No hay animales tan resistentes a condiciones ambientales extremas como los tardígrados. Estos minúsculos organismos (<1 mm), relacionados filogenéticamente con los artrópodos, viven en ambientes húmedos de todo tipo de climas, especialmente sobre musgos o líquenes como podemos ver en este vídeo:
En condiciones ambientales desfavorables los tardígrados entran en un estado denominado criptobiosis. De un 85% de agua en sus tejidos pasan a tener solo un 3%, y prácticamente detienen su metabolismo. Así pueden resistir sin problemas temperaturas extremas (entre ─200ºC y más de 100ºC) o presiones de 6000 atmósferas. En 2007, la sonda espacial Foton-M3 (Rusia/Agencia Espacial Europea), expuso tardígrados al vacío y a la radiación ultravioleta del espacio exterior en el proyecto TARDIS (tardigrades in space). A su regreso algunos ejemplares sobrevivieron e incluso se reprodujeron. En 2016, investigadores japoneses revivieron tardígrados que habían permanecido congelados durante treinta años en la Antártida.
Pero lo que nos interesa hoy es su increíble resistencia a las radiaciones ionizantes. Son capaces de sobrevivir a una dosis de 3000-5000 grays (Gy). Para hacernos una idea, la dosis letal para un ser humano está entre 5-10 Gy. No hay ser viviente (exceptuando a las bacterias) que pueda sobrevivir a estos niveles de radiación. ¿Cómo es posible? La investigación de un grupo de científicos chinos, recién publicada en Science, parece haber dado con las claves.
Los investigadores secuenciaron el genoma de una nueva especie de tardígrado, Hypsibius henanensis (Figura 1). El grupo identificó un total de 14 701 genes codificantes de proteínas. Tras someter a los tardígrados a dosis de radiación entre 200 y 2000 Gy, comprobaron qué genes habían modificado su nivel de expresión. En total, 2801 genes (un 19%) modificaron su actividad, generalmente con un aumento. Estos genes diferencialmente expresados se podían clasificar en tres grupos (Figura 2).
El primer grupo, podríamos decir el más sorprendente, estaba formado por 459 genes que probablemente derivaban de otros organismos por transferencia genética horizontal. Esto ocurre cuando un organismo incorpora a su genoma genes procedentes de otros seres vivos. Se calculó que entre un 0,5 y un 3% de todo el genoma tardígrado había sido “robado” a otros organismos, 54% a bacterias, 29% a hongos y un 9% a plantas.
De todos estos genes destacó por su fuerte expresión el denominado DODA1 (DOPA dioxygenase-1), probablemente derivado de una bacteria (Bdellovibrio). DODA1 participa en la síntesis de las betalaínas, pigmentos que aparecen en bacterias y plantas del orden cariofilales. Estas moléculas son las que dan su color rojo a la remolacha. En el caso de los tardígrados, las betalaínas actúan como potentes antioxidantes, eliminando las especies reactivas de oxígeno generadas por la radiación y protegiendo de esta forma al ADN.
El segundo grupo de genes activados por la radiación eran específicos de los tardígrados, ya que no se encontraron equivalentes en otros animales. Constituían el 30% del genoma, y entre ellos destacó TRID1 (por tardigrade-specific radiation-induced disordered protein-1). Se trata de una proteína desestructurada, es decir, sin estructura tridimensional fija, que actúa reclutando proteínas reparadoras del ADN a sitios en los que se ha producido una rotura doble de su cadena. Esta función es tan importante que la inactivación de TRID1 mediante ARN interferente disminuye drásticamente la supervivencia de los tardígrados tras ser irradiados.
Por último, el tercer grupo de genes activados por la radiación se encuentra también en otros animales. Dos de ellos, BCS1 y NDUFB8, destacaron especialmente. Son genes que codifican proteínas de la cadena respiratoria mitocondrial, responsable de la producción de energía en la célula. En el caso de BCS1, se localizaron en distintas especies de tardígrados entre 7-9 copias del gen, frente a la única copia presente en los animales. Todo esto indica una potente aceleración de la fosforilación oxidativa en las mitocondrias tras la irradiación. El objetivo de este proceso sería la regeneración del NAD+ (nicotinamina adenina dinucleótido), una molécula usada como sustrato por la enzima PARP1 para generar polímeros de ADP-ribosa. Estos polímeros facilitan la reparación de daños en el ADN por un proceso llamado parilación.
Lo que resulta intrigante es la razón de que los tardígrados estén equipados con un complejísimo y excepcional sistema de reparación de ADN, teniendo en cuenta de que no se trata de organismos extremófilos. Normalmente no viven sometidos a temperaturas extremas, ni están expuestos al vacío o a la radiación. Es cierto que eventualmente soportan tanto la congelación como la desecación, pero esto también ocurre en otros animales. En cambio, los tardígrados parecen estar preparados para sobrevivir a auténticos cataclismos. En cualquier caso, los nuevos descubrimientos podrían ser valiosos para comprender mejor los mecanismos de supervivencia celular en condiciones de estrés ambiental.
Referencias
Li, L., Ge, Z., Liu, S. et al. (2024) Multi-omics landscape and molecular basis of radiation tolerance in a tardigrade Science doi: 10.1126/science.adl0799.
Sobre el autor: Ramón Muñoz-Chápuli Oriol es Catedrático de Biología Animal (jubilado) de la Universidad de Málaga
