作者:新宇
脱水、极端温度等环境压力下,缓慢的动物为了减少表面积,蜷缩起来,新陈代谢几乎停止。
图片来源:STEVE GSCHMEISSNER
缓步动物是一种微小的八足动物,也被称为水熊虫,是已知的适应性最强的动物。它们生活在世界各地的苔藓中,这使它们拥有另一个名字——苔藓小猪。
近日,科学家第一次从原子层面对其如何在极端压力下生存进行了研究,相关成果发表于《科学报告》。
在脱水或极端温度等环境压力下,缓步动物会进入“隐生状态”,它们蜷缩起来以缩小表面积,形成所谓的“tun”状态,新陈代谢几乎停止。在这种状态下,它们可以在无水的情况下生存几十年,忍受高剂量的伽马射线和X射线辐射,并能在-272℃~150℃的温度下生存。此外,它们还在太空的真空中轻松度过了10天。
在其他大多数生物体中,这类环境压力会破坏细胞中的DNA,但缓步动物有一种损伤抑制蛋白(Dsup),能以某种方式保护DNA。西班牙马德里植物生物技术和基因组学中心Marina Minguez-Toral团队对Dsup和DNA之间的相互作用进行了模拟,并作出了解释。
该团队模拟了一个由两个Dsup分子和DNA组成的系统,该系统由超过75万个原子组成,需要在超级计算机上“日复一日”地运行。“每个原子的运动方程必须被求解5000万次才能得到持续100纳秒的模拟。”Minguez-Toral说。
研究人员表示,模拟系统中蛋白质所有原子及其静电的相互作用表明,Dsup蛋白质“本质上是无序的”,而且高度灵活,这使得它能够调整其结构以精确适应DNA的形状。
Minguez-Toral表示,正负电荷吸引下的静电效应决定了Dsup在与DNA相互作用时结构变化的动力学。“我们相信这种电屏蔽对保护DNA免受辐射影响是至关重要的。”
明确缓步动物如何忍受极端环境非常有用。“目前我们正在积极研究相关原理在稳定药物和抗逆性作物上的作用。”美国怀俄明大学Thomas Boothby说。
其他可能的应用包括癌症治疗以及未来技术应用。Boothby说,下一阶段将改造其他生物体中的所有细胞,蛔虫和果蝇似乎是很好的候选体。
然而,Minguez-Toral和同事Luis Pacios指出,目前尚不明确Dsup进化的原因,在开始考虑改造整个生物体细胞之前,需要先弄清这一点。(辛雨)
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