受損DNA的修復新設想

航天員在太空探測過程中，有遭受太空輻射粒子襲擊的風險。一束太空輻射的高速粒子可能像流彈一樣穿過航天員的身體，而其中的哪怕一個粒子碰撞到細胞內的DNA，都可能致使DNA的單鏈或雙鏈斷裂。由於DNA攜帶了一個細胞的基因信息，並「指揮」著細胞的行動，因此細胞DNA的修復能力對保持其基因組的完整性，對此細胞甚至機體的正常功能來說是極其重要的。DNA鏈被破壞意味著這個細胞脫離機體控制，必須通過修復機制使它儘快恢復正常。

DNA修復機制

DNA修復的速度與許多因素有關，如細胞類型、細胞老化以及外在環境等。當細胞累積大量損傷老化的DNA時，DNA修復的速度下降，直至趕不上正在進行的DNA的損傷速度。這時，細胞可能遭受以下三種命運之一：衰老，細胞凋亡（細胞自殺），失控的細胞分裂導致腫瘤或癌的形成。在這幾種命運中，細胞老化和凋亡不可怕，因為會有新的細胞生成，最可怕的是導致細胞突變成癌細胞。

幸運的是，細胞內具有成群的修補酶可以修復被破壞的DNA鏈。DNA的損傷修復是在細胞中多種酶的共同作用下，使DNA受到損傷的結構大部分得以恢復，降低突變率，保持DNA分子的相對穩定性。

對於DNA的修復機制，有關學者取得比較一致的看法是：根據DNA損害斷裂的程度可以分為兩種類型，一種是單鏈損傷，其修復機制通常是藉助其對應的另一鏈當模版來修復；另一種則是DNA雙鏈都斷裂，沒有對應的鏈做模板，在這種情況下，只好向同源的染色體序列或姊妹染色分體求助，來修復損傷的DNA雙鏈。在高等生物中，有時候DNA雙鏈斷裂的修復可能無須任何序列當模版，而直接將斷裂部分鏈接起來，這種DNA修復方式可能隱含錯誤的機率，而造成DNA的突變。

DNA修復的新設想

對於在何場所修復這些受損的DNA鏈，現在絕大多數的科學家們認為，這些修復酶常常會找到受損的地方，將受損的DNA鏈修復。但是，約翰遜太空中心NASA太空輻射項目主要科學家弗朗西斯·庫西諾塔和他的同事提出了一個新的看法：有時候細胞可能會將受損的DNA轉移到特殊的「維修車間」來進行維修 。

這是一種新穎的和有爭議的想法。 如果確實如此，科學家們就可以根據受損的DNA是否被遷移到別處修復而了解到DNA損傷的程度，以採取對策。

這種修復有時會充滿風險。雖然細胞能夠成功地修補DNA的小損傷，但是在修補大損傷方面卻不是很好，常常會讓細胞更傾向於變成腫瘤細胞。所以，如果人們可以知道細胞損傷的程度，有選擇地堵塞受損DNA轉移到修理車間，迫使嚴重受損的細胞不進行自我修復，而是進行自我破壞，也就是說讓細胞凋亡，這樣就會減少嚴重受損細胞突變的機會，降低太空輻射引起的癌風險，保證航天員的健康。

勞倫斯·伯克利國家實驗室的斯爾沃·科斯特斯領導的一個小組進行了一項實驗。他們將實驗室生長的人類細胞暴露到NASA太空輻射實驗室的粒子加速器中產生的高能鐵原子核下，觀察在高能鐵原子核作用後，細胞中破損DNA鏈的修復情況。這些鐵原子核非常類似於太空輻射中最危險的和令航天員最防不勝防的那一類宇宙射線。這次實驗的目的是利用鐵原子核照射人類的細胞，為受損DNA可能轉移到維修車間修復的假設提供證據。這些高速粒子穿過細胞時，會在細胞中留下一道光亮的直線路程痕迹。所以由一個單個鐵原子核引起的受損傷的地方應該是沿著那條穿過細胞的直線。

DNA在受損時，通過觀察修復酶集中在何處，就可以推測受損的DNA在哪裡修復。為了觀察到細胞內的修復酶，研究者們給它們披上了一件綠色發光的「外衣」——讓一些可以發出熒光的粒子附著到修復酶身上。

結果顯示，在照射的直線上，無論DNA鏈在哪裡損傷，這些正在發光的斑點（即修復酶）似乎聚集在細胞內的另一個地方。修復活動出現在包含所有染色體的密集區域和周圍空閑區域間的分界線附近。科研人員提出，細胞將受損的部分移到這裡，可能因為這裡更寬敞，容易修復。DNA修復涉及到多種酶，這些酶不是集中在受損傷的地點，對於DNA而言，可能將所有這些酶保留在染色體附近的不同位置上，將受傷的DNA帶到那裡去修復，會更有效。但是，對於細胞採用什麼機制來傳送這些受損的DNA，目前還不清楚。

儘管DNA維修車間的想法是全新的，但它並不是沒有先例。當細菌複製自身的染色體時，就是通過讓DNA穿過細胞內被稱為「複製起端」的地方來實現的，而不是將複製酶送到DNA處。

如果未來的研究支持維修車間的想法，這個發現就能幫助NASA應對由於輻射給航天員帶來的健康威脅。通過了解修復受損DNA的地點和修復系統，可以讓研究人員改進他們用來評估太空輻射導致健康風險的計算機程序。而對細胞修復機制的進一步了解也有可能研製出新葯，提高航天員對輻射的抵抗能力，那樣宇宙射線將不再成為令人擔憂的困擾。

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