五十年前,科學家們發現了一種微生物,它能夠耐受罐頭肉中的輻射,這些罐頭肉曾受到伽馬射線的轟擊。這種微生物被命名為Deinococcus radiodurans——或“耐輻射的奇異漿果”[右圖所示]——它可以承受高達人類致死劑量 500 倍的輻射。這些劑量會像在人類中一樣,擊碎D. radiodurans的 DNA,但這種微生物可以在數小時內修復其破碎的 DNA 並恢復生機,具體時間取決於劑量。法國的研究人員最終確定了這種最持久的極端微生物是如何做到這一點的。“我們發現了臨床死亡細胞復活的機制,”法國國家健康與醫學研究院 (INSERM) 的米羅斯拉夫·拉德曼解釋說,該機構是法國的公共生物醫學研究機構。“這種極端的抗輻射性只是其選擇抗乾燥性的副產品。”
乾燥和輻射都會將D. radiodurans的染色體分解成短的 DNA 片段。拉德曼和他的同事用一百萬拉德的伽馬射線轟擊這種微生物,這足以對食物進行消毒,但遠低於D. radiodurans的耐受閾值。儘管如此,它的染色體還是分解成了短的 DNA 鏈。在接下來的一個半小時裡,細胞看起來已經死亡,但到三個小時結束時,D. radiodurans的染色體被重新組裝並完全發揮功能。
對這一奇蹟的仔細觀察表明,DNA 合成正在起作用,其中每個片段都充當模板,並透過去除受損的末端並與序列核苷酸部分匹配的片段重疊來延伸自身——所有這些都在一種名為 PolA 的酶的幫助下完成。最終,這導致了單條長的修復 DNA 鏈,其長度是最長的D. radiodurans DNA 重複序列的 30 倍。
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但是,只有當新發現過程的第二階段開始發揮作用時,這種單條長的 DNA 鏈才對微生物的復活起作用:沃森和克里克幾十年前發現的簡單配對——腺嘌呤 (A) 與胸腺嘧啶 (T) 結合,胞嘧啶 (C) 與鳥嘌呤 (G) 結合。透過插入一種只能與單鏈 DNA 結合的特殊版本的胸腺嘧啶核苷酸——稱為 5-溴脫氧尿苷——研究人員可以觀察到單鏈與互補鏈結合形成完整的染色體。“一旦染色體發揮功能,所有細胞成分的合成就開始了,細胞生命就回來了,”拉德曼說。
根據 9 月 28 日線上發表在《自然》雜誌上的論文,這個被稱為擴充套件的合成依賴性鏈退火的過程解決了D. radiodurans如何從輻射中倖存下來並修復其造成的損害之謎。它還表明,這種頑強的微型細菌在這樣的恢復過程中合成 DNA 的速度實際上比其自身正常的複製速度更快。但統一服務大學健康科學系的邁克爾·戴利指出,它並沒有解決像 PolA 這樣的常見酶在D. radiodurans中比在其他被輻射永久殺死的微生物中工作得更好的謎團。
儘管如此,科學家們現在更接近於理解這種“奇異漿果”的非凡力量,並可能將其投入使用。“因為Deinococcus可以死而復生,我喜歡夢想它可以教會我們如何復活死亡的神經元,”拉德曼說。“此外,我會把它送到無菌星球上播撒生命——定向泛種論。” 這種微小的極端微生物可能肩負重任。