熊蟲、太歲和氫氣醫學

2021-01-18 氫思語

讀過《三體》的讀者一定對三體人能在高溫乾燥條件下脫水變成一張人皮印象深刻,其實地球上的一種生物就有這樣的能力,它們就是熊蟲,這種生物是目前人們了解的最能適應惡劣環境的蟲子。在極端乾燥環境下,這種蟲子可以脫水變成幹,一旦環境中出現水,立刻可以吸水復活。

但是,過去科學家研究這種蟲子基因組時遇到尷尬,就是這些蟲子和細菌之間有許多基因跨種轉移,確定哪些基因是它們具有特異功能的原因就十分困難。不過最近日本科學家找到一些竅門,解決了這個問題,並找到一種能耐受乾燥和射線的蛋白。

生物學在許多領域都存在未解之謎。關於熊蟲的研究讓我聯想到另外一種特殊的生物太歲,太歲也是一種具有強大適應能力的生物,現在科學家對這種特殊生物的了解不多。將來也可以藉助熊蟲的研究策略,尋找到太歲強大環境適應力的原因。

關於氫氣醫學效應機制的研究也需要學習這種創新精神,採用不同於過去的研究策略,探索氫氣這種神奇分子的生物學作用基礎。

東京大學分子生物學家Takekazu Kunieda等最近研究發現,水熊體內有一種能耐受x射線的蛋白質,這種蛋白質或許能開發成為人類抗輻射藥物。研究論文9月20日發表在《自然通訊》。Kunieda說,耐受X線是這種動物適應嚴重脫水環境的結果。嚴重脫水能對生物分子造成嚴重破壞,甚至能像x射線一樣打破DNA。

水熊也稱水熊蟲,是緩步動物門生物的俗稱,有記錄的約有900餘種。水熊體型極小,必須用顯微鏡才能看清,身體表層覆蓋著一層水膜,用於避免身體乾燥,可呼吸水膜中的氧氣。水熊主要生活在淡水的沉渣、潮溼土壤以及苔蘚植物的水膜中,少數種類生活在海水的潮間帶,靠尖銳的吸針吸食動植物細胞裡的汁液為生。最大特點是它從卵裡生出來就已成年,無童年時期,體細胞數量終生不變。水熊是地球上生命力最強的生物,可在沒有防護條件下在完全乾燥的外太空生存,在喜馬拉雅山脈和數千米深海都能生存。

緩步動物具有類似冬眠的隱生狀態。活躍狀態緩步動物身體需要一層水膜包圍。外部環境狀態的改變能促進緩步動物進入隱生狀態,外部環境變化包括失水、低溫、飢餓、缺氧等。進入隱生狀態後,緩步動物的代謝、生長發育、生殖和衰老都會暫時下降或停止,以此來抵禦極端環境,例如:冷、熱、乾燥、化學物質和放射性的增加。

為了弄清楚水熊如何耐受這種極端惡劣環境,Kunieda等對Ramazzottius varieornatus水熊基因組進行序列測定,這種類型對極端環境的耐受力特別強。

把水熊基因插入到哺乳動物細胞是非常成熟的技術,研究人員將不同的基因片段插入到人類細胞,讓這種細胞能產生水熊結構,以決定那些部分能幫助這種動物耐受惡劣環境。Kunieda等發現,水熊蛋白(amage suppressor,Dsup)幫助細胞DNA對抗放射線和脫水的破壞。這種蛋白能將人類細胞X線誘導的損傷大約減少40%。

水熊研究專家,瑞典克裡斯蒂安斯塔德大學進化生態學家IngemarJönsson說,DNA損傷修復是所有細胞的基本功能,DNA損傷修復功能紊亂也是癌症和衰老等許多疾病的原因。最新這一研究一定會受到醫學領域的極大關注。因為這提供了幫助人類細胞提高耐受應激能力的一種策略,將來或許對放射損傷防護、癌症和衰老等領域的研究提供幫助。



   本圖是乾燥環境下的蟲體,沒有死,遇到水可以立刻復活。


研究認為,Dsup能直接抑制DNA分子斷裂,而不是促進DNA的修復過程,這和其他具有輻射耐受能力的動物,如睡搖蚊和輪蟲類似。一些耐乾燥動物體內的海藻糖被認為是生物大分子脫水保護劑,Dsup則是水熊體內的DNA保護劑。不過這一發現並不能排除水熊也具有更強大的DNA損傷修復能。Kunieda說,這些發現未來可能對核電站工人輻射防護有幫助,也有可能對人類探索和適應外太空環境有價值。

北卡大學生物學家Bob Goldstein曾經對另外一種水熊基因組序列進行分析。他認為這一研究讓人激動,也非常聰明。這是第一次發現這種分子,將來應該會有更多類似發現。水熊能對多種惡劣環境產生耐受,應對不同極端環境應該有不同的方式。Jönsson也認為這只是一個開端,水熊基因組是一個寶藏。

  北卡大學生物學家Bob Goldstein曾經對另外一種水熊基因組序列進行分析。他認為這一研究讓人激動,也非常聰明。這是第一次發現這種分子,將來應該會有更多類似發現。水熊能對多種惡劣環境產生耐受,應對不同極端環境應該有不同的方式。Jönsson也認為這只是一個開端,水熊基因組是一個寶藏。

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