esemplari ce l’hanno fatta e, tornati sulla terra, hanno continuato a riprodursi e deporre le uova.

L’11 aprile 2019 i tardigradi hanno fatto notizia perché l’azienda spaziale israeliana, aveva caricato questi pupazzetti sul satellite, il lander Beresheet, che si è schiantato sul suolo lunare, frantumandosi in pezzi. Non conosciamo il destino di questi minuscoli astronauti, spediti come palline rinsecchite, ma chi li ha messi a bordo del Beresheet scommette che siano sopravvissuti all’impatto!

Questi maialini ci salveranno il culo?

Tutti questi risultati alla fine potrebbero essere utili per sviluppare cellule animali che possono vivere più a lungo in condizioni ambientali estreme. In biotecnologia, questa conoscenza potrebbe essere utilizzata per aumentare la durata e la longevità delle cellule. Potrebbe aprire la strada all’ingegnerizzazione di raccolti resistenti all’essiccazione, e allo sviluppo di tecnologie per la conservazione a secco di prodotti farmaceutici, cellule e tessuti.  In particolare, nel campo della ricerca sul cancro, potremmo imparare dagli studi sui meccanismi molecolari, che si sono evoluti nei tardigradi, per mantenere l’integrità del nostro genoma [4].

Non conosciamo ancora l’intera gamma di ambienti in cui possono vivere e c’è ancora molto da scoprire su questi piccoli organismi.

Solo nel 2016 è stato filmato il loro accoppiamento per la prima volta. Non vi eccitate troppo!

Alcune specie sono persino capaci di riproduzione asessuata: la femmina depone le uova che si sviluppano senza essere fecondate, un altro segno della loro prolifica adattabilità.

E se sei una persona estremamente tollerante, non offenderti se qualcuno ti dà del tardigrado!

Referenze:

1. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5987194/pdf/nihms969364.pdf
2. https://www.nature.com/articles/ncomms12808
3. https://elifesciences.org/articles/47682
4. doi:10.3390/cancers11091333

Mirella Vivoli Vega

Biochimica, giocoliera di macromolecole e vivo nel meraviglioso mondo di Proteinlandia. Ho un dottorato in Scienze Biochimiche (Università  Sapienza di Roma). Lavoro in UK, dove cerco di svelare l’intricato mondo di batteri cattivissimi.

Sogno ricorrente: vestita da astronauta, con taniche piene di cristalli, e in viaggio verso la ISS, dove una volta arrivata faccio esperimenti di cristallografia delle proteine!

Faccio divulgazione perché ho bisogno di raccontare la Bellezza, quella a livello atomico, che non tutti hanno la fortuna di poter ammirare direttamente.