研究人员开始揭开缓步动物抗辐射能力的秘密

除了令人不安的可爱外表，缓步动物还以几乎坚不可摧而闻名。这些微小的生物是极端微生物，适应在大多数其他生物都会死亡的环境中生存。不同物种表现出不同的抵抗力，其中最有趣的是一些物种能够在大量电离辐射下生存——在某些情况下，辐射剂量是杀死人类所需剂量的 1,000 倍以上。

今年早些时候，科学家研究了一种名为Hypsibius exemplaris的缓步动物，希望了解它如何能够承受如此大剂量的辐射。令他们惊讶的是，他们发现这种缓步动物并没有进化出某种方法来保护其 DNA 免受辐射造成的损害；相反，它们表现出了快速有效修复这种损伤的非凡能力。

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10 月 24 日发表在《科学》杂志上的一项新研究调查了另一种缓步动物——河南海马的放射耐受性。（这是研究人员自己发现的新物种，以中国河南省的名字命名。）这些缓步动物暴露在大剂量的伽马射线（高能光子，是电离辐射的一种形式）下，研究人员随后研究了它们的系统如何反应。

他们发现， H. henanensis不仅表现出与H. exemplaris相同的修复受损 DNA 的能力，而且还拥有其他一些绝招。

电离辐射对生物造成的危险来自于它能够电离原子：伽马射线光子携带的能量足以击中原子，它基本上可以将原子的一个电子击落。如果该原子恰好是 DNA 分子的一部分，则可能导致构成著名双螺旋的一条或两条脆弱的链断裂。两条链断裂尤其危险，但任何损伤都可能阻止分子正常复制。（这就是电离辐射可能导致癌症的原因。）

当H. henanensis暴露于辐射时，三种关键机制开始发挥作用。第一种是与H. exemplaris相同的增强型 DNA 修复能力。这是由一种名为 TRID1 的蛋白质驱动的，这种蛋白质似乎是缓步动物所独有的。这项新研究的研究人员精确检查了 TRID1 对辐射暴露的反应。他们发现，它会聚集在 DNA 双链断裂的位置，从而促进另一种名为 53BPI 的蛋白质的积累，而这种蛋白质似乎对双链断裂的修复至关重要。

研究人员还注意到一种在辐射暴露后会活跃起来的基因。这种基因 BSC1 会对辐射作出反应，上调两种已知对线粒体合成 ATP 很重要的蛋白质的产生。H . henanensis会在辐射暴露后大量产生这两种蛋白质，这一事实促使研究人员推测，它们可能在修复 DNA 方面也发挥着作用。这也可能解释了为什么人类受到辐射会导致线粒体功能障碍。“我们的研究表明，线粒体蛋白质与核 DNA 修复之间存在意想不到的联系，为辐射暴露后的线粒体失调提供了一种可选的解释。”

H. henanensis似乎也能将电离辐射造成的损害降到最低。虽然直接损害 DNA 可能是灾难性的，但电离辐射也会以其他方式造成损害。正如论文所解释的那样，“[电离辐射] 通过两种机制发挥其生物学效应：直接作用和间接作用。后者由活性氧 (ROS) 介导，占 IR [辐射] 效应的 60% 至 70%。”

生命有自己的防御系统来抵御自由基，即抗氧化剂。这些分子与自由基发生反应，有效地中和它们，生物体中两者通常保持平衡。然而，当生物体系统中的自由基过多，其抗氧化能力超载时，生物体就会经历“氧化应激”——一种 ROS 分子可以自由地与细胞组织、DNA 分子以及任何不幸挡住它们的物质发生反应的状态。

H. henanensis通过在辐射暴露后产生大量称为甜菜红素的蛋白质来解决这个问题。这些蛋白质是高效的抗氧化剂，它们的作用是清除过量的自由基，防止它们破坏缓步动物的系统。缓步动物中存在甜菜红素是值得注意的，因为它们通常存在于植物中。它们的产生受一种名为 DODA1 的基因调控，研究人员推测该基因是通过水平基因转移进入缓步动物的，最有可能来自蛭弧菌门的一种细菌。了解缓步动物如何在辐射暴露下生存不仅本身就很有趣，还可以帮助人类做到这一点。今年早些时候，受H. exemplaris研究的启发，研究人员发现将 TRID1 引入人类细胞似乎可以增强这些细胞抵抗 DNA 损伤的能力。鉴于我们对缓步动物的适应力仍有很多不了解的地方，这些不起眼的小动物可能还有更多的秘密有待揭晓。正如这篇新论文的团队在一份声明中所说，“缓步动物等极端微生物是尚未探索的抗压分子机制的宝库。对这些放射耐受机制的功能研究……将进一步拓宽我们对极端条件下细胞生存的理解，并可能为促进人类健康和抗击疾病提供灵感。”