Los tardígrados, también llamados osos de agua, han atraído la atención de investigadores en biología y biotecnología por su notable capacidad para sobrevivir en condiciones ambientales extremas.

Estos pequeños invertebrados acuáticos, con longitudes entre 0,1 y 1 milímetro, soportan una notable gama de extremos físicos y químicos, incluida la exposición al frío glacial, el calor abrasador y altas presiones, así como el vacío y la letal radiación del espacio, por lo que son candidatos invaluables para estudiar la adaptación de la vida a condiciones inhóspitas.

Proteína supresora de daños

Aunque por mucho tiempo las excepcionales propiedades de los tardígrados han despertado un elevado interés en los científicos, aún no se conocen bien los mecanismos moleculares que permiten su formidable resistencia.

En un reciente estudio, el primero en su clase, científicos de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) investigaron a nivel atómico la forma en que estos peculiares animales pueden sobrevivir al estrés extremo.

El modelado mostró que la proteína Dsup es intrínsecamente desordenada, muy flexible y parece ser capaz de ajustar su estructura para adaptarse con precisión a la forma del ADN.

En la mayoría de los demás organismos, este tipo de estrés destruye el ADN de las células, pero los tardígrados cuentan una proteína supresora de daños (Dsup) que de alguna manera protege el ADN. En el estudio, los investigadores realizaron una simulación de la interacción entre la proteína Dsup y el ADN que proporcionó pistas de interés potencial para dilucidar el mecanismo de esta protección.

A tal fin, los investigadores realizaron modelos moleculares y análisis de potencial electrostático en la proteína Dsup. Posteriormente, el equipo utilizó simulaciones de campo eléctrico y dinámica molecular para procesar los datos obtenidos.

Experimento computacional

Finalmente, los investigadores modelaron un sistema de dos moléculas Dsup y ADN, que comprendió más de 750.000 átomos, el cual requirió varios días de procesamiento en una supercomputadora. Como explicó la investigadora Marina Mínguez-Toral, académica en el Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas de la UPM y coautora del estudio:

“Las ecuaciones de movimiento deben resolverse para cada uno de estos átomos 50 millones de veces para obtener una simulación que dure 100 nanosegundos”.

Estos estudios permitieron la creación de simulaciones que revelaron el plegamiento de la proteína Dsup a nivel molecular, su respuesta al campo de atracción eléctrica y cómo envuelve el ADN en consecuencia.

Los tardígrados son capaces de soportar una notable gama de extremos físicos y químicos incluida la exposición al frío glacial, el calor abrasador, altas presiones, y el vacío y la letal radiación del espacio.

El modelado de todos los átomos de la proteína y todas sus interacciones electrostáticas mostró que la proteína es “intrínsecamente desordenada” y particularmente flexible, y parece ser capaz de ajustar su estructura para adaptarse con precisión a la forma del ADN.

Los investigadores sugirieron que la atracción electrostática entre la proteína Dsup cargada positivamente y el ADN cargado negativamente desencadenaría la relación Dsup-ADN, determinando la dinámica de los cambios estructurales de Dsup en su interacción con el ADN, por lo que este “blindaje eléctrico” es fundamental para proteger el ADN celular de los tardígrados.

Averiguar con precisión cómo los tardígrados toleran tales extremos podría ser útil de varias maneras. En este momento, las principales aplicaciones se enfocan en la estabilización de productos farmacéuticos y la ingeniería de plantas de cultivo tolerantes al estrés. Otras posibilidades incluyen el tratamiento del cáncer y aplicaciones futuristas como la hibernación humana y los viajes espaciales.

Referencia: A computational structural study on the DNA-protecting role of the tardigrade-unique Dsup protein. Scientific Reports, 2020. https://doi.org/10.1038/s41598-020-70431-1