Science最新发文：“外星生物”水熊虫抗辐射的秘密！

教育 2024-10-25 19:23 广东

水熊虫想必大家都有所耳闻，号称“世界上生命力最强的生物之一”，以下为百度百科的介绍，非常神奇的一种生物。

水熊虫（缓步动物）是一种微小的无脊椎动物，体长通常不超过1毫米。它们以其顽强的生命力和对极端环境的耐受能力而著称，被誉为“极端生命体”。

- **高温和低温**：水熊虫可以在高达150℃和低至-200℃的温度下存活。

- **高压**：它们能够承受600兆帕的压力，相当于最深海沟水压的6倍。

- **辐射**：水熊虫可以耐受高达5700戈瑞的辐射强度，这远远超过人类的致死剂量。

- **真空**：它们甚至可以在外太空的真空环境中生存。

甚至有人猜测“水熊虫可能是外星生命的代表,来自遥远的星际”，水熊虫身上充满了太多的秘密，破译了它也许就掌握了永生的秘密，因此科学界对它也充满了好奇！

近日（2024年10月25日）我国学者在Scicece上发文揭示了水熊虫（tardigrades）对极端环境尤其是高辐射条件下的耐受机制。非常有意义的研究，出于好奇，今天就给大家简单解读一下。

Title：Multi-omics landscape and molecular basisof radiation tolerance in a tardigrade

Doi：10.1126/science.adl0799

研究背景

水熊虫是一种小型节肢动物，以其在极端环境下的生存能力而闻名，包括对超高辐射的耐受性。它们能够承受高达3000到5000格瑞（Gy）的伽马射线辐射，这大约是人类致死剂量的1000倍。然而，水熊虫的辐射耐受机制尚不清楚。

研究方法

为了揭示水熊虫的辐射耐受机制，研究团队采用了一种多组学数据挖掘策略，整合了基因组学、转录组学和蛋白质组学的数据。具体步骤如下：

1. 基因组注释：获得了新发现的耐辐射物种 Hypsibius henanensis sp. nov. 的染色体水平基因组，并进行了详细注释。

2. 差异分析：通过重离子辐射（12C6+）处理后的转录组和蛋白质组分析，鉴定了2801个差异表达基因（DEGs）。

3. 功能验证：利用生化和细胞实验方法验证了这些关键分子的功能作用，并深入探讨了其背后的分子机制。

H. henanensis sp. nov. 赋予放射耐受性的机制示意图。上部面板显示了 H. henanensis sp. nov. 的电子显微镜图像和多组学分析的示意图。下部面板展示了三种关键的放射耐受性机制。本研究中经过彻底的功能和机制实验的基因用红色突出显示。PCG，蛋白质编码基因；m/z，质量电荷比；CI，复合体I；CIII，复合体III；NADH，NAD+的还原形式。

研究结果

研究团队从三个不同角度揭示了 Hypsibius henanensis sp. nov. 的辐射耐受机制：

1. 水平基因转移（HGT）：水平基因转移可能是水熊虫进化过程中一个重要的事件，显著促进了其辐射耐受性的形成。

2. DNA修复蛋白：研究发现了一种名为 TRID1 的水熊虫特异性蛋白，该蛋白通过液-液相分离（LLPS）增强DNA修复蛋白在双链断裂（DSB）位点的募集，从而提高辐射耐受性。

3. NAD+再生和PARylation：线粒体蛋白 BCS1a 和 NDUFB8 通过促进NAD+再生和PARylation（聚腺苷二磷酸核糖基化），增强了DNA修复效率，从而提高了辐射耐受性。

Fig 1：假定的DODA基因水平转移

实验验证

1. TRID1的功能验证：通过克隆形成和免疫荧光实验，证实了 TRID1 蛋白在辐射暴露后具有保护作用，而其突变体 TRID1-DPrLD 则没有这种效果。

2. NAD+再生和PARylation的作用：通过过表达 BCS1a 和 NDUFB8，研究团队观察到细胞内的NAD+水平增加，PARP1的自PARylation和DNA修复蛋白的募集增强，进一步验证了这些蛋白在辐射耐受中的重要作用。

讨论

水熊虫在极端条件下的生存能力不断重塑我们对生命极限的理解。本文的研究不仅揭示了水熊虫的辐射耐受机制，还为开发新的辐射防护策略提供了潜在的靶点。

篇幅所限，有兴趣的网友可去阅读原文。

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原文网址：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adl0799

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