@ 2017.03.25 , 13:00

水熊不惧干燥的秘密

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这种显微镜下方能观察的缓步类动物也被为水熊、缓步动物门或者小美,其布偶似的外观和在绝大多数生物无法生存的极端环境下的生存能力,吸引了科学家们近250年的注意力。其中一项能力就是能在脱水情况下生存几十年甚至更久。在3月16日的分子细胞杂志上,一个科学家团队刊文称这种生存能力的秘密在于一套独特的蛋白质,并将其称为缓步类固有无序化蛋白质(TDPs)。

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隐生状态下的6只水熊的扫描电子显微照片。在干燥情况下水熊将腿和头缩回角质层中,形成球状的圆桶。

教堂山北卡罗来纳大学生命科学研究基金会博士后、研究第一作者Thomas Boothby说:“我们的研究最重要的发现是水熊拥有干燥环境下生存的独特基因。此外,还可利用这些基因编码的蛋白质保护其他生物材料,比如细菌,酵母,特定的酶等。”

曾经很长一段时间里,科学界认为海藻糖赋予了水熊忍受干燥的能力。在很多耐干燥的生物体中均发现了海藻糖,如酵母,丰年虾以及某些线虫。但对水熊的生物化学研究发现水熊中只有很少海藻糖或者根本没有,并且基因测序也没有发现合成这种糖所需要的酶对应的基因。Boothby说:“那么问题就是‘如果水熊不依赖海藻糖在干燥中生存,他们靠的是什么?’”于是他和他的团队开始对此进行研究。


DIC显微镜下的小斑水熊虫样例

研究的第一步是观察在各种条件下的活跃基因:失重,干燥,冰冻。研究者确定了当水熊开始脱水时表达水平上调的基因,这些基因编码的蛋白质TDPs是一类固有无序化蛋白质(IDPs)。IDPs不同于其他蛋白质,不存在固定的三维结构。此后,研究团队又对其他两种水熊进行了研究,发现了相同的基因。其中一种水熊的相关基因一直维持高水平表达,对干燥环境的适应速度比其他两种更快。对此Boothby说:“我们认为这是因为它早已经合成了很多这种蛋白质,因此不需要时间再去重新合成。”

为了核实的确是这些TDPs赋予了水熊这种独特的能力,研究者将相应基因植入酵母和细菌中,实验结果证实TDPs的确保护了这些生物体。


DIC显微镜下的水熊

海藻糖在其他生物体脱水的时候形成玻璃状的固体,使得这些生物体得以存活。Boothy等发现TDPs也会形成类似的玻璃状固体,一旦被打破就会造成防护能力的下降。

Boothy说:“TDPs有很多有潜力的用途,包括保护干旱时期的作物和保护需要冷冻储藏的药物。将敏感药物稳定在干燥状态下对我个人来说十分重要。我在非洲长大,那里的边远地区缺乏冷藏室。这些实际应用是促使我研究水熊的动力之一。”

本文译自 phys,由译者 CliffBao 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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