水熊不懼乾燥的祕密

類別: 新奇

這種顯微鏡下方能觀察的緩步類動物也被為水熊、緩步動物門或者小美,其布偶似的外觀和在絕大多數生物無法生存的極端環境下的生存能力,吸引了科學家們近250年的注意力。其中一項能力就是能在脫水情況下生存幾十年甚至更久。在3月16日的分子細胞雜誌上,一個科學家團隊刊文稱這種生存能力的祕密在於一套獨特的蛋白質,並將其稱為緩步類固有無序化蛋白質(TDPs)。


隱生狀態下的6只水熊的掃描電子顯微照片。在乾燥情況下水熊將腿和頭縮回角質層中,形成球狀的圓桶。

教堂山北卡羅來納大學生命科學研究基金會博士後、研究第一作者Thomas Boothby說:“我們的研究最重要的發現是水熊擁有乾燥環境下生存的獨特基因。此外,還可利用這些基因編碼的蛋白質保護其他生物材料,比如細菌,酵母,特定的酶等。”

曾經很長一段時間裡,科學界認為海藻糖賦予了水熊忍受乾燥的能力。在很多耐乾燥的生物體中均發現了海藻糖,如酵母,豐年蝦以及某些線蟲。但對水熊的生物化學研究發現水熊中只有很少海藻糖或者根本沒有,並且基因測序也沒有發現合成這種糖所需要的酶對應的基因。Boothby說:“那麼問題就是‘如果水熊不依賴海藻糖在乾燥中生存,他們靠的是什麼?’”於是他和他的團隊開始對此進行研究。


DIC顯微鏡下的小斑水熊蟲樣例

研究的第一步是觀察在各種條件下的活躍基因:失重,乾燥,冰凍。研究者確定了當水熊開始脫水時表達水平上調的基因,這些基因編碼的蛋白質TDPs是一類固有無序化蛋白質(IDPs)。IDPs不同於其他蛋白質,不存在固定的三維結構。此後,研究團隊又對其他兩種水熊進行了研究,發現了相同的基因。其中一種水熊的相關基因一直維持高水平表達,對乾燥環境的適應速度比其他兩種更快。對此Boothby說:“我們認為這是因為它早已經合成了很多這種蛋白質,因此不需要時間再去重新合成。”

為了核實的確是這些TDPs賦予了水熊這種獨特的能力,研究者將相應基因植入酵母和細菌中,實驗結果證實TDPs的確保護了這些生物體。


DIC顯微鏡下的水熊

海藻糖在其他生物體脫水的時候形成玻璃狀的固體,使得這些生物體得以存活。Boothy等發現TDPs也會形成類似的玻璃狀固體,一旦被打破就會造成防護能力的下降。

Boothy說:“TDPs有很多有潛力的用途,包括保護乾旱時期的作物和保護需要冷凍儲藏的藥物。將敏感藥物穩定在乾燥狀態下對我個人來說十分重要。我在非洲長大,那裡的邊遠地區缺乏冷藏室。這些實際應用是促使我研究水熊的動力之一。”

本文譯自phys,由譯者CliffBao基於創作共用協議(BY-NC)釋出。

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