微小的缓步动物 - 也被称为水熊和苔藓小猪 - 具有许多奇怪的特性,包括能够承受大量的辐射,温度范围从150°C (302°F) 至接近绝对零,压力是最深海沟的六倍。
他们可以有太空中的性爱, 是在被冷冻了几十年之后,它们看起来像这样。 是的,缓步动物不可思议且坚不可摧,现在科学家们已经找到了如何将其形成活玻璃的独特能力传授给其他生物体。
如果您不熟悉这种特殊的缓步动物的超能力,那么多年来,科学家们一直在试图弄清楚这些微生物如何能够在多年的极度干燥和近 100% 的失水情况下生存。
北卡罗来纳大学的托马斯·布思比(Thomas Boothby)表示:“它们可以在干燥状态下保持数年甚至数十年,当你将它们放回水中时,它们会在数小时内复活。”告诉纽约时报。
“它们又开始到处乱跑、进食、繁殖,就像什么都没发生一样。”
人们认为他们的生存依赖于一种叫做海藻糖的糖,这是丰年虾或海猴在干燥过程中用来保存细胞的方法。
但研究表明,干涸的缓步动物中的海藻糖含量比丰年虾中的海藻糖含量低得多,因此这并不是解决方案。
事实证明,布斯比和他的同事们结果比任何人想象的都要奇怪——缓步动物会产生一种特殊类型的“生物玻璃”,使它们的必需蛋白质和分子处于悬浮状态,直到它们重新水化恢复生命。
因此,水熊虫在干燥时会将自己包裹在活玻璃中,而普通的水会将它们的蛋白质融化回正常状态,并使它们脱离假死状态。
自从确定了负责生产这种生物玻璃的蛋白质(称为本质无序蛋白质(IDP))后,布斯比和他的团队发现他们可以改造其他生物来携带这些蛋白质并在干燥中生存。
顾名思义,本质上无序的蛋白质在正常条件下是无形的且高度灵活,但当发生极端干燥时,它们的生产就会进入超速状态,并重新排列成固体生物玻璃。
当缓步动物开始失水时,这些新形成的 IDP 玻璃结构以特定的蛋白质、分子和其他重要细胞部分为目标,并将它们包裹在坚硬的保护性包膜中,这样它们就不会在干燥过程中散开。
当缓步动物接触到水时,玻璃就会融化,IDP 就会恢复到松软、随机的状态。
奇怪的是,这些蛋白质对于缓步动物在干燥条件下生存至关重要,但是当布斯比和他的团队改造水熊体内的 IDP 水平较低时,他们对其他压力(例如冰冻)的抵抗力。
当研究小组将这些基因插入活酵母和细菌中时,他们发现 TDP 可以保护它们免受极端干燥的影响,就像缓步动物一样。
“需要 TDP 来保护缓步动物本身免受干燥,但当放入细菌和酵母中时,它们也会增加干燥耐受性,”布斯比告诉 Gizmodo 的乔治·德沃斯基。
“令人惊讶的是,TDP 即使在试管中也足以保护纯化的生物材料,如干燥敏感酶。它们形成的玻璃状固体被认为可以覆盖干燥敏感分子,并从物理上防止它们分裂、展开或融合。”
当我们听说这项工作时,我们不能对结果太兴奋,因为它们尚未经过独立核实通过同行评审。
该团队的研究结果现已正式发布,这意味着我们已经掌握了概念验证,可以让这种缓步动物的超级能力为我们工作。
当我说“我们”时,这实际上是一种可能性,因为虽然酵母和细菌不是世界上最令人兴奋的生物体,但有迹象表明 TDP 也可以在更大、更复杂的生物中发挥作用。
当团队决定在专门设计的基因中表达控制 IDP 产生的基因时人上皮细胞(HeLa),他们发现它在干燥时会产生生物玻璃。
去年还有一个单独的实验还发现,保护缓步动物免受大量辐射的蛋白质可以转移到人类细胞培养物中,这确实令人难以置信。
其他潜在的应用包括开发能够在严重、长期干旱中生存的作物,甚至是最终可以在室温下储存而不需要不断冷藏的药物——这使得偏远和发展中社区的供应变得极其困难。
“能够在干燥状态下稳定敏感药物对我个人来说非常重要,”布斯比说。
“我在非洲长大,偏远地区缺乏制冷是一个大问题。这些现实世界的应用是促使我研究缓步动物的原因之一。”
该论文已发表于分子细胞。