Речь идет об обитающем в Нигерии комаре-звонце Polypedilum vanderplanki  - одном из самых сложно устроенных представителей животного мира, способных выживать при отсутствии воды в его организме.

Комар-звонец
Комар-звонец
Фото: Wikipedia

Изучение этого насекомого может дать нам возможность безводного хранения восстанавливаемой еды, биоматериалов, биообъектов, семян растений - всего того, что космонавты могут использовать во время полета, в том числе, в экспериментальных целях. И, самое главное, без невероятного количества электроэнергетических затрат, что в условиях космического полета – бесценно.

 

Помимо способности к ангидробиозу (жизни без воды), в лаборатории «Экстремальная биология» Казанского федерального университета изучают и млекопитающих, способных к погружению в глубокий сон - спячку. Фантасты киноиндустрии давно освоили тему «консервации» экипажа в длительных рейсах к другим звёздам или внешним планетам Солнечной системы. Теперь и наши биологи понемногу «готовят почву» для претворения таких фантазий в реальность.

В лаборатории КФУ
В лаборатории Экстремальная биология КФУ
Фото: Казанский федеральный университет

Подробнее об этом и других не менее важных аспектах исследований, которые проводятся в стенах КФУ, нам рассказали руководитель лаборатории «Экстремальная биология» Института фундаментальной медицины и биологии КФУ Олег Гусев и научный сотрудник лаборатории Александр Несмелов.

 

Наша встреча прошла в научно-образовательном центре фармацевтики КФУ. Именно там расположены хранилища насекомых, а также все необходимое оборудование для исследований – это, прежде всего, высокоразрешающий электронный микроскоп Центра коллективного пользования, на котором проводятся клеточные морфологические исследования, то есть получается изображение клеток на разных этапах высушивания и возрождения к жизни, анализируются процессы, которые происходят внутри них. Используется в работе и полногеномный секвенатор нового поколения HiSeq 2500, - активно использующийся в бимомедицинских исследованиях - и позволяющий узнать о том, как работаютвсе гены одновременно.  За один запуск такой прибор может прочитать 6-8 геномов человека, либо дать знания о работе генов более чем сотни образцов. 

 

Сам комар-звонец Polypedilum vanderplanki хранится в специальной камере, не требующей энергозатрат.

Камера для Хранения
Не требующая затрат электроэнергии камера для хранения Polypedilum vanderplanki
Фото: Казанский федеральный университет

Сегодня клеточные банки требуют значительных энергетических затрат. А в случае Polypedilum vanderplanki мы имеем явный пример того, как ткани и клетки могут храниться без них, - рассказывает Олег Гусев. - Отдельное внимание заслуживает аспект исследования, связанный с космическим пространством. Все еще принимаемая во внимание теория панспермии говорит о том, что животные организмы могут покорять космическое пространство. И ряд экспериментов, проведенных нами на космической станции совместно с японскими коллегами, говорит о том, что это существо, являясь земным обитателем, способно покорять межпланетные пространства и выживать в открытом космосе. Один из недавних экспериментов, обработка которого идет сейчас, продемонстрировал, что, в принципе, в космическом пространстве, в условиях орбитальной станции животные возвращаются к жизни, а их генетический аппарат не нарушается.

 

 

Буквально в марте 2016 ученые завершили эксперимент Expose_R2, проведенный совместно Роскосмосом и Европейским космическим агентством. В рамках него личинки комара, наряду с более сотней биообъектов и химических соединений провели около двух с половиной лет в открытом космосе. Что интересно, часть из них подвергалась воздействию космического ультрафиолета.

 

Два с половиной года, чтобы вы представляли, достаточно для того, чтобы слетать до Марса и обратно, это такой стандартный межпланетный перелет, - отмечает О.Гусев. - Уже из предыдущих экспериментов мы знаем, что при условии защиты от космического ультрафиолетового излучения большинство из комаров возвращаются к жизни. В этом эксперименте нас интересует, помимо воздействия ультрафиолета, судьба бактерий, живущих у насекомых внутри. Нам интересно узнать, насколько перспективна идея “хостспермии”– возможности переноса жизни на другие планеты через существа, живущие внутри организма. В том случае, если даже организм погибнет, внутренние обитатели вполне могут быть защищены от воздействия космического пространства. В этом идея самого последнего эксперимента, данные результатов по которому еще на орбите.

 

 

Надо сказать, что в отличие от криобионики, когда людям предлагают заморозить свой организм с фантастической надеждой на то, что когда-нибудь в будущем он оживет, в работе лаборатории «Эктремальная биология» речь идет о сохранении органов и клеток. «Ахиллесовой пятой» множества биобанков являются энергозатраты. И вот именно здесь знания, которые получают от ангидробиотических организмов, могут пригодиться.

 

По словам ученых, работа клеточного аппарата у насекомых и  других эукариотов не так далеко ушла от человека. Понимание того, как отдельные клетки и органы этого существа способны выдерживать полное обезвоживание – тот самый мостик к биотехнологии, которая вполне может быть использован.

Личинка экспериментального комара
Личинка Polypedilum vanderplanki в процессе оживления
Фото: Казанский федеральный университет

Личинка комара - полностью сформированной животное, у которого есть нервная система, мышцы, мозг с функционирующими нейронам. Все это во время высушивания схлопывается, а потом за минуты возвращается в прежнее состояние, живет, - отмечает О. Гусев. - Отдельный интерес представляет перенос этих знаний на модельные клетки. Нами реализуется проект, в рамках которого мы пытаемся научить этой способности модельные клетки насекомых, неспособные к такой устойчивости изначально. А это уже огромный шаг в сторону биотехнологий, т.к. модельные клетки насекомых используются практически в каждой лаборатории мирового уровня, работающей с клеточными культурами. И сейчас мы уже можем пойти дальше – провести эксперименты по работе с клеточной культурой млекопитающих.

 

Наиболее интересно применение исследований в хранении материалов, которые понадобятся космонавту – восстанавливаемая еда, биообъекты, семена растений, образцы животных - то, что космонавты могут использовать в экспериментальных целях, как биосенсоры. Работают ученые и над другой проблемой космической биологии.  В фильмах сейчас довольно часто показывают капсулы для программируемого сна. И здесь большой интерес представляет изучение млекопитающих, способных к такому глубокому сну. Для исследования генетики спячки в лаборатории КФУ создано целое направление.

 

Помимо обеспечения межпланетных перелетов человека, исследования могут быть использованы для синтезав клетках насекомого полезных для человека соединений, - полимеразы, антител. И в этом случае хранение клеток, в которых уже насинтезированы и могут дальше синтезироваться полезные соединения, имеет  функцию биобанка.

Личинки
Личинки комара-звонца Polypedilum vanderplanki
Фото: Казанский федеральный университет

В рамках проекта ФЦП учеными КФУ ведется разработка технологии, которую можно было бы использовать для того, чтобы хранить биоматериалы в сухом виде. Как известно, сегодня они хранятся с использованием консервантов, либо в замороженном состоянии в жидком азоте.

 

У этих методов есть свои недостатки, поэтому мы пытаемся перенять способность к высушиванию, используемую уже миллиарды лет растениями, - рассказывает ученый. - Вы знаете, что семена могут лежать годами, а стоит полить их водой, они оживут. Если бы мы научились использовать это для того, чтобы хранить яйцеклетки, клетки-продуценты каких-то материалов, которые нам нужны, было бы здорово.

 

Основная модель исследователей – тот самый знаменитый комар из Африки, который научился делать это сам, возвращаясь к жизни после засухи. В настоящее время в лаборатории хранятся культуры клеток комара Polypedilum vanderplanki и культура клеток Sf-9, выделенная из бабочки, похожей на моль. Она широко используется в биотехнологиях, в частности, для производства вакцин. Ученые пытаются «научить» ее клетки высыхать, переносить высушивание с помощью белков, которые выделяются из комара.

 

Олег Гусев
Руководитель лаборатории Экстремальная биология КФУ Олег Гусев>
Фото: Казанский федеральный университет

Используя знания, полученные с помощью Polypedilum vanderplanki, мы с большей вероятностью сможем научиться сушить биоматериалы. Довольно давно научились сушить сперматозоиды. Работа была проведена в Японии. То есть банки, в которых сейчас хранятся яйцеклетки в жидком азоте, можно теоретические перевести в режим хранения в сушеном состоянии и, соответственно, это может нести за собой все, что угодно -  и применение материалов в медицине, и в сельском хозяйстве, и в других отраслях, - резюмирует О.Гусев.