水熊蟲特殊蛋白或幫助人類DNA抵禦輻射損傷

2021-01-13 生物谷

2016年9月21日 訊 /生物谷BIOON/ --緩步動物（Tardigrades），或者水熊蟲是一種矮胖型的緩步動物門動物，在顯微鏡下其看起來介於蝴蝶幼蟲和裸鼢鼠之間，這些水棲類無脊椎動物是一種完美的倖存者，其能夠抵禦一系列極端環境，包括近乎完全的脫水作用和損傷等。

日前，一項刊登於國際雜誌Nature Communications上的研究報告中，來自東京大學的研究人員通過研究發現了緩步動物的另外一種超強的能力，即一種保護性的蛋白質能夠幫其抵禦損傷的X射線，而且這或許還能夠轉移到對人類細胞的研究。研究者Takekazu Kunieda說道，對X射線的耐受性被認為是動物適應嚴重脫水作用的副產品，嚴重的脫水作用能夠對生物分子造成嚴重的破壞，甚至會破壞DNA分子，這就好像X射線破壞DNA分子一樣。

於是研究者想知道這種緩步動物如何保護自己抵禦如此惡劣的條件，隨後研究人員對緩步動物Ramazzottius varieornatus進行了全基因組測序研究，這是一種對壓力具有特殊耐受性的動物，研究者表示，當動物的基因組插入到哺乳動物細胞後就能夠很容易地被研究，因此科學家們對培養的人類細胞進行操作來產生緩步動物內部細胞結構的多個組分，從而就能夠幫助確定到底是哪一部分能夠給予緩步動物提供保護作用。

最終，研究者及其同事發現，名為Dsup的特殊蛋白能夠保護動物機體的DNA免於在輻射和脫水狀況下破裂，而且植入緩步動物的人類細胞液能夠抑制X射線輻射引發的40%的細胞損傷。

基因組寶藏

來自瑞典克裡斯蒂安斯塔德大學的進化生態學家Ingemar Jonsson對緩步動物進行了多年研究，他表示，DNA的保護和修復是許多人類疾病中所有細胞的基礎過程，包括癌症和機體老化等疾病；這項研究發現對於臨床醫學研究具有很大的意義，其或將幫助我們改善人類細胞的壓力耐受性，而這終將有一天會使得經受放射療法的患者獲益。

研究者Kunieda補充道，這項研究未來或許還能夠幫助保護核設施附近工作的工人免於放射，同時還能夠幫助研究者們在極端環境下種植莊稼，比如在火星上種糧食等；來自北卡羅來納州立大學的生物學家Bob Goldstein對另外一種緩步動物進行了測序研究，他認為這項研究非常有意思而且激動人心，同時後期還需要進行更為深入的研究來進一步探明其中所涉及的機制。

最後，Goldstein說道，緩步動物對很多種類型的極端環境都具有一定的耐受性，這就意味著，緩步動物機體中或許存在著多種不同的機體防禦保護機制；當然對緩步動物基因組的研究也只是冰山一角，未來研究者將會繼續深入剖析這筆遺傳財富。（生物谷Bioon.com）

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參考資料：

【1】Extremotolerant tardigrade genome and improved radiotolerance of human cultured cells by tardigrade-unique protein

Nature Communications     doi:10.1038/ncomms12808

【2】Evidence for extensive horizontal gene transfer from the draft genome of a tardigrade

PNAS    doi: 10.1073/pnas.1510461112

【3】Tardigrade protein helps human DNA withstand radiation

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    水熊蟲們的棲息地相當廣泛，海洋、淡水甚至沼澤中都有它們的身影。水熊蟲必須要在水環境中才能生長和繁殖，而遇到泥沼乾涸時，它們也自有辦法：讓自己脫水收縮，進入一種可逆的「隱生」狀態。在「隱生」狀態下，水熊蟲可以耐受各種極端的物理環境，科學家們也一直對這背後的原理十分感興趣。通過基因組分析，來自日本的研究團隊發現了水熊蟲對抗極端環境的一件法寶——一種可以「防輻射」的蛋白質。
  • 水熊蟲在極為惡劣的外星環境中,為何也能生存?
    此後，伴隨著世界大環境的穩定，人類科學技術水平的不斷發展和不斷進步，除了美國之外，也陸續有國家向月球成功發射了探測器，雖然並不是載人登月，但是卻也足夠向全世界展現自己的科技實力。這些地球生物就是號稱地表最強的「水熊蟲」，正如上文中提及的，它們脫水也可以重新復活，可以說強大到令人震撼。水熊蟲屬於陸生的緩步動物們，它們具有極強的忍耐能力，屬於「隱生」物種。它們在生存環境變得惡劣的時候，可以通過脫水等形態的演變，通過「假死」來保持自己的生命，經過科學家研究，水熊蟲可以「隱生」在地球上超過120年，然後重新復活。
  • 如果人類要移民火星，那麼和水熊蟲的基因改造是必然的嗎？
    而科學家認為，若道德層面允許，人類不得不基因改造，那麼最佳借鑑的基因，或許就是水熊蟲的基因。在這次為期12天的任務中，水熊蟲要麼部分處於真空狀態，要麼部分處於輻射狀態。雖然真空和紫外線輻射對這種生物造成了一定的損傷，但回到地球補充水分後，有的水熊蟲奇蹟般存活下來，而且據傳還在任務期間產卵。在2019年，因為一次意外，水熊蟲被遺留在了月球，目前尚不清楚它們的命運如何，或許不久的將來，它們可能會成為另一種生物。
  • 如果人類要移民火星,那麼和水熊蟲的基因改造是必然的嗎?
    按照人類如此發展的勢頭，移民火星必然會發生，因此人類也將火星載人任務列入在本世紀計劃之中。然而，面對這項任務，我們還有很有問題需要克服，尤其是對於太空人。而科學家認為，若道德層面允許，人類不得不基因改造，那麼最佳借鑑的基因，或許就是水熊蟲的基因。世界上最頑強的生物水熊蟲是地球上最頑強的動物，已經進化到幾乎可以在任何地方生存。