最強生物「クマムシ」は、DNAに電気シールドを張って放射線を遮断すると判明

クマムシは放射線に対してヒトの1000倍の耐性がある/Credit:depositphotos

クマムシは地球上で最強の耐性を持つことが知られています。

絶対零度に近いマイナス272℃から水の沸点を上回る150℃までの温度を生き延び、極度の脱水状態であっても細胞質をガラス化することで細胞の形を保ちます。

また高線量の放射線にも耐えて、宇宙空間で10日間も生き延びたことがあります。

現在知られている地球のどの多細胞生命も、クマムシに匹敵する耐性を持ち合わせていません。

今回、そんな無敵生物クマムシの耐性の秘密に迫る研究が行われ、驚きの生態が明らかにされました

クマムシのDNAは特殊なタンパク質(Dsup)で保護されている

脱水して仮死状態になるとクマムシは小さく縮こまる/Credit:Nature communications

極端な温度や放射線は、生物のDNAを破壊してしまいます。

ですがクマムシは脱水時に、上の図のような「tun」と呼ばれる仮死状態になることで、生き延びることが可能です

tun状態では細胞質はガラス化して乾燥に強くなり、DNAはダメージサ抑制タンパク質(Dsup)と呼ばれる特殊なタンパク質でコーティングされることで高い耐性を持つようになります。

強靭すぎるクマムシ、ついに極限環境を生き抜くメカニズムが判明 – ナゾロジー

2016年に日本の研究者らは、このクマムシの耐性遺伝子(Dsup)をヒトの細胞に組み込むことで、ヒト細胞の放射線耐性を劇的に向上させることに成功しています。

しかしながら、Dsupがどのような仕組みでDNAを保護するのか、その詳細な分子メカニズムはまだわかっていませんでした

そこでスペインの研究者たちは、DsupとDNAの相互作用をスーパーコンピューターを用いてシミュレートすることにしたとのこと。

結果、意外な事実が判明します。

クマムシの特殊なタンパク質(Dsup)はDNAに「電気シールド」を提供する

中央の赤いラインがDNAでその周りに2つのDsupが取り囲んでいる/Credit:SCIENTIFIC REPORTS

何日にもわたる演算の結果、ダメージ抑制タンパク質(Dsup)は「基本的に無秩序」であり、高い柔軟性を備えていることがわかりました。

またこの無秩序さと柔軟性の高さによって、Dsupは上の図のようにDNAの形状にフィットして結合することができたのです。

DNAは負に帯電する一方でDsupは正に帯電している/Credit:SCIENTIFIC REPORTS

さらにDsupの結合によってDNAの周囲には上の図のような特殊な電界線が形成されることが判明しました。

この電界線が電気的なシールドとなり、放射線やフリーラジカルからDNAを電気的に遮断していると考えられます。

なぜクマムシはそこまでの耐性を持つのか?

なぜクマムシは高い耐性を持つ必要があったのだろうか?/Credit:depositphotos

本研究により、DsupがDNAと非特異的に結合し、DNAを放射線や活性酸素のダメージから守るために、構造的なサポートだけでなく、電気的なシールドを提供していたことが示唆されました。

Dsupは日焼け止めのようにDNAを保護し、クマムシの不死性を高めていたのです。

しかしながら、クマムシの生存能力は地球で生活するにあたって、オーバースペックと言えます。

普通の地球上の多細胞生物にとって、宇宙空間で10日間以上で生き延びる能力は不要です。

同様に宇宙放射線への耐性や絶対零度から150℃を超える幅広い温度で生き延びる能力も余剰でしょう。

これらの能力が脱水状態に対する耐性を高めていった結果として得られた副産物なのか……あるいはかつてクマムシはこれらのスペックが要求される環境に晒された可能性も考えられます。

その環境は真空であり、強烈な放射線が飛び交い、絶対零度と水沸点を超える温度だったのかもしれません。

一般に、そのような環境は安定した大気の存在する地球ではなく、宇宙に存在します。

クマムシが宇宙で進化したかどうかはわかりませんが、いずれにしても、有り余るスペックの出所は今後も探求の対象になるでしょう。

 

研究内容はスペイン、植物バイオテクノロジーおよびゲノミクスセンターのMarina Mínguez-Toral氏らによってまとめられ、8月7日に学術雑誌「SCIENTIFIC REPORTS」に掲載されました。

A computational structural study on the DNA-protecting role of the tardigrade-unique Dsup protein
https://www.nature.com/articles/s41598-020-70431-1

クマムシを乗せた探査機が月に墜落! まさか月面で繁殖…?

クマムシのDNAを人に組み込む計画が進行中

【編集注 2020.08.25 15:45】
記事内容に一部誤字があったため、修正して再送しております。
reference: newscientist / written by katsu
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