Vizualizace poškození buněk chladem a mrazem: proč někteří živočichové přežijí zmrznutí, zatímco většina nepřežije

Popis obrázku: Buňky tukového tělesa (červené značení protilátkou proti alfa-tubulinu) a Malpighické trubice (zelené značení protilátkou proti F-aktinu) larev mušky Chymomyza costata, jež jsou extrémně tolerantní vůči zmrznutí.

Larvy mušky Chymomyza costata (Diptera: Drosophilidae) dokáží za určitých podmínek přežít zamražení na teplotu -196°C v plně hydratovaném stavu. Tento fyziologický výkon je nejen zajímavý sám o sobě, ale může rovněž ukrývat klíč k aplikacím v oboru praktické kryo-konzervace biologického materiálu. V laboratorních podmínkách (různé teploty, délka dne, kvalita diety) jsme připravili několik aklimačních variant larev, které se výrazně lišily svou odolností vůči mrazovému poškození a vystavili jsme je různým  teplotám od -5°C do -196°C. Po vystavení  jsme sledovali , pomocí konfokální mikroskopie, změny v morfologii buněk a ve stavu cytoskeletálních struktur alfa-tubulinu a F-aktinu v tukovém tělese, Malpighických trubicích a středním střevě (celkem 2 700 preparátů). Tkáň tukového tělesa byla nejcitlivější k poškození mrazem. U citlivých aklimačních variant jsme pozorovali splývání jednotlivých tukových kapének, ztrátu 'radiální' struktury alfa-tubulinu, rozpad vláknité struktury F-aktinu a následnou agregaci podjednotek aktinu do shluků.  Kombinace různých aklimačních zásahů (indukce diapauzy krátkým dnem, postupná chladová aklimace, obohacení diety prolinem) vedly k výraznému snížení prahových teplot, za kterých byla výše uvedená poškození buněčné struktury pozorována. Larvy, které se dokázaly zotavit z mrazového šoku, či po kryo-konzervaci v kapalném dusíku, byly zároveň schopny odstranit  agregáty aktinu a znovu-vytvořit vláknitou strukturu F-aktinu. Nebyly však schopny 'opravit' splynutí tukových kapének ani radiální strukturu alfa-tubulinu. Naše výsledky tak naznačují, že nikoli ochrana, ale spíše oprava (či odstranění a znovu-vytvoření) struktury F-aktinu je významným aspektem tolerance zmrznutí.

Des Marteaux L. E., Štětina T., Košťál Vladimír (2018) Insect fat body cell morphology and response to cold stress is modulated by acclimation. Journal of Experimental Biology 221: jeb189647. doi: 10.1242/jeb.189647