Po co badać niesporczaki? Polscy naukowcy robią ważne na skalę światową badania na niesporczakach

O tym, czym są niesporczaki, słyszał prawie każdy. To bardzo popularne bezkręgowce, wdzięczne zwłaszcza do click-baitowych nagłówków w mainstreamowych mediach. Na tym jednak ich rola się nie kończy (ani nawet nie zaczyna). Bezkręgowce te są naprawdę ciekawymi stworzeniami, o których warto się czegoś dowiedzieć. Na Uniwersytecie im. Adama Mickiewicza w Poznaniu (UAM) zespół naukowy dr. hab. Łukasza Kaczmarka i prof. Hanny Kmity prowadzi badania dotyczące niesporczaków, którym poświęcę dzisiejszy artykuł.

Niesporczaki to typ bezkręgowców, do którego zalicza się wiele gatunków, mogących bytować w rozmaitych warunkach, w tym ekstremalnych. Zwierzęta te znane są właśnie ze swojej niezwykłej odporności na różnego rodzaju zewnętrzne czynniki środowiskowe. Potrafią znosić wysokie stężenia soli, wysokie i bardzo niskie temperatury czy spore dawki promieniowania jonizującego i UV – choć oczywiście wszystkie te zdolności mają swoje gatunkowe specyfikacje, czyli zależą też od gatunku. Niesporczaki potrafią również przeżyć wiele lat, pomimo swoich drobnych rozmiarów (największe niesporczaki sięgają troszkę powyżej 1 milimetra, zwykle jednak mierzą poniżej tej granicy). Ciężko jest więc dostrzec je gołym, nieuzbrojonym okiem, a niejednokrotnie jest to po prostu niemożliwe.

Na Wydziale Biologii Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu prowadzone są rozległe, interdyscyplinarne i bardzo ciekawe badania nad niesporczakami. Jednym z ich wspólnych mianowników jest astrobiologia, czyli testowanie funkcji życiowych w niekorzystnych i skrajnie nieprzyjaznych warunkach. Ponadto, naukowcy badają jakie strefy klimatyczne zasiedlane są przez określone gatunki niesporczaków w kontekście czynników ekologicznych (na przykład wysokości nad poziomem morza, rodzaju zajmowanego siedliska czy jego wilgotności). Dotychczas badania te zaowocowały m.in. odkryciem ponad 80 nowych gatunków niesporczaków! Naukowcy weryfikują też – w odniesieniu do niesporczaków – zasadę Bergmanna, zgodnie z którą temperatura zajmowanego przez gatunek obszaru ma wpływ na rozmiary ich ciała (im zimniej, tym zwierzęta są większe). W tym celu poznańscy badacze swoje eksperymenty prowadzą właściwie na całym świecie – od krajów europejskich (w Polsce, Rumunii, Bułgarii czy Norwegii), przez Argentynę, Chile, Peru, Ekwador, Kostarykę, Meksyk, USA, aż po Nepal, Mongolię i Chiny.

To jednak nie koniec. Biolodzy z Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu w odniesieniu do astrobiologii badają też to, jak na niesporczaki działa brak ochronnego pola magnetycznego Ziemi (których niezwykłą odporność testują także w tym zakresie) oraz niedobór lub brak dostępu do wody, i w efekcie anhydrobioza. Badacze sprawdzają w tym drugim celu aktywność białek mitochondrialnych oraz to, co dzieje się z mitochondriami przy narażeniu na niedobór wody i jak długo poszczególne gatunki niesporczaków mogą ten brak wytrzymać, a także czy się w tym czasie starzeją (hipoteza Śpiącej Królewny). We współpracy z Uniwersytetem Gdańskim prowadzone są badania mikrobiomu niesporczaków, które dotyczą identyfikacji oraz przeżycia symbiotycznych bakterii w bardzo niekorzystnych warunkach. Do oznaczenia mikroorganizmów naukowcy z UAM (we współpracy z naukowcami z Uniwersytetem Gdańskim) wykorzystują sekwencjonowanie nowej generacji (NGS – new generation sequencing).

O techniki badań wykorzystywane przez biologów UAM zapytałem prof. Hannę Kmitę z zespołu niesporczakowego. „Wykorzystujemy techniki takie jak przyżyciowe znakowanie sondą fluorescencyjną elementów komórkowych, mikroskopia świetlna, fluorescencyjna i konfokalna, pomiary oksygraficzne w obecności i przy braku roztworu wodnego, badania metabolomiczne, tj. niecelowane profilowanie metaboliczne, oparte na wykorzystaniu chromatografii gazowej sprzężonej ze spektrometrią mas, reakcja łańcuchowa polimerazy-PCR, elektroforeza białek i kwasów nukleinowych, immunodetekcja białek, detekcja białek metodą chromatografii cieczowej sprzężonej z tandemową spektrometrią mas, narzędzia bioinformatyczne” – wymieniła prof. Kmita.

Dodam, że jest to jedynie część technik, z której korzystają naukowcy, obejmująca badania dotyczące mitochondriów. Unaocznia to jak zróżnicowanymi i zaawansowanymi technikami badań i analiz badacze UAM operują (czasem we współpracy z innymi uczelniami, np. z Politechniką Poznańską czy Instytutem Bioinformatyki na Uniwersytecie w Münster w Niemczech).

Dlaczego i w jakim celu bada się niesporczaki? Oprócz zdobycia wiedzy samej w sobie na ich temat, badania mogą przynieść także konkretne korzyści uzupełniające naszą podstawową wiedzę o życiu oraz potencjalnie mogące mieć charakter aplikacyjny. Dr hab. Łukasz Kaczmarek z niesporczakowego zespołu UAM twierdzi, że badania nad niesporczakami są istotne z kilku względów.

„Po pierwsze są ważne z punktu widzenia badań podstawowych, czyli w dobie bardzo szybkiego wymierania gatunków, poznania wszystkich gatunków niesporczaków zasiedlających naszą planetę zanim wyginą. Kolejno, musimy zrozumieć sposób życia tych organizmów oraz ich wpływu na ekosystemy które zamieszkują, a do dziś wiemy o tym bardzo niewiele. Po trzecie, musimy poznać i zrozumieć w jaki sposób niesporczaki są w stanie przetrwać w skrajnie niekorzystnych warunkach, takich jak brak wody, skrajnie niskie temperatury, wysokie dawki szkodliwych substancji czy nawet brak tlenu. Dzięki temu niesporczaki oraz mechanizmy które umożliwiają im przeżycie w takich warunkach mogą potencjalnie znaleźć zastosowanie w medycynie, biotechnologii czy przemyśle: ochrona przed promieniowaniem, konserwacja produktów spożywczych czy organów do przeszczepu, opóźnianie procesów starzenia się itp. Ponadto niesporczaki są szeroko wykorzystywane w badaniach kosmicznych jako organizmy wybitnie odporne na skrajne warunki panujące w przestrzeni kosmicznej. Wszystko to sprawia, że jest to grupa bardzo ciekawa pod wieloma względami, a najciekawsze odkrycia są wciąż przed nami”.

Poznański zespół badaczy (oraz osoby blisko współpracujące z innych ośrodków) zajmujących się niesporczakami składa się przede wszystkim z pracowników naukowych: Łukasza Kaczmarka, Hanny Kmity, Małgorzaty Wojtkowskiej, Darii Grobys, Andonisa Karachitosa, Wiktorii Szydło, Moniki Mioduchowskiej (Uniwersytet Gdański), Izabeli Poprawy (Uniwersytet Śląski); doktorantów: Mileny Roszkowskiej, Amita Kumara Nagwaniego, Pushplaty Kayastha, Weroniki Erdmann; i studentów: Tomasza Bartylaka, Adama Kulpy, Konrada Drygalskiego. Obco brzmiące nazwiska słusznie sugerują, że ta drużyna naukowców jest międzynarodowa, a więc i anglojęzyczna, co jest jej kolejnym atutem, który wraz z m.in. zaawansowanymi technikami badawczymi, interdyscyplinarnością oraz rozległością i innowacyjnością badań, świadczy o wysokim poziomie.

Z pewnością znajdą się tacy, którzy zapytają, po co badać jakieś tam niesporczaki, jakieś drobne, nudne bezkręgowce, których nie można nawet zobaczyć gołym okiem? Po co to komu? Nie doprowadzi to do wynalezienia leku na raka trzustki, wyhodowania odmiany ryżu, która pomoże w walce z głodem na świecie, ani nie wyprowadzi nas na Marsa. Rzecz w tym, że nie bezpośrednio. Jednak badania podstawowe dają podwaliny bardziej złożonych zastosowań aplikacyjnych. Dzięki badaniom taksonomicznym i odkrywaniu nowych gatunków niesporczaków oraz ich niezwykłej odporności może uda się odkryć białka o działaniu terapeutycznym w określonych chorobach.

Idźmy dalej – jeżeli udałoby się dokładnie zbadać mechanizm chroniący niesporczaki przed promieniowaniem jonizującym czy UV, może przełożyłoby się to po dalszych testach na produkcję skuteczniejszych preparatów przeciwsłonecznych albo ochrony na czas wykonywania diagnostyki obrazowej, jak np. tomografia komputerowa (wstępne badania z niesporczakowymi białkami pokazały, że mogą one chronić komórki przed promieniami Roentgena). To tylko pojedyncze, potencjalne korzyści z dziesiątek kolejnych, jakie nasuwają się na myśl i które sprawiają, że badania poznańskich biologów nad niesporczakami są nie tylko ciekawe i fascynujące, ale zwyczajnie bardzo wartościowe i przydatne.