水熊蟲的超強蛋白質也能保護人類基因免於輻射傷害

作者 | 發布日期 2016 年 10 月 14 日 6:45 | 分類 生物科技 follow us in feedly

被俗稱為「水熊蟲」的緩步動物門的物種雖然微小到無法以肉眼觀察,但卻因為他們強大的生存能力而受到矚目,他們生存的環境十分多元,在許多極端惡劣的環境中都能夠生存。除了極端溫度的環境之外,他們對於輻射的耐受性非常高,對氧氣以及水分的要求非常低,甚至能夠在太空環境中存活。



目前研究已經發現,水熊蟲中具有能夠轉譯出被稱為 Dsup(damage suppressor)蛋白質的基因,這種蛋白質能夠抑制損害,是水熊蟲擁有極佳生存能力的關鍵。而最近的研究中,研究者在人類細胞中植入來自水熊蟲的 Dsup 蛋白質基因,結果發現這些人類細胞暴露在輻射之後,細胞受損的程度竟然只有一般細胞的一半,這樣的研究結果顯示了這個基因能夠顯著的提升人類細胞對於輻射的耐受程度。

水熊蟲超強的生存能力長久以來都讓科學家嘖嘖稱奇,簡直就像是科幻電影中才會出現的神奇生物。他們的最大也不過一顆沙粒的大小,表面上觀察不到眼睛,具有像吸塵器吸頭一樣的鼻子構造,8 條像熊掌似的肥短足部,以及像穿著防護衣一樣的外表。他們主要的營養來源是苔蘚、地衣等,但有些也以其他水熊蟲為食。這些原始的水生生物可以在比一般自然環境還要來得惡劣的地區生存。在只比絕對零度溫度高一些些的地方,或者將他們丟進滾燙液體裡對他們來說都不是什麼大問題。

在先前的研究中,科學家曾經將水熊蟲泡入攝氏零下 253 度的液態氮中長達 26 個小時,在這之後他們居然還活著,只需要幾滴水就能夠讓他們重新活動。地球上目前有記錄最低溫的環境也不過是南極曾經到達的攝氏零下 89.2 度而已。

除了對於溫度的耐受性之外,水熊蟲對於環境中的壓力耐受性也令人嘖嘖稱奇。目前人類所知的緩步動物門物種大約有 1,000 種,而地球上最深的海溝太平洋馬里亞納海溝深達 11 公里,由於水壓過高,海溝深處鮮少有生物能夠生存,但緩步動物門中就有物種能夠在比馬里亞納海溝高 6 倍的水壓環境下生存。

 

連外太空都能生存

除了能夠適應高壓環境的能力之外,外太空環境似乎緩步動物門的生物也不是問題。在 2007 年,幾千隻水熊蟲被帶上人造衛星上,直接暴露於真空環境中致命的宇宙輻射,再被送回地球。歷經這樣艱困的環境之後,當中許多水熊蟲還仍然存活,當中有些雌性水熊蟲甚至還在過程中產卵,並且在後來順利孵化出健康的子代。

水熊蟲之所以能夠在極端環境中存活,其中一點是因為他們在惡劣環境下能夠將自身的生理功能速率降低到幾乎暫停的狀態,在這種狀態下他們體內的水分幾乎全部流失,而身體內的代謝率下降到比正常時的代謝低一萬倍的速率,但目前還不清楚他們到底是如何辦到。

在這些年來,許多以水熊蟲為目標的研究都有得到一個類似的結論,也就是他們能夠提升自身修復 DNA 的能力,尤其是當周遭轉變為極端缺水的環境的時候,他們能夠維持著這樣特殊的狀態在極端缺水的環境下存活數十年。來自日本東京大學的生物學家 Takuma Hashimoto 所帶領的研究團隊以人類細胞做為實驗材料,發現緩步動物門的 Dsup 蛋白質能夠在極端的生存環境之中保護 DNA,對於 X 光所造成的傷害也有很好的 DNA 保護效果。

而就在 2015 年 12 月,美國的另一個研究團隊首次完成緩步動物門完整基因組定序。他們以 Ramazzottius hypsibius 進行定序,發現牠們的基因中將近 20% 來自其他的植物或動物,這項發現對於基因在動物界物種間相互平行傳遞有著重要意義。該研究團隊於是推測這和水熊蟲們之所以能夠擁有驚人的環境適應能力有關係。

但是有另一派的學者並不認同這個想法,他們傾向認為在實驗中所發現的高比例外來基因比較可能是因為實驗樣本受到污染,而不是真正具參考價值的研究結果。而 Hashimoto 研究團隊所發現的新研究成果可能能夠佐證這一派的說法,讓爭議落幕。

科學家以另一種緩步動物門物種 R. varieoranatus 進行比先前精確度高 100 倍的基因定序研究,結果顯示 R. varieoranatus 基因組中只有 1.2% 的基因來自其他物種,比先前在 R. hypsibius 發現的要少很多,但是一般認為 R. varieoranatus 才是緩步動物門中適應惡劣環境能力最好的物種。依據這項結果,Hashimoto 認為基因在物種間的平行傳遞可能並不是造成他們超強適應力的主要原因,而真正的帶給水熊蟲超強適應能力的原因則還需要更多研究結果才能解開謎底。

(首圖來源:sciencenews journal) 

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