不愧是“地表最强生物”！不仅自己无坚不摧，还能让人类抵抗辐射？

环球科学 2019-10-11

　　水熊虫因能承受多种极端的环境而出名。除了能够在高温、超低温、高压强等极端环境中生存，水熊虫还能抵抗辐射。之前已有研究发现，水熊虫中含有一种特定的损伤抑制蛋白(Dsup蛋白)，可以保护DNA免受由X射线的伤害。在实验室中，这种蛋白也能帮助人体细胞抵御X射线的损害。而最近，科学家揭示了Dsup蛋白的作用机制，这或许能进一步推动这种神奇蛋白的应用。

　　编译丨石云雷

　　审校丨杨心舟

　　首批月球居民

　　水熊虫（Tardigrades）作为一大类（含1000多个物种）能在多种不同环境中生活的缓步动物，以绝佳的生存能力而闻名。它们能在大多数生物无法生活的极端环境生存，包括超高温（181℃高温下坚持2分钟）、极限低温（-272℃）、高压强（600兆帕斯卡）。研究证实，它们还能生活在真空中，或是暴露在对其他动物致死的高强度射线和有毒化学物质之中。

　　而水熊虫所依赖的一种能力，就是脱水休眠。在缺少水分的环境中时，它们能通过脱水，将身体的含水量降低到3%，进入一种类似假死的休眠状态。而再次接触到水时，它们又能重新复活。

　　水熊虫的正常状态（左）和脱水状态（右）

　　今年8月，由以色列航空工业公司（IAI）发送的月球探测器“创世纪号”（Beresheet）上载有一个“月球图书馆”，它实际上是一个DVD大小的“档案袋”，里面包含上千只休眠的水熊虫。随着“创世纪号”任务失败，这些水熊虫或许被洒在了月球表面。

　　虽然水熊虫都保存在树脂之中，能抵抗一部分的月球温差和辐射。但科学家一直对水熊虫强大的抗辐射能力充满兴趣。而最近，来自加利福尼亚大学圣迭戈分校的研究团队，在水熊虫抗辐射的机制中有了新发现。

　　抗X射线的超能力

　　X射线是一种具有很高能量的电磁辐射。自然条件下，X射线会在雷雨天气伴随闪电产生。另外，来自外太空的宇宙射线中也包含了大量的X射线。X射线能够抑制细胞的生长，导致细胞损伤甚至坏死。这也是为什么长期进行化疗的癌症病人会出现多种副作用，包括脱发、射线烧伤甚至是白血病。

　　生命个体在接触高剂量的X射线后，基因会出现突变。原因在于，X射线穿过生物体时，能电离细胞内的水分子并产生大量羟基自由基。羟基自由基作为一种寿命很短的高活性氧，具有极强的氧化活性，几乎能和人体内的所有生物分子发生反应，包括蛋白质和DNA。而羟基自由基也被认为是目前已知的，对生物体毒性和危害最大的自由基。

　　真核生物的DNA在通常情况下，以染色质的形式存在于细胞内。DNA与组蛋白结合形成核小体，并组合形成染色质结构。之前已有研究证实，在一种水熊虫 Ramazzottius varieornatus 中存在损伤抑制蛋白Dsup，但具体的作用机制并不清楚。并且现在科学家只在水熊虫体内发现了Dsup蛋白，这让这种蛋白更加神秘。

　　之前已有研究表明， Dsup蛋白会保护水熊虫的DNA，防止脱水休眠状态下细胞中的DNA 由于干燥变得脆弱，避免造成致命的DNA双链断裂（double-strand break）。最近，加利福尼亚大学圣迭戈分校的研究团队在elife发表了一篇有关Dsup蛋白保护水熊虫免受X射线辐射的最新研究，让我们再次更新了对水熊虫和Dsup蛋白的认识。

　　研究中，他们对水熊虫R. varieornatus和另一种水熊虫Hypsibius exemplaris的蛋白成分进行了深入分析，并且对R. varieornatus进行了更完整的基因测序。这项研究的共同作者，加利福尼亚大学圣迭戈分校教授James Kadonaga说：“研究水熊虫这种极端生物中的蛋白，可以让我们取得全新的发现。”

　　他们在初步的实验结果中发现，Dsup蛋白能与细胞中的染色质结合。并且相对于游离的DNA，Dsup蛋白与核小体的亲合性更高。“我们发现Dsup能和染色体结合，” Kadonaga说，“但它是如何让DNA免受伤害的呢？”

　　既然X射线会因为产生羟基自由基，而给DNA带来毁灭性的损伤，Kadonaga接着解释道，“我们想，也许可以研究一下Dsup蛋白是否能保护DNA免受羟基自由基的损伤。结果证实，Dsup蛋白确实能发挥作用。”

　　实验中，研究人员将一定剂量的羟基自由基直接作用于3.3 kb的环状DNA时，绝大部分DNA降解成100~1000个碱基长度的DNA碎片。而如果给实验样本中加上Dsup蛋白，染色质以及游离的DNA就会受到持续的保护。由于染色质与Dsup亲和性更高，它们能获得比游离DNA更多的保护作用。当一个核小体有4个Dsup蛋白时，能获得最强的抵抗效果。即使用羟基自由基处理后，样本中仍有大量完整的DNA保存完整。