一种特殊蛋白，让水熊虫拥有非凡能力！

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  极限生存冠军  


在漫长的进化过程中，生命发展出各种“生存绝技”来应对极端恶劣的环境。例如，一些极端微生物（如古菌和细菌）不仅能在深海中沸腾的热液喷口旁生存，还能在北极极寒中顽强活下去。


水熊虫（缓步动物）就是其中一种“极限生存高手”。这种体型微小的无脊椎动物几乎遍布多种生态环境。无论是在接近绝对零度的低温，还是超过100°C的高温环境下，它们能够生存。它们对辐射的耐受力极高——能扛住大约是哺乳动物耐受上限的1000倍！


水熊虫之所以能做到这一点，其中一个关键原因是它们具备一种叫做“失水蛰伏”（anhydrobiosis）的状态。当水熊虫进入这种状态时，体内的水分会几乎完全被抽干，让它们在极端环境下如“休眠”般存活下来。


这让科学家曾一度以为，只要水熊虫脱水，就能获得抗辐射能力。然而，后续的一些研究发现，有些水熊虫即使在体内仍含有水分的情况下，也能展现出惊人的抗辐射能力。这意味着，它们一定还藏着其他不为人知的保护机制。


这一发现让科研界大受震动，并迅速掀起了探索“水熊虫抗辐射秘诀”的研究热潮。




  Dsup：水熊虫的DNA“守护神”  


在一项发表于2016年的研究中，一个研究团队对水熊虫的基因进行测序后，发现了一种只存在于水熊虫体内的基因。研究显示，这个基因是水熊虫拥有超强抗辐射能力的关键因素之一。


这个基因负责编码一种会进入细胞核的特殊蛋白质。这种蛋白质与科学界已知的其他蛋白几乎没有相似之处。科学家预测，这种蛋白属于“无固定结构”的类型，也就是所谓的固有无序蛋白。简单来说，它不像很多蛋白那样有明确的三维形状，更像是一条柔软、能随时变换形状的“丝带”。研究人员推测，正是这种“柔软”的特性，赋予了它保护DNA的能力。也因此，这种蛋白被命名为“损伤抑制因子”，简称Dsup。


在后续的一些研究中，科学家发现，当他们让一些哺乳动物的细胞也能表达Dsup蛋白质后，这些细胞也表现出更强的抗辐射能力，能够保护细胞免受电离辐射和紫外辐射引起的DNA损伤。




  水熊虫抗辐射的秘密  


自那以后，全球研究人员一直致力于弄清Dsup究竟是通过什么机制发挥作用的。针对Dsup保护DNA免受辐射损伤的非凡能力，科学家提出了多种可能的机制解释。


有科学家认为，Dsup更像是一个“盾牌”。在这样的模型中，Dsup会包裹住DNA，形成物理屏障，从而阻挡辐射直接作用于DNA。还有科学家认为，Dsup可能会增强细胞的DNA修复机制，在损伤造成严重后果之前就将其修复。


然而，这些模型得到的实验支持程度不一，目前仍没有任何一种解释能在学界达成广泛共识。事实上，这几种机制很可能是并行存在的。由于Dsup不仅能抵御多种类型的辐射，还能抵御辐射损伤所产生的有毒副产物，因此这种神秘蛋白很可能具备多重功能。




  Dsup是如何保护DNA的  


在一项新研究中，为了弄清楚Dsup究竟是如何保护DNA的，生物化学家Tyler Woodward和Todd Washington借助多种实验和计算方法，对这种蛋白的基本特性和结构进行了深入分析。


研究发现，Dsup本身并没有固定的三维结构；在溶液中，它通常以单体形式存在，而且在未与DNA结合时会处于一种松散、无序的状态，就像是浸在水中的面条，不断摆动、弯曲，呈现多种动态构型。

Dsup的结构示意图。（图/Tyler Woodward，CC BY-SA）

此外，他们还发现Dsup会与DNA发生强烈的相互作用：无论是单链DNA还是双链DNA，Dsup都能与其紧密结合，而且不是只在某一个位置结合，而是沿整条DNA链进行结合。


更有意思的是，当Dsup与DNA结合后，它会使DNA双链略微松开，就像拉链被轻轻松动一样。这种轻微的解链可能会降低DNA在辐射暴露时受损的概率。


研究人员推测，Dsup之所以能保护DNA，是因为它的一些关键结构会与DNA产生特殊的相互作用，这种作用会微调DNA结构，让它更不容易受到损伤。

Dsup保护DNA的示意模型。（图/Woodward et al. / Journal of Molecular Biology）

  从医学到太空的跨领域潜力  


目前，科学家正在探索Dsup是否可应用于医学领域，尤其是在DNA损伤起关键作用的疾病中。由于几乎所有癌症都与DNA损伤密切相关，因此一些科学家认为，Dsup以及受Dsup启发而研发出的疗法，将有望在未来用于阻止细胞癌变。

水熊虫正是“小而强”的代表。（图/Frank Fox／Wikimedia Commons，CC BY-SA）

除此之外，Dsup还可能在农业、太空探索，甚至数据存储方面发挥影响。当科学家通过基因工程让水稻和烟草产生Dsup时，这些植物表现出更强的抗辐射能力——这一令人振奋的结果表明，Dsup有望用于降低农作物的辐射损伤。


在太空生物学领域，Dsup或许能帮助宇航员抵御强烈的宇宙辐射，从而突破长期太空任务所面临的关键限制。


更具未来感的是，一些科学家正在研究如何利用水熊虫等生物来实现超高稳定性的数据存储。未来，人们可将数字信息转换为DNA序列，并通过基因工程方式嵌入水熊虫基因组中。届时，Dsup便可帮助保护这些数据，使其在极端条件下仍能安全存在。

#参考来源：

https://doi.org/10.1016/j.jmb.2025.169490

https://theconversation.com/water-bears-survive-cosmic-radiation-with-one-dna-protecting-protein-learning-how-could-boost-human-resilience-too-268057

#图片来源：

weili0677

水熊虫：地球最强打工人，抗造还多能

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