新的缓步动物物种揭示了抗辐射的秘密

新的缓步动物物种揭示了抗辐射的秘密

一种新描述的缓步动物物种让科学家们深入了解这些微小的八足生物对辐射的抵抗力如此之强的原因。

缓步动物也被称为水熊虫，长期以来一直让科学家们着迷，因为它们能够在极端条件下生存，包括比人类致命剂量高出近 1000 倍的辐射水平。已知的缓步动物约有 1,500 种，但只有少数得到了充分研究。

现在，科学家们对一个科学新物种的基因组进行了测序，并揭示了一些赋予缓步动物非凡恢复力的分子机制。他们的研究发表在 10 月 24 日的《科学》杂志上 1 ，识别出数千个缓步动物基因，这些基因在暴露于辐射时变得更加活跃。这些过程表明存在一种复杂的防御系统，可以保护 DNA 免受辐射造成的损害并修复确实发生的断裂。

作者希望他们的发现可以用于保护宇航员在太空任务期间免受辐射、清理核污染或改善癌症治疗。

该研究的合著者、北京生命组学研究所的分子和细胞生物学家张凌强说：“这一发现可能有助于提高人体细胞的抗应激能力，这将有利于接受放射治疗的患者。”

保护基因

大约六年前，张和他的同事前往中国河南省伏牛山采集苔藓样本。在实验室和显微镜下，他们发现了一种以前未记录的缓步动物物种，并将其命名为 Hypsibius henanensis。基因组测序显示该物种拥有 14,701 个基因，其中 30% 是缓步动物所独有的。

当研究人员将河南人暴露于 200 和 2,000 戈瑞的辐射剂量（远远超出人类生存能力）时，他们发现涉及 DNA 修复、细胞分裂和免疫反应的 2,801 个基因变得活跃。

北卡罗来纳大学教堂山分校的细胞生物学家鲍勃·戈德斯坦（Bob Goldstein）对缓步动物进行了 25 年的研究，他说：“这就像在战时，工厂经过改造，只生产弹药。这几乎达到了基因表达被重新设计的水平。” “我们对生物体如何改变其基因表达从而为某些基因产生如此多的转录本感到着迷。”

其中一个名为 TRID1 的基因编码一种蛋白质，可通过将特殊蛋白质募集到受损部位来帮助修复 DNA 中的双链断裂。 “据我所知，这是一种新基因，还没有人研究过，”戈德斯坦说。

研究人员还估计，0.5-3.1% 的缓步动物基因是通过水平基因转移过程从其他生物体获得的。一种名为 DODA1 的基因似乎来自细菌，它允许缓步动物产生四种类型的抗氧化色素，即甜菜红素。这些色素可以中和辐射在细胞中引起的一些有害反应化学物质，这些化学物质占辐射有害影响的 60-70%。

作者用一种缓步动物甜菜红素处理人类细胞，发现这些细胞比未经处理的细胞更能耐受辐射。

无有效期

研究使缓步动物能够忍受其他极端条件（例如高温、空气匮乏、脱水和饥饿）的分子机制可能具有深远的应用。例如，它可以延长疫苗等敏感物质的保质期。 “所有的药物都有有效期——缓步动物没有，”戈德斯坦说。

哥本哈根大学动物生理学家 Nadja Møbjerg 补充道，比较不同缓步动物物种之间的这些机制是这项研究的重要组成部分。 “我们对现存的不同种类的缓步动物还没有足够的了解，”她说。

戈德斯坦说，这些动物具有“丰富的保护性化合物，可能会提供更有趣和有用的见解”。 “我们想了解它们是如何工作的以及它们有什么潜力。”

1. 李. L.等人。科学 386，eadl0799 (2024)。

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