一種特殊蛋白，讓水熊蟲擁有非凡能力！

極限生存冠軍

在漫長的進化過程中，生命發展出各種“生存絕技”來應對極端惡劣的環境。例如，一些極端微生物（如古菌和細菌）不僅能在深海中沸騰的熱液噴口旁生存，還能在北極極寒中頑強活下去。

水熊蟲（緩步動物）就是其中一種“極限生存高手”。這種體型微小的無脊椎動物幾乎遍布多種生態環境。無論是在接近絕對零度的低溫，還是超過100°C的高溫環境下，它們能夠生存。它們對輻射的耐受力極高——能扛住大約是哺乳動物耐受上限的1000倍！

水熊蟲之所以能做到這一點，其中一個關鍵原因是它們具備一種叫做“失水蟄伏”（anhydrobiosis）的狀態。當水熊蟲進入這種狀態時，體內的水分會幾乎完全被抽干，讓它們在極端環境下如“休眠”般存活下來。

這讓科學家曾一度以為，只要水熊蟲脫水，就能獲得抗輻射能力。然而，后續的一些研究發現，有些水熊蟲即使在體內仍含有水分的情況下，也能展現出驚人的抗輻射能力。這意味著，它們一定還藏著其他不為人知的保護機制。

這一發現讓科研界大受震動，并迅速掀起了探索“水熊蟲抗輻射秘訣”的研究熱潮。

Dsup：水熊蟲的DNA“守護神”

在一項發表于2016年的研究中，一個研究團隊對水熊蟲的基因進行測序后，發現了一種只存在于水熊蟲體內的基因。研究顯示，這個基因是水熊蟲擁有超強抗輻射能力的關鍵因素之一。

這個基因負責編碼一種會進入細胞核的特殊蛋白質。這種蛋白質與科學界已知的其他蛋白幾乎沒有相似之處。科學家預測，這種蛋白屬于“無固定結構”的類型，也就是所謂的固有無序蛋白。簡單來說，它不像很多蛋白那樣有明確的三維形狀，更像是一條柔軟、能隨時變換形狀的“絲帶”。研究人員推測，正是這種“柔軟”的特性，賦予了它保護DNA的能力。也因此，這種蛋白被命名為“損傷抑制因子”，簡稱Dsup。

在后續的一些研究中，科學家發現，當他們讓一些哺乳動物的細胞也能表達Dsup蛋白質后，這些細胞也表現出更強的抗輻射能力，能夠保護細胞免受電離輻射和紫外輻射引起的DNA損傷。

水熊蟲抗輻射的秘密

自那以后，全球研究人員一直致力于弄清Dsup究竟是通過什么機制發揮作用的。針對Dsup保護DNA免受輻射損傷的非凡能力，科學家提出了多種可能的機制解釋。

有科學家認為，Dsup更像是一個“盾牌”。在這樣的模型中，Dsup會包裹住DNA，形成物理屏障，從而阻擋輻射直接作用于DNA。還有科學家認為，Dsup可能會增強細胞的DNA修復機制，在損傷造成嚴重后果之前就將其修復。

然而，這些模型得到的實驗支持程度不一，目前仍沒有任何一種解釋能在學界達成廣泛共識。事實上，這幾種機制很可能是并行存在的。由于Dsup不僅能抵御多種類型的輻射，還能抵御輻射損傷所產生的有毒副產物，因此這種神秘蛋白很可能具備多重功能。

Dsup是如何保護DNA的

在一項新研究中，為了弄清楚Dsup究竟是如何保護DNA的，生物化學家Tyler Woodward和Todd Washington借助多種實驗和計算方法，對這種蛋白的基本特性和結構進行了深入分析。

研究發現，Dsup本身并沒有固定的三維結構；在溶液中，它通常以單體形式存在，而且在未與DNA結合時會處于一種松散、無序的狀態，就像是浸在水中的面條，不斷擺動、彎曲，呈現多種動態構型。

Dsup的結構示意圖。（圖/Tyler Woodward，CC BY-SA）

此外，他們還發現Dsup會與DNA發生強烈的相互作用：無論是單鏈DNA還是雙鏈DNA，Dsup都能與其緊密結合，而且不是只在某一個位置結合，而是沿整條DNA鏈進行結合。

更有意思的是，當Dsup與DNA結合后，它會使DNA雙鏈略微松開，就像拉鏈被輕輕松動一樣。這種輕微的解鏈可能會降低DNA在輻射暴露時受損的概率。

研究人員推測，Dsup之所以能保護DNA，是因為它的一些關鍵結構會與DNA產生特殊的相互作用，這種作用會微調DNA結構，讓它更不容易受到損傷。

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

從醫學到太空的跨領域潛力

目前，科學家正在探索Dsup是否可應用于醫學領域，尤其是在DNA損傷起關鍵作用的疾病中。由于幾乎所有癌癥都與DNA損傷密切相關，因此一些科學家認為，Dsup以及受Dsup啟發而研發出的療法，將有望在未來用于阻止細胞癌變。

水熊蟲正是“小而強”的代表。（圖/Frank Fox／Wikimedia Commons，CC BY-SA）

除此之外，Dsup還可能在農業、太空探索，甚至數據存儲方面發揮影響。當科學家通過基因工程讓水稻和煙草產生Dsup時，這些植物表現出更強的抗輻射能力——這一令人振奮的結果表明，Dsup有望用于降低農作物的輻射損傷。

在太空生物學領域，Dsup或許能幫助宇航員抵御強烈的宇宙輻射，從而突破長期太空任務所面臨的關鍵限制。

更具未來感的是，一些科學家正在研究如何利用水熊蟲等生物來實現超高穩定性的數據存儲。未來，人們可將數字信息轉換為DNA序列，并通過基因工程方式嵌入水熊蟲基因組中。屆時，Dsup便可幫助保護這些數據，使其在極端條件下仍能安全存在。

#參考來源：

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

#圖片來源：

封面圖&首圖：Thomas Shahan/Flickr, CC BY-SA