缓步动物，俗称水熊虫，极其耐受极端环境，包括承受比人类致命剂量高出近 1000 倍的辐射。这类八足微小生物主要生活在淡水沉渣、潮湿土壤以及苔藓中，少数种类生活在海水的潮间带。目前已知的缓步动物种类约有 1500 种，但只有少数种类得到充分研究。

缓步动物门具有全部四种隐生性，即低湿隐生、低温隐生、变渗隐生及缺氧隐生，能够在恶劣环境下停止所有新陈代谢。因此，它们被认为是生命力最强的动物。在隐生的情况下，一般可以在高温（151°C）、接近绝对零度（-272°C）、高辐射、真空等环境下生存数分钟至数日不等。

近日，军事科学院军事医学研究院张令强团队和杨冬团队，联合陕西学前师范学院王立志等国内相关研究团队在 Science 发表题为“Multi-omics landscape and molecular basis of radiation tolerance in a tardigrade”的研究论文，对一种新物种的基因组进行了测序，并揭示了缓步动物具有非凡适应力的分子机制。有望帮助保护宇航员在太空任务期间免受辐射、清除核污染或改善癌症治疗。

大约六年前，张令强及其同事在河南采集了苔藓样本，并在显微镜下发现了一种以前从未记录过的缓步动物物种，他们将其命名为河南高生熊虫（Hypsibius henanensis）。基因组测序显示，该物种有 14,701 个基因，其中 30% 是缓步动物独有的。

当研究人员将这种水熊虫暴露于 200 至 2000 戈瑞的辐射剂量。通过重离子辐射后的转录组和蛋白质组差异分析，发现与 DNA 修复、细胞分裂和免疫反应有关的 2801 个基因变得活跃。

在对这些基因进行进化和功能分析的基础上，作者从三个不同的角度描述了放射耐受机制：首先，水平基因转移 (HGT) 可能是对缓步动物超高抗辐射能力的形成有重要贡献的重要进化事件，缓步动物 0.5–3.1% 基因是通过 HGT 从其他生物体获得的。HGT 是指在不同物种之间进行的遗传物质的交换。

研究人员鉴定了一种名为 DODA1 的基因，似乎来自细菌。它使缓步动物能够产生四种称为甜菜红素的抗氧化色素。这些色素可以清除辐射导致细胞内形成的一些有害反应性化学物质，这些化学物质占辐射破坏效应的 60–70%。

当研究人员用缓步动物的一种甜菜碱处理人类细胞时，发现它们在辐射下的存活能力比未经处理的细胞好得多。

其次，研究人员发现水熊虫特异性的辐射诱导的无序蛋白 TRID1，通过在损伤部位招募特殊蛋白质来帮助修复 DNA 中的双链断裂。“据我所知，这是一个新基因，没有人研究过”。北卡罗来纳大学教堂山分校的细胞生物学家 Bob Goldstein 表示，他已经研究缓步动物 25 年了。

最后，非缓步动物特有的基因也有助于缓步动物的放射耐受性。研究人员发现两种线粒体呼吸链复合物组装蛋白 BCS1 和 NDUFB8 上调，加速 NAD+ 再生，从而实现聚腺苷二磷酸核糖基化 (PARylation)，随后实现 PARP1 介导的 DNA 损伤修复。

这一发现可能有助于提高人体细胞的压力耐受力，使接受放射治疗的患者受益。有望帮助保护宇航员在太空任务期间免受辐射、清除核污染或改善癌症治疗等。

1.https://www.science.org/doi/10.1126/science.adl0799

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