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神八實(shí)驗(yàn)揭秘:線蟲受輻射 太空中長蛋白質(zhì)
閱讀：790 發(fā)布時(shí)間：2011-12-911月18日凌晨，神舟八號(hào)飛船搭載的生物培養(yǎng)箱在神八落地后幾乎是刻不容緩地被送回北京。據(jù)介紹，培養(yǎng)箱中裝載樣品33種，開展了17項(xiàng)空間生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)。如今實(shí)驗(yàn)有了什么進(jìn)展？我們就從中選取幾項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，介紹給您——
神八實(shí)驗(yàn)揭秘
線蟲的太空之旅
我是一條線蟲,但不是你想象中的寄生蟲，你可以叫我的英文名字：C.elegans。我坐著神八飛船，在太空進(jìn)行了長達(dá)十六天半的旅行。
自然狀態(tài)下，我生活在泥土中，以細(xì)菌為食。成年后身長約1毫米，人類在顯微鏡下才能看清。我通體透明，長得不好看?？纱筮B海事大學(xué)環(huán)境系統(tǒng)生物學(xué)研究所孫野青教授和同事們，卻?？湮沂?ldquo;可愛美麗的小天使”，還給我起了個(gè)好聽的名字：秀麗隱桿線蟲。
不是吹牛，我是天生的“航天員”。在空間生命科學(xué)領(lǐng)域，我的家族可謂聲名遠(yuǎn)播。從1975年開始，我的同類就先后搭載美國國家航空航天局的航天飛機(jī)邀游太空。
為什么選擇我們呢？一是因?yàn)槲覀冊(cè)?80℃長期凍存后仍能恢復(fù)活力，是目前已知的*能低溫凍存的多細(xì)胞真核動(dòng)物。我在逆境時(shí)進(jìn)入休眠期，像熊冬眠一樣，不發(fā)育、不吃東西，時(shí)間可以長達(dá)2個(gè)月左右。二是我們基因組很小，僅為人類基因組的3%，但有約40%的基因與人類同源。據(jù)科學(xué)家們說，我們身上很多調(diào)控發(fā)育的基因和人類很相似，一旦研究清楚在空間輻射環(huán)境或空間輻射和微重力同時(shí)存在的環(huán)境下，我們的這些基因是如何變化的，將給航天醫(yī)學(xué)及空間輻射損傷預(yù)警做出巨大貢獻(xiàn)。
因此，我們?cè)谔罩幸邮茌椛?，再把這些輻射損傷的印記帶回來。所以我們?cè)诘孛娌荒苡腥魏螕p傷，坐飛機(jī)時(shí)都不能過安檢，臨上太還要在航天城“集訓(xùn)”兩周，看我們能否順利登艙。
這次上太空，我的“房子”是德國航空航天中心DLR研制的SIMBOX（生物支持系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)盒）內(nèi)的38個(gè)小盒子之一，大約18ml。這么小的空間，卻住了十萬伙伴。SIMBOX可不簡單，它的里面安裝了1g的離心裝置，模擬地球的引力。我們分成兩組，分別被裝入在1g的離心機(jī)上和附近固定的房子里，有些伙伴只接受空間輻射，有的既接受空間輻射又感受微重力的。當(dāng)返回地球后，我們就可以被比較分析變化的差別。我們屏住呼吸，停止發(fā)育，把空間環(huán)境影響的印記盡量留在身上。
接下來我們將繼續(xù)配合孫教授課題組，給人類帶來更多驚喜，大家拭目以待吧!（記者 袁于飛）
放線菌勇闖無重力空間
放線菌是“神八”的另一位旅客，它們比縫衣針尖還要小100倍，卻是中科院微生物所黃英教授的心肝寶貝們。
別小瞧了放線菌！知道抗生素吧？70%是放線菌產(chǎn)生的。它們還是環(huán)境保衛(wèi)者——難降解的塑料、化學(xué)除草劑、殺蟲劑，可能都是放線菌的“美餐”，只要很短的時(shí)間，它們就能消滅這些頑固有機(jī)物。
黃英說，這次送上太空的有三種微生物，*種是放線菌里的經(jīng)典“美人”，它產(chǎn)生的色素像天空般蔚藍(lán)，因此叫天藍(lán)色鏈霉菌，正是出于顏色易于觀察的原因，它是這次上太空的“模特”；第二種是放線菌里的“新人類”，它生命力旺盛，產(chǎn)生抗生素的能力又強(qiáng)又穩(wěn)定，它有個(gè)暫定的名字叫卷須鏈霉菌C；第三種不是放線菌，叫枯草芽孢桿菌，有些洗衣粉里的酶，就是從它的分泌物中提取的。這次，它的命運(yùn)是被兩個(gè)同伴殺死，從而測試它們?cè)谔窄h(huán)境下的抑菌能力。
放線菌被小心翼翼地放進(jìn)通用生物培養(yǎng)箱，箱子保持23℃恒溫和恒定的濕度，連空氣成分都是照搬地球的，并且準(zhǔn)備了充分的營養(yǎng)物。
送上太空，為什么又模擬地球環(huán)境呢？這叫微重力效應(yīng)實(shí)驗(yàn)。地球引力對(duì)生物的影響，經(jīng)常被人們忽視，但確實(shí)存在。比如，樹木之所以能將根深深扎進(jìn)土地里，就是因?yàn)榈厍蛞Φ挠绊?。?duì)于放線菌而言，沒有了地球引力，又會(huì)發(fā)生什么樣的變化？這就是送放線菌上太空的原因所在。
此前科研人員曾在地面模擬微重力效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)它們產(chǎn)生抗生素的周期從1周縮短到4—5天，抗生素的產(chǎn)量也有所增加。
將它們送入太空，就是要看看在真實(shí)的微重力環(huán)境中，它們會(huì)發(fā)生什么變化。事實(shí)證明，在太空的微重力環(huán)境下，放線菌的生長和模擬微重力效應(yīng)環(huán)境下相似，甚至效果更好一些。天藍(lán)色鏈霉菌和卷須鏈霉菌C在太空中肆無忌憚的生長，殺死了更多的枯草芽孢桿菌，這說明它們釋放出的抗生素濃度高于地球上的同類。
中科院微生物所接下來的工作，是進(jìn)一步比對(duì)這些從太空中回來的“貴客”們的細(xì)微模樣和抑菌能力，分析它們的基因性狀，抓緊讓它們“傳宗接代”，看看下一代中會(huì)不會(huì)出現(xiàn)更美更壯的“*”。（記者 詹媛）
太空中長出蛋白質(zhì)
大約10厘米長、4厘米寬、5厘米厚——這個(gè)小黑盒就是由神八攜帶的、用于蛋白質(zhì)晶體生長研究的“秘密武器”。打開這個(gè)“秘密武器”，可以看到120個(gè)排列整齊、大小一致的“小抽屜”，中科院生物物理所研究員倉懷興解釋說，每個(gè)“小抽屜”都裝滿了實(shí)驗(yàn)溶液，實(shí)驗(yàn)溶液中“漂浮”著一根內(nèi)徑1毫米、長12毫米的玻璃毛細(xì)管，毛細(xì)管里裝著蛋白質(zhì)溶液。“我們這個(gè)實(shí)驗(yàn)的主要目的，就是要在太空環(huán)境中讓蛋白質(zhì)溶液與實(shí)驗(yàn)溶液發(fā)生反應(yīng)，看看能不能生長出質(zhì)量更好的蛋白質(zhì)晶體。”
蛋白質(zhì)是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)，沒有蛋白質(zhì)就沒有生命。蛋白質(zhì)分子是由氨基酸構(gòu)成的，氨基酸的不同排列方式、也就是蛋白質(zhì)分子的不同結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其產(chǎn)生不同的功能。
“要想知道哪種蛋白質(zhì)有何功能，必須先了解它的結(jié)構(gòu)。”倉懷興說：“研究蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)有兩種方法，一是讓其長出晶體，再用X射線照射；二是用核磁共振。”但當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)分子比較大時(shí)，“比如一些病毒的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，核磁共振就看不到了。”
研究蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)是學(xué)界的熱點(diǎn)。“近些年比較熱門的應(yīng)用是生物制藥領(lǐng)域，因?yàn)楹芏嗖《镜耐鈿ざ际堑鞍踪|(zhì)。”倉懷興介紹說，美、日、歐盟等發(fā)達(dá)國家早就將蛋白質(zhì)分子送入太空，以便獲得質(zhì)量更好的蛋白質(zhì)晶體，從而更加精細(xì)地了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。“據(jù)我了解，到目前為止，大概有25種蛋白質(zhì)分子的高分辨率結(jié)構(gòu)，是利用在空間實(shí)驗(yàn)中獲得的蛋白質(zhì)晶體取得的。我相信還有更多，不過很多制藥公司都將其視為機(jī)密，在新藥研制成功之前不會(huì)對(duì)外宣布。”
雖然有120個(gè)“小抽屜”，但此次實(shí)驗(yàn)只攜帶了14種蛋白質(zhì)溶液。倉懷興解釋說：“蛋白質(zhì)是種很奇怪的物質(zhì)，不是說兩種溶液相反應(yīng)就必然能得到晶體，因此我們都做了充分的‘后備’。”倉懷興說，得到的晶體已經(jīng)被研究人員帶到上海同步輻射光源進(jìn)一步研究，“很快就會(huì)有結(jié)果了！”（記者 齊芳）
神八里的綠色植物
“我們利用神八搭載水稻種子，進(jìn)行高等植物在空間的代謝生物學(xué)研究。”中科院植物所的溫曉剛說。水稻是空間生命支持系統(tǒng)中重要的食物來源，也是高等植物研究的模式植物，這是“神八”選擇水稻種子的原因。
這些水稻種子被放置在植物生長容器中，以透光、透氣、不透水的生物膜覆蓋。“這些水稻種子在太空中萌發(fā)，生長成水稻幼苗。”溫曉剛說，這些情況與地面上同一溫度、濕度情況下生長的水稻種子進(jìn)行對(duì)比，中科院植物所的研究人員就能夠分析水稻幼苗在空間環(huán)境下的生長發(fā)育情況，考察空間飛行對(duì)植物代謝過程的影響。
溫曉剛說：“經(jīng)過空間飛行，水稻幼苗生長狀態(tài)良好，發(fā)芽率達(dá)到91%以上，與地面實(shí)驗(yàn)一致。初步的光合生理實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，水稻幼苗在微重力等空間環(huán)境下，其光合系統(tǒng)的活性受到一定程度的影響，其中對(duì)光系統(tǒng)Ⅰ的影響大于對(duì)光系統(tǒng)Ⅱ的影響。”溫曉剛解釋，空間微重力會(huì)造成高等植物光合機(jī)構(gòu)葉綠體中的類囊體膜結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，比如類囊體膜垛疊的基粒組分減少等，這種變化可能對(duì)植物光合系統(tǒng)的功能造成一定的影響。“實(shí)驗(yàn)結(jié)果正在進(jìn)行進(jìn)一步研究分析中。”接下來科學(xué)家們將深入分析得到的光合生理數(shù)據(jù)，并進(jìn)行水稻幼苗葉片和根尖的亞顯微結(jié)構(gòu)分析，以及水稻葉片的蛋白質(zhì)組學(xué)研究，同時(shí)研究空間飛行對(duì)水稻幼苗蛋白質(zhì)組學(xué)的影響，特別是與光合作用相關(guān)的代謝過程以及與光合能量傳遞相關(guān)的蛋白的影響，分析空間環(huán)境下植物光合系統(tǒng)的變化規(guī)律。（記者 詹媛）
神八中的“生物圈”
如果能在飛船密閉的空間里，建立這樣一個(gè)“生物圈”：讓食物產(chǎn)生、氧氣供給、二氧化碳去除和廢物再循環(huán)都變成現(xiàn)實(shí)，那宇航員們長期居住太空將不再是夢想。神八里就有一項(xiàng)空間簡單密閉生態(tài)系統(tǒng)探索研究，我國科學(xué)家邁出了在太空自主建立受控生態(tài)生命保障系統(tǒng)（簡稱CELSS）的重要一步。
CELSS是生命科學(xué)、空間科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、自動(dòng)化和遙感科學(xué)諸多高新技術(shù)的集成。首先要在空間飛行器上進(jìn)行模型實(shí)驗(yàn)，積累基本數(shù)據(jù)。神八飛船上，中科院水生生物研究所的科學(xué)家們構(gòu)建了一個(gè)簡單水生態(tài)系統(tǒng)，以纖細(xì)裸藻和小球藻作為主要生產(chǎn)者，澳洲水泡螺作為主要消費(fèi)者，同時(shí)以自組織形式共培養(yǎng)細(xì)菌作為分解者。在硬件設(shè)計(jì)上，除了提供藻類生長與產(chǎn)氧所需的光源外，還增加了藻類生長密度檢測裝置，即時(shí)傳送生長狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控；并以特定的技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)的氣體傳質(zhì)分布，增進(jìn)氣體在不同腔室的傳遞，以期在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)氣體、食物與廢物處理的良性循環(huán)。中科院水生生物研究所的李小燕介紹，從目前得到的數(shù)據(jù)來看，藻與螺的生長都符合預(yù)期目標(biāo)和已知規(guī)律，系統(tǒng)中的各要素基本實(shí)現(xiàn)自循環(huán)、自組織的功能。同時(shí)從神舟八號(hào)返回的樣品中，可以在生物的空間飛行效應(yīng)、空間共培養(yǎng)系統(tǒng)的物種相互關(guān)系，空間封閉生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能三個(gè)方面剖析出重要的科學(xué)信息。（記者 袁于飛）