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“杀不死”的细菌

发布时间: 2019-03-26 13:51:03   作者:本站编辑   来源: 本站原创   浏览次数:        字号:[ 常规 ]

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一旦遇到适宜的环境,它立刻重现勃勃生机,这是怎样一个死而复生的奇迹?半个世纪以来,人们提出各种假说,希望能解释它不死的“超能力”,但都没有得到证实。直到最近,终于有一位科学家揭示了这其中的奥妙所在,那便是:一种闻所未闻的基因组修复机制。

它的生命力如此之顽强,不论是将它暴露在5 000倍于足以置人类于死地的放射剂量中,还是强度100倍于足以绝杀大部分生物于死地的紫外线照射下;或在沙漠的强烈日照中暴晒数月;或者送至–45℃的超低温环境中;甚至泼上强效杀菌药剂双氧水……任凭尝试种种办法,你还是无法将它杀死。它“不死”的秘密其实也很简单,那就是——“复活”。 

63年前的发现

1956年,在美国的俄勒冈州的科瓦利农业实验站,生物学家亚瑟·安德森对一批肉罐头进行了伽马射线杀菌实验。实验中使用了一般灭菌剂量的4倍。但是,几周后,罐头里的肉还是变质了。事后发现的罪魁祸首是一种直径为1~2微米的红色细菌。这种细菌后来被命名为“奇特的耐辐射浆果”,中文译名为“耐辐射奇球菌”。人们还送给它一个外号:“细菌中的野蛮人柯南”,因为它和这个电影中的幻想人物一样生命力顽强。此后,耐辐射球菌的不死秘密就使它成了实验室中的研究对象。

学家们为了解开它“不死”的秘密,可谓绞尽了脑汁。在地球上各个角落的土壤中几乎都可以找到耐辐射奇球菌的影子,哪怕寒冷如南极洲冰谷的花岗岩石,或者炎热似土耳其干燥荒芜的大沙漠。最神奇的是,耐辐射奇球菌和其他具有强抵御力的细菌不一样,它竟然完全没有自我保护措施。缺少了外壳和荚膜的阻隔保护,外界的“攻击”长驱直入,等待耐辐射奇球菌的下场和普通细胞一样:基因组断裂。但是不同寻常是,只需3小时它就能完成基因组4条DNA单链的分子重建工作。为了揭开耐辐射奇球菌重组DNA的奥秘,近年来,研究人员对它的DNA序列进行了解码工作,但是一直未取得突破性进展。

直觉告诉研究人员,耐辐射奇球菌基因组的重建过程,一定是利用了DNA分子双螺旋结构上碱基的互补配对原则。DNA分子就像两条粘在一起的尼龙搭扣,每个分子两条单链上的碱基排列都精确地遵守碱基互补配对原则。一条单链上的每一个碱基都能与另一条链上对应位置的碱基通过氢键结合。这样,当一条单链遇到自己的“另一半”时,它们依靠碱基对的紧密结合构成著名的双螺旋结构。如果耐辐射奇球菌在断裂发生后,能够有某些特别的方法,使得DNA的片段断裂处的部分碱基被抛弃或降解,仅保留单链结构,那么接下来,断裂处的单链就可以与没有遭到破坏的完好的单链结合,以之为模板,修复自身断裂处碱基序列,最后使断裂的各个片断重新得到连接。 

耐受力开发前景广阔

理论上,DNA的确可以如此这般完成修复工作,但有一个问题是不容忽视的——即使在该细菌的无数个DNA复本中,损坏的DNA片段断裂处的单链要想“使用模板”,这一段可“使用模板”应该还保持着DNA分子双链结构,不能与需要修复的部分结合,就是说我们可以找到却不能利用这一“修复模板”。要想真正利用它,就必须找到一种解旋酶,控制DNA分子双链的解旋,像拉链一样,在需要的片段将双链分子“拉开”,形成两条单链。幸运的是,耐辐射奇球菌确实拥有一种能够在自身DNA复本中“寻找”碱基序列互补的模板来修复受损部分的重组酶。这种重组酶可以打开DNA分子的双链结构,从而为受损DNA片段与互补单链结合。接着,控制受损断裂部分单链的碱基片断序列也进行修复。在与“模板”分离之后,得到修复的受损DNA片段可以彼此对接,还原为完整的DNA分子。耐辐射奇球菌不断重复这一过程,直到修复所有断裂处的损伤,变成一个完整的DNA分子。但值得一提的是,垂死的细菌是不能够用已经断成数截的DNA来合成它所需要的酶,那么在修复过程中所必需的酶又是从何而来?显然,这个永生之谜还没有被完全解开。

为了证实这一假设,研究小组用荧光法进行了多次实验,观察这种以完好单链为模板的受损DNA碎片自行修复过程是真正存在的,而且断裂处单链的碱基片段又进行了重组,并且很清晰观测到DNA碎片断裂处单链的伸长。耐辐射奇球菌异乎寻常的自身DNA修复功能有没有实用价值呢?研究人员认为这一“超能力”也许能够对阿尔茨海默症及帕金森症的治疗有所帮助。至于其他方向,也可以在对耐辐射奇球菌进行基因修改后,把它们送到火星上,以制造出适宜呼吸阻挡紫外线的大气层。事实上,耐辐射奇球菌也的确能够适应火星环境,吸进CO2并且呼出O2。如果要说它更为实际的用途,可能是在放射性环境——譬如使用过的核武器仓库中,行使其生物修复作用,进行对放射性污染的净化。