Dalam foto: Dissostichus mawsoni - salah satu perwakilan notothenia terbesar, dapat memiliki berat hingga 90 kilogram (foto oleh Chris Cheng dan Paul Cziko).
Bagaimana ikan Antartika tidak hanya bertahan hidup, tetapi juga hidup damai pada suhu yang mendekati titik beku air? Ilmuwan yang penasaran telah mencari jawaban untuk pertanyaan rumit ini selama bertahun-tahun - "tidak beku" seperti itu akan berguna bagi umat manusia. Sekarang peneliti Amerika memutuskan untuk melihat akarnya, yaitu untuk mempelajari fungsi dan gen antibeku biologis. Dan pekerjaan baru itu menghasilkan penemuan yang berharga
Ilmuwan dari University of Illinois melakukan pemeriksaan genom ikan gigi Antartika (Dissostichus mawsoni) untuk mengetahui apa yang menentukan daya tahannya yang fantastis.
Ikan dari subordo Notothenioidei menghuni perairan es di Samudra Selatan dan menyumbang hampir 90% dari biomassa ikan di wilayah ini. Karena alasan inilah ahli genetika memilih mereka sebagai subjek uji. Suhu perairan setempat sedemikian rupa sehingga seluruh tubuh penghuni bawah air seharusnya berubah menjadi es. Namun, ini tidak terjadi. Mengapa?
Sebuah studi yang cermat tentang kemampuan yang tidak biasa dari Nototenians pada dasarnya dimulai pada lima puluhan abad yang lalu. Pada 1960-an, Profesor Arthur DeVries dari University of Illinois pertama kali mengisolasi dan mendeskripsikan "protein antibeku" yang mengikat kristal es dalam darah ikan, mencegahnya dari pembekuan. Organisme penghuni laut dalam memproduksinya dengan sendirinya.
Ada delapan keluarga di subordo Notothenioidei, lima di antaranya tinggal di Antartika, hidup tenang pada suhu rendah (-2–4 ° C) dan kandungan oksigen tinggi (yang larut lebih baik dalam air dingin dan berubah menjadi bentuk yang sangat reaktif yang berbahaya bagi jaringan tubuh).
Sekelompok ahli genetika yang dipimpin oleh istri Devris, Chi-Hing "Christina" Cheng, berangkat untuk mencari tahu dasar genetik untuk daya tahan ekstrem.
“Pekerjaan ini adalah studi skala penuh pertama dari semua fungsi biologis ikan yang hidup di air yang sangat dingin sejak lahir sampai mati,” kata Cheng.
Pertama-tama, para ilmuwan mengambil kendali dekat dari perwakilan karakteristik nontotenium - Dissostichus mawsoni. Christina dan rekan-rekannya ingin mencari tahu gen mana yang paling sering diekspresikan pada ikan gigi Arktik. Untuk melakukan ini, mereka mengambil empat sampel jaringan: dari otak, ovarium, hati dan ginjal (organ hematopoietik utama ikan).
Video promosi:
Perhatikan, dua tahun lalu, para ilmuwan menemukan bahwa hati hampir tidak menghasilkan protein yang diperlukan untuk adaptasi. Perut dan pankreas eksokrin bekerja lebih banyak untuk kebaikan ikan.
Pada awalnya, ahli genetika memutuskan bahwa ikan Antartika akan memiliki ekspresi yang sangat efisien dari semua gen yang memungkinkan mereka bertahan hidup pada suhu rendah dan tingkat oksigen yang tinggi. Meskipun pilihan juga dipertimbangkan ketika jaringan tertentu menghasilkan protein tertentu dalam jumlah besar.
“Kami menemukan bahwa dalam sebagian besar kasus, sekelompok gen tertentu sedang bekerja,” kata Cheng. "Setiap jaringan mengekspresikan semua gen yang mungkin, tapi sekelompok kecil gen sitoprotektif diekspresikan dalam jumlah besar di semua jaringan."
Selanjutnya, para ilmuwan membandingkan ekspresi gen D. mawsoni dan ikan yang tidak terkait dengannya, yang hidup di perairan hangat Samudra Dunia, dan menemukan bahwa sebagian besar gen yang dibutuhkan oleh ikan Antartika hampir tidak muncul di spesies lain.
Di antara sekuens yang bertanggung jawab untuk produksi protein tertentu dalam jumlah besar (gen yang diregulasi), banyak gen telah ditemukan yang menyandikan protein yang bertanggung jawab atas respons tubuh terhadap pengaruh lingkungan yang negatif. Para ilmuwan telah menghitung sebanyak 177 keluarga.
Secara khusus, banyak pendamping (protein yang fungsi utamanya adalah memulihkan struktur tersier yang benar dari protein yang rusak) telah ditemukan, dan terutama "protein kejutan panas" yang melindungi sel dari suhu ekstrim. Juga hadir ubiquitins, protein yang mendukung kesehatan sel dan menandai protein lain sebelum degradasi.
Selain itu, dalam genom ikan gigi Antartika, protein ini ditemukan 3 hingga 300 kali lebih sering daripada di "rekan" air hangatnya, yang juga meningkatkan ketahanan organisme ikan terhadap kondisi ekstrem.
Saat ini, para ilmuwan sedang mempelajari efek perubahan iklim (peningkatan suhu air) pada spesies ikan Antartika. Mereka harus mencari tahu apakah D. mawsoni dapat beradaptasi dengan kondisi baru. Lagi pula, jika ikan gigi Antartika punah, semua rantai makanan di Samudra Selatan akan menderita.
Baca lebih lanjut tentang studi ini dalam siaran pers universitas, dalam artikel oleh penulis penemuan, yang diterbitkan di PNAS. University of Illinois juga telah menyiapkan pertunjukan slide ini untuk tujuan informasional.
Tentu saja terlalu dini untuk membicarakan aplikasi praktis dari data yang diperoleh untuk kepentingan manusia. Penelitian ini lebih fundamental daripada terapan. Namun, apakah ilmuwan setelah bertahun-tahun, dengan bantuan penemuan baru, akan dapat menciptakan semacam antibeku khusus untuk mekanisme dan produk, atau (jika Anda benar-benar memimpikannya) untuk meningkatkan kemampuan bertahan hidup pada suhu rendah seseorang - tidak ada yang tahu.
