不愧是“地表最强生物”!还能让人类抵抗辐射?

不愧是“地表最强生物”!还能让人类抵抗辐射?
2019年10月11日 08:46 新浪科技综合
图片来源:NPS/Diane Nelson图片来源:NPS/Diane Nelson

  水熊虫因能遭受多种极真个情况而知名。除可以或许在高温、超高温、高压强等极端情况中生计,水熊虫还能抵抗辐射。之前已有研究发明,水熊虫中含有一种特定的毁伤克制蛋白(Dsup蛋白),可以保护DNA免受由X射线的伤害。在实验室中,这类蛋白也能赞助人体细胞抵抗X射线的伤害。而比来,迷信家提醒了Dsup蛋白的感化机制,这或许能进一步推动这类奇异蛋白的应用。

  首批月球居平易近

  水熊虫(Tardigrades)作为一大年夜类(含1000多个物种)能在多种不合情况中生活的徐行植物,以绝佳的生计才能而有名。它们能在大年夜多半生物没法生活的极端情况生计,包含超高温(181℃高温下保持2分钟)、极限高温(-272℃)、高压强(600兆帕斯卡)。研究证明,它们还能生活在真空中,或是裸露在对其他植物致逝世的高强度射线和有毒化学物质当中。

  而水熊虫所依附的一种才能,就是脱水休眠。在缺乏水分的情况中时,它们能经过过程脱水,将身材的含水量降低到3%,进入一种类似假逝世的休眠状况。而再次接触到水时,它们又能重新复生。

水熊虫的正常状况(左)和脱水状况(右)水熊虫的正常状况(左)和脱水状况(右)

  本年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大年夜小的“档案袋”,外面包含上千只休眠的水熊虫。随着“创世纪号”义务掉败,这些水熊虫或许被洒在了月球外面。

  固然水熊虫都保存在树脂当中,能抵抗一部分的月球温差和辐射。但迷信家一向对水熊虫强大年夜的抗辐射才能充斥兴趣。而比来,来自加利福尼亚大年夜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明。

  抗X射线的超才能

  X射线是一种具有很高能量的电磁辐射。天然条件下,X射线会在雷雨气象伴随闪电产生。别的,来自外太空的宇宙射线中也包含了大年夜量的X射线。X射线可以或许克制细胞的发展,招致细胞毁伤乃至坏逝世。这也是为甚么经久停止化疗的癌症病人会出现多种副感化,包含脱发、射线烧伤乃至是白血病。

  生命个别在接触高剂量的X射线后,基因会出现突变。缘由在于,X射线穿过生物体时,能电离细胞内的水分子并产生大年夜量羟基自在基。羟基自在基作为一种寿命很短的高活性氧,具有极强的氧化活性,简直能和人体内的一切生物分子产生反响,包含蛋白质和DNA。而羟基自在基也被认为是今朝已知的,对生物体毒性和伤害最大年夜的自在基。

  真核生物的DNA在平日情况下,以染色质的情势存在于细胞内。DNA与组蛋白结合构成核小体,并组合构成染色质构造。之前已有研究证明,在一种水熊虫 Ramazzottius varieornatus 中存在毁伤克制蛋白Dsup,但详细的感化机制其实不清楚。并且如今迷信家只在水熊虫体内发清楚明了Dsup蛋白,这让这类蛋白加倍奥秘。

  之前已有研究注解, Dsup蛋白会保护水熊虫的DNA,防止脱水休眠状况下细胞中的DNA 由于枯燥变得脆弱,防止形成致命的DNA双链断裂(double-strand break)。比来,加利福尼亚大年夜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蛋白的熟悉。

  研究中,他们对水熊虫R。 varieornatus和另外一种水熊虫Hypsibius exemplaris的蛋白成分停止了深刻分析,并且对R。 varieornatus停止了更完全的基因测序。这项研究的合营作者,加利福尼亚大年夜学圣迭戈分校传授James Kadonaga说:“研究水熊虫这类极端生物中的蛋白,可让我们取得全新的发明。”

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

  既然X射线会由于产生羟基自在基,而给DNA带来息灭性的毁伤,Kadonaga接着解释道,“我们想,或许可以研究一下Dsup蛋白能否能保护DNA免受羟基自在基的毁伤。成果证明,Dsup蛋白确切能发挥感化。”

  实验中,研究人员将必定剂量的羟基自在基直接感化于3.3 kb的环状DNA时,绝大年夜部分DNA降解成100~1000个碱基长度的DNA碎片。而假设给实验样本中加上Dsup蛋白,染色质和游离的DNA就会遭到持续的保护。由于染色质与Dsup亲和性更高,它们能取得比游离DNA更多的保护感化。当一个核小体有4个Dsup蛋白时,能取得最强的抵抗后果。即应用羟基自在基处理后,样本中仍有大年夜量完全的DNA保存完全。

  与核小体结合的Dsup蛋白,能保护染色质中DNA不受羟基自在基的影响。

  平日羟基自在基重要与DNA双链小沟上的氢原子相互感化,是以Kadonaga推想Dsup蛋白能与该位点结合,对DNA停止保护。虽然这一点只是推想,他们也不雅察到,Dsup蛋白能在染色质四周构成云状的特别构造。这个构造应当就是阻断羟基自在基接近DNA的关键,也正是该构造阻拦它们打断细胞内的DNA。

  在研究中的另外一种水熊虫H。 exemplaris体内,他们没有发明Dsup蛋白,但找到了一种Dsup蛋白的同源蛋白。这或许能解释为甚么H。 exemplaris异样具有抗射线辐射的才能。

  人类细胞也能获益

  Dsup蛋白除能保护水熊虫抵抗辐射,也能令人类细胞受益。当人类细胞取得Dsup蛋白时,相关于浅显细胞,在X射线照射时显示出更强的生命力。

  早在2016年,Dsup蛋白赞助DNA抵抗X射线的机制还还没有清楚时,日本东京大年夜学的迷信家Takuma Hashimoto就在《天然·通信》上发文表示,他们在人类细胞表达Dsup蛋白时,Dsup蛋白能保护DNA免受超氧化物(ROS)和X射线的毁伤。

  他们发明,裸露在过氧化物中人类肾脏细胞HEK293中的DNA会出现严重的断裂,尾部DNA的破坏高达71%,而在 Dsup表达的细胞中,DNA的毁伤只要18%。别的,他们还发明应用中等剂量的X射线照射人类细胞时,直接招致了细胞逝世亡,而表达Dsup蛋白的人类细胞表示出了对X射线优胜的抵抗感化。

  而Kadonaga的新研究进一步让我们懂得这类奇异蛋白能够的感化方法,Kadonaga 说:“如今我们曾经知道Dsup是若何任务的,而这正是展开Dsup蛋白实际应用的基本。”

  Kadonaga说,经过过程加倍精细地分析 Dsup蛋白的功能,研究人员试图以此为基本,构建其他功能加倍优胜的蛋白,能更有效地保护细胞免受DNA的毁伤。这些新的蛋白或许其实不克不及用来繁育抗辐射的人类,但它们能进步可培养细胞的抗辐射才能,更好地应用于药物学研究。

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