休眠的生命

英国纽卡斯尔大学分子生物学家谢尔盖·梅尔尼科夫（Sergey Melnikov）是研究嗜冷菌（Psychrobacter urativorans）的专家，这种细菌最早是在上世纪70年代的一包冷冻香肠里被发现的，后来有人在北极地区重新发现了它的踪迹，于是这种细菌就成了生命适应极端环境的代表。

梅尔尼科夫想研究一下嗜冷菌是如何合成蛋白质的，这就必须将蛋白质的合成工厂，也就是核糖体（Ribosome）提纯出来。有一天，梅尔尼科夫实验室的一名研究生误把一个本应送去培养的嗜冷菌培养皿放进了冰桶里，等她想起这事的时候培养皿已经在冰桶里放了很长时间，上面的嗜冷菌肯定已经进入休眠状态了。为了不浪费实验材料，这名研究生还是照往常那样提取出休眠嗜冷菌的核糖体，并用冷冻电镜对其进行观察，结果发现一种此前从没见过的蛋白质卡在核糖体的A位点上。这个A位点是氨基酸运进核糖体的入口，一旦A位点被堵住，核糖体就无法工作，蛋白质的合成也就停止了。

这个发现让梅尔尼科夫兴奋不已，因为这个看似“自杀”的蛋白质正是嗜冷菌休眠的工具。我们人类不需要休眠，所以大家不觉得这事有多重要，但实际上很多生物在遇到低温、干旱或者食物短缺等逆境时都是依靠休眠来度过危机的。据统计，地球上的活细菌当中有60%都处于休眠状态，休眠才是大多数生命的常态。

休眠最重要的机制是停止合成新的蛋白质，因为蛋白质合成所消耗的能量至少占活细胞能耗的一半以上。科学家们此前已经发现了好几种不同类型的核糖体休眠因子，但它们彼此之间毫无联系，就连作用方式也大相径庭，似乎每一种休眠因子都是很晚的时候才被单独进化出来的。

梅尔尼科夫提纯了这种后来被他命名为“球”（Balon）的蛋白质，基因序列分析表明目前已知的细菌当中有大约20%都含有这种蛋白质。不但如此，这种蛋白质和一种非常古老的核糖体功能调节蛋白质极其相似，说明这个Balon蛋白质很可能就是最古老的休眠机制之一。

梅尔尼科夫将研究结果写成论文，发表在2024年2月14日出版的《自然》（Nature）杂志上。这篇论文详细解释了Balon蛋白质的作用机理，发现它和已知的所有核糖体休眠因子全都不同。Balon蛋白质可以立即终止处于工作状态的核糖体，其他那些休眠因子只能等到蛋白质合成完毕并离开核糖体之后才能发挥作用，反应速度太慢了。

这一特征对于那些生长速度较慢的细菌来说是非常有用的，比如嗜冷菌合成一个新蛋白质平均需要花费20分钟，Balon蛋白质可以在此期间强行终止蛋白质合成，这就为嗜冷菌赢得了宝贵的反应时间。

相比之下，大肠杆菌合成一个新蛋白质平均只需15秒，所以它就不那么需要Balon蛋白质了。事实上，大肠杆菌和金黄色葡萄球菌这两种最常用的实验材料都没有Balon蛋白质，这就是为什么这种重要的核糖体休眠因子迟迟没有被发现的原因。

人类虽然不需要休眠，但研究休眠机制很有必要，因为人体内有很多细胞平时是处于休眠状态的。比如造血干细胞在出生后不久便会转移到骨髓里休眠，神经组织中的成纤维细胞、免疫系统中的淋巴细胞和肝脏中的肝细胞也都会经常进入休眠状态，等待合适的时机被重新激活。换句话说，休眠才是大部分生命最常见的状态，理解休眠可以帮助我们重新理解生命的意义。 休眠