Галапагосские черепахи редко болеют раком благодаря удвоению генов, связанных с реакцией на неправильную свертку белка и проблемы с эндоплазматическим ретикулумом. В результате поврежденные клетки быстро уничтожаются за счет апоптоза и не успевают навредить всему организму. Как отмечается в препринте исследования на сайте bioRxiv.org, все черепахи обладают повышенной устойчивостью к окислительному стрессу, что позволяет им увеличить продолжительность жизни и снизить риск онкологических заболеваний, однако самым крупным и долгоживущим из них пришлось приобрести дополнительные механизмы защиты от рака.
Обновлено: 18 ноября 2021 года статью опубликовали в журнале Genome Biology and Evolution.
Согласно теоретическим расчетам, чем больше в организме животного клеток и чем дольше оно живет, тем выше его риск заболеть раком. Однако в действительности увеличение размеров тела и продолжительности жизни сопровождаются появлением механизмов, подавляющих возникновение и деление злокачественных клеток. Например, слоны редко болеют раком благодаря дополнительным копиям гена TP53, который кодирует белок, останавливающий размножение подозрительных клеток и запускающий в них процесс апоптоза.
Команда исследователей во главе со Скоттом Глаберманом (Scott Glaberman) из Университета Джорджа Мейсона предположила, что аналогичные механизмы должны были появиться и у некоторых черепах, например, галапагосских (видовой комплекс Chelonoidis niger) и гигантских (Aldabrachelys gigantea), которые отличаются очень крупными размерами и могут жить более 150 лет. Проанализировав филогенетическое древо отряда, ученые выяснили, что ускоренное увеличение размеров происходило сразу в нескольких эволюционных ветвях черепах, включая морских (Chelonioidea) и трехкоготных (Trionychidae), а также, независимо друг от друга, у предков галапагосских, гигантских и ныне вымерших маскаренских черепах (Cylindraspis).
Злокачественные опухоли возникают у черепах очень редко, причем частота их появления примерно одинакова у всех представителей отряда. Рассчитав теоретическую вероятность развития рака у различных видов черепах на основе их размеров и продолжительности жизни, Глаберман с коллегами пришли к выводу, что одновременно с тем, как некоторые черепахи становились все более крупными, реальный риск рака у них значительно снижался. Особенно заметное снижение произошло у предков галапагосских черепах.
Поскольку у некоторых других крупных животных, например, уже упоминавшихся слонов, эволюция устойчивости к раку связана с появлением дополнительных копий генов-супрессоров опухолей, исследователи решили поискать в геноме черепах признаки дупликаций генов. В общей сложности им удалось выявить 86 случаев удвоения генов, характерных для всех современных черепах, а также удвоения, специфичные для отдельных групп, включая 245 у бокошейных черепах (Pleurodira), 33 у всех сухопутных черепах (Testudinidae), 259 у вымершей абингдонской слоновой черепахи (Chelonoidis abingdonii) (одного из видов галапагосских черепах), 201 у пустынного западного гофера (Gopherus agassizii), 273 у каролинской коробчатой черепахи (Terrapene carolina), 315 у расписной черепахи (Chrysemys picta) и 270 у дальневосточной черепахи (Pelodiscus sinensis).
Около двенадцати процентов дупликаций генов C. abingdonii оказались связаны с подавлением злокачественных опухолей и старением. Данные гены отвечают за апоптоз, регуляцию клеточного цикла и репарацию ДНК. Эти результаты хорошо соотносятся с предыдущим анализом генома данного вида. Однако в других исследованных линиях лишь от ноля до шести процентов удвоенных генов имеют отношение к онкологическим заболеваниям и возрастным изменениям. Исключение составляют лишь западные пустынные гоферы, у которых 9,4 процента удвоенных генов связаны с устойчивостью к раку и увеличением продолжительности жизни.
На финальном этапе исследования Глаберман и его соавторы провели эксперимент с фибробластами галапагосских черепах, западного пустынного гофера, а также бирманской (Geochelone platynota), попугаеклювой (Homopus areolatus) и каролинской коробчатой черепах. Клетки рептилий обрабатывали несколькими соединениями, вызывающими различные виды стресса: туникамицином, этопозидом и паракватом. Туникамицин стимулировал апоптоз в фибробластах всех видов черепах, участвовавших в эксперименте, за исключением бирманской, однако у галапагосских уровень реакции был вдвое выше, чем у их сородичей. Это говорит о том, что при неправильной свертке белков и повреждениях эндоплазматического ретикулума клетки галапагосских черепах быстрее подвергаются апоптозу. При этом уровень гибели клеток, обработанных паракватом, который вызывает окислительный стресс, оказался примерно одинаковым у всех видов, а на этопозид, вызывающий разрывы ДНК, реагировали лишь клетки гофера.
Авторы отмечают, что усиленная реакция на окислительный стресс считается одной из причин, почему даже мелкие виды черепах отличаются довольно высокой продолжительностью жизни и редко болеют раком. При этом галапагосские черепахи, которые живут еще дольше и достигают более крупных размеров, обзавелись дополнительным механизмом, снижающим риск онкологических заболеваний: усиленной выбраковкой клеток в ответ на неправильную свертку белков и проблемы с эндоплазматическим ретикулумом.
Недавно мы рассказывали о том, как генетики подтвердили повторное открытие галапагосской черепахи с острова Фернандина (Chelonoidis phantasticus), которая считалась вымершей более ста лет назад.
Сергей Коленов
Вклад этих источников составил 25 и 75 процентов соответственно
Ученые определили источники радиоактивного 137Cs в мясе баварских кабанов. Оказалось, что происхождение в среднем 75 его процентов связано с аварией на Чернобыльской АЭС, а 25 процентов — с испытаниями ядерного оружия в середине прошлого века. Причем в некоторых регионах Баварии активность оружейного137Cs в кабанятине так высока, что этого достаточно для превышения европейских норм безопасности. Результаты исследования опубликованы в статье для журнала Environmental Science & Technology. Авария на Чернобыльской АЭС в апреле 1986 года привела к загрязнению обширных территорий Европы радиоактивными изотопами йода, цезия, стронция и других химических элементов. Например, в Баварии, регионе на юго-востоке Германии, активность изотопа цезия 137Cs в поверхностных слоях почвы вскоре после аварии составляла 102-105 беккерелей на квадратный метр. Позднее радиоактивные изотопы проникли из почвы в организмы растений и животных. В частности, активность 137Cs в мясе баварских кабанов (Sus scrofa) в 1986 году превышала норму на один-два порядка. За почти четыре десятилетия, прошедших с момента аварии, изначально высокая концентрация 137Cs в организмах животных из лесов Баварии резко снизилась за счет физического распада и экологических процессов. Однако по неизвестной пока причине в мясе местных кабанов активность этого радионуклида мало изменилась с 1986 года. В некоторых случаях темпы снижения концентрации 137Cs в их телах даже ниже скорости его физического распада. Это явление известно как «парадокс кабана». Согласно наиболее убедительному объяснению, кабаны получают новые порции 137Cs за счет того, что регулярно поедают подземные грибы, в которых, в свою очередь, этот изотоп накапливается в большом количестве. Команда исследователей под руководством Георга Штайнхойзера (Georg Steinhauser) из Венского технического университета решила больше узнать об источниках радиоактивных изотопов в мясе кабанов из Баварии. В 2019-2021 годах исследователи получили 48 образцов свежей кабанятины у баварских охотников из 11 округов этой земли. В основном это были ткани языка. Медианная активность 137Cs в образцах составила 1,7 килобеккереля на килограмм. При этом она заметно колебалась от округа к округу в диапазоне от 0,37 килобеккереля на килограмм до 14 килобеккерелей на килограмм. В 88 процентах образцов активность 137Cs оказалась выше норматива, установленного немецким правительством. Примечательно, что по сравнению с аналогичными пробами, взятыми в 2001 году, концентрация 137Cs в мясе кабанов почти не изменилась. Чернобыльская авария не была единственной причиной появления 137Cs в почвах Баварии и организмах местных животных. До нее этот изотоп также попадал в окружающую среду в результате ядерных испытаний. Чтобы определить вклад обоих источников, Штайнхойзер с соавторами оценили соотношение концентрации 135Cs/137Cs в мясе кабанов из разных округов Баварии — оно составило 0,67-1,97. Затем полученные данные сравнили с результатами анализа биологических образцов из других регионов мира, в том числе из Чернобыля и Фукусимы (где почти весь 137Cs попал в окружающую среду в результате аварий на АЭС) и отдаленные от них регионы, включая США, Канаду и Гренландию (здесь основным или единственным источником 137Cs являются ядерные испытания). Соотношение 135Cs/137Cs в телах кабанов из Баварии оказалось промежуточным между Чернобылем и Фукусимой с одной стороны (в этих местах оно составляло 0,31–0,73) и регионами мира, где крупных аварий на АЭС не было, с другой (1,21–2,84). Это подтверждает, что радиоактивный цезий, поступающий в организмы баварских кабанов, имеет два источника происхождения. Для дальнейших расчетов исследователи взяли за основу соотношение 135Cs/137Cs из серии образцов легочной ткани человека, собранных в Вене в 1960 годах. Поскольку эти образцы были взяты до первых крупных аварий на АЭС, весь 137Cs попал в них в результате испытаний ядерного оружия. Соотношение 135Cs/137Cs в них составило 1,99. Судя по всему, в тех регионах Баварии, где соотношение 135Cs/137Cs в кабанятине выше, чем в венских образцах, основным источником 137Cs являются испытания ядерного оружия, а в тех, где ниже — авария на Чернобыльской АЭС. Основываясь на этой идее, авторы предложили следующую модель распространения 137Cs в экосистемах Баварии (и всей Центральной Европы). Вероятно, радиоактивный цезий, который попал в атмосферу в результате ядерных испытаний, к концу века достиг поверхности земли и был включен в пищевые цепи всего региона. Соотношение 135Cs/137Cs в нем высокое. В то же время чернобыльский радиоактивный цезий, с низким соотношением 135Cs/137Cs, в основном осел в горах и предгорьях. На финальном этапе работы Штайнхойзер и его коллеги провели моделирование и пришли к выводу, что средний вклад чернобыльского 137Cs в мясе баварских кабанов составляет 75 процентов, а оружейного — 25 процентов. Наименьшая доля 137Cs чернобыльского происхождения была выявлена в кабанятине с севера Баварии, однако даже в Центральной и Южной Баварии есть регионы, где доля оружейного 137Cs в мясе кабанов составляет 40-50 процентов. При этом в 25 процентах образцов активность 137Cs, происходящего от испытаний ядерного оружия, настолько велика, что его одного достаточно, чтобы превысить европейские нормы безопасности. Результаты исследования демонстрируют, что радионуклиды, попавшие в окружающую среду в результате ядерных испытаний середины прошлого века, до сих пор присутствуют в экосистемах. Причем, как в случае баварских кабанов, их активность порой достаточно велика, чтобы угрожать здоровью людей. Ранее зоологи выяснили, что панцири черепах хранят информацию о ядерных испытаниях и работах с ядерным топливом. У тех черепах, что жили рядом с местами испытания ядерного оружия, соотношение 235U/238U в роговых щитках повышено, а у тех, что обитали недалеко от заводов по производству ядерного топлива, наоборот, понижено. При этом соотношение 236U/238U повышено в обоих случаях.