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水熊蟲抗高輻射能力 可能只屬抗缺水生存大法副產品

2019/10/4 — 9:00

俗稱水熊蟲的緩步動物門 (tardigrades) 近年被喻為地上最強不無原因,牠們能在 151℃ 高溫、接近絕對零度的 -272.8℃ 、缺水、太空、超高幅射下都能進入休眠狀態不死,其卵也承傳這種超高生命力,能捱過太空的極端環境後仍可孵化。

不過,這不等於水熊蟲與其他厭氧、嗜酸、嗜熱的嗜極生物 (extremophiles) 一樣,可在極端環境下生長、繁殖;牠們只是抵受極端環境能力較高,並不喜歡在最極端環境生活——牠們要等待環境回復正常後才會「起死回生」。

問題是,到底這些超級抗壓能力從何而來?除了細胞玻璃化、不成比例的基因取自環境外,最新刊於 eLife 的研究更發現水熊蟲的抗幅射「盔甲」分子機制,理論上有助日後研究如何保護人類細胞的 DNA 免受輻射破壞。

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早在 2016 年,日本研究已發現水熊蟲體內擁有稱為 Dsup 的蛋白質, Dsup 是英文 damage supressor (破壞抑制劑)的簡稱,可幫助水熊蟲抵抗高幅射環境,而將之植入人類細胞中亦可減少 40% X 光輻射對 DNA 的破壞。

在是次研究中,聖地亞哥加州大學團隊就發現 Dsup 其中一半會與細胞中的染色質 (chromatin) 結合,另一半則會形成「一舊雲」保護 DNA 免受羥基自由基 (hydroxl radical) 侵害。

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染色質是真核細胞找到的 DNA 復合物,主要作用是將非常長的 DNA 分子包裝成密度更高的形狀,避免其自行纏繞,亦在細胞分裂期間扮演重要角色防止 DNA 受損、調控基因表達與 DNA 複製過程。

羥基自由基則是因游離輻射 (ionizing radiation) 而在細胞中產生的顆粒,但當水熊蟲居住的潮濕環境變得乾燥時,地表有機物會製造更多羥基自由基,令環境變成類似有高游離輻射的狀態,而環境的改變亦會觸發水熊蟲進入低濕隱生 (anhydrobiosis) 的休眠狀態。

換言之,保護 DNA 免受羥基自由基破壞的的 Dsup 雲,最初可能不是為了適應高輻射環境,僅為了生存於乾燥環境而演化出來的適應力。

如果團隊說法正確的話,也將可證實 2016 年日本研究的推測。當時領導研究的東京大學生學學家國枝武和曾向《自然》表示,能忍受 X 光輻射的能力,應該是動物適應嚴重脫水的副產品。

不管 Dsup 如何以及為何被演化出來,隨著我們對水熊蟲的理解加深,或者有一日我們可以將其驚人防禦能力加以應用於人類社會之中,例如細胞治療與診斷等等,水熊蟲隱生特性用來做盾做盔甲未免太科幻了吧?

報告:
Chaves, C., Cruz-Becerra, G., Fei, J. & et al. (2019). The tardigrade damage suppressor protein binds to nucleosomes and protects DNA from hydroxyl radicals. eLife 2019;8:e47682. DOI: 10.7554/eLife.47682

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