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最近，發(fā)表在《自然》雜志上的一項研究，得到了令人驚奇的結(jié)果：瑞士日內(nèi)瓦大學的生物學家布里吉特.加利奧特（Brigitte Galliot）帶領(lǐng)的團隊，讓一種動物長出了多個腦袋，就像希臘神話中的“九頭怪”！科學家是怎么做到這一點的？這項研究對于我們理解生命的奧秘，對于疾病的治療又有什么意義呢？讓我們來了解一下。這是一種什么樣的動物？
瑞士日內(nèi)瓦大學的科學家用作研究對象的動物其實非常小，是一群“身高”不到1厘米的異形小動物——水螅（Hydra）。水螅是一種無脊椎腔腸動物，它們大多生活在含氧量充足的淡水中，例如田間水質(zhì)清潔的池洼，而池洼中的一些水蚤，正是它們天然的美食。
看似過著閑適生活的水螅，它們的生長和繁殖能力足以秒殺地球上的所有的生物。水螅不僅可以做到“長生不老”，還可以做到“永葆青春” 。它們體內(nèi)的干細胞可以不斷分裂，也就意味著水?？梢圆粩喔伦约旱捏w細胞，然后“返老還童” 。
與此同時，它們的繁育能力絲毫不受到年齡的影響，并且當外界環(huán)境發(fā)生較大變化時，水螅甚至可以一反平時無性繁殖（出芽生殖）的常態(tài)，打開有性繁殖的大門，產(chǎn)生更多健康的后代，可謂生存和繁殖能力爆表，因此它們也作為科學家研究長壽和癌癥的重要實驗對象。

圖注：自然狀態(tài)下的水螅，生存和繁殖能力爆表，圖中可見出芽（無性生殖）
水螅是怎樣長出九個腦袋的？
加利奧特長期致力于細胞生物學和發(fā)育生物學領(lǐng)域的研究，發(fā)表了近百篇高水平論文。早在2009年，加利奧特教授就發(fā)現(xiàn)一個名為WNT3的蛋白所參與的信號通路，對于水螅頭部的再生發(fā)揮著重要的作用；然而在當時，加利奧特和同事并不清楚，是什么機制控制上述細胞信號通路的活動，進而調(diào)控水螅頭部的再生過程。
于是，在過去近10年中，他們一直致力于探索這個問題。時間一轉(zhuǎn)，來到2018年，加利奧特團隊終于取得了突破性進展。他們在水螅體內(nèi)找到了一個名為Sp5的基因，并且發(fā)現(xiàn)，只要在一定程度上抑制該基因的表達，就可以讓水螅長出多個腦袋。這是怎么回事呢？
實際上，從生物學機制上來看，讓水螅長出多個腦袋的過程并不復(fù)雜。在WNT3蛋白參與的信號通路中，一個叫做β-catenin的蛋白在其中起到了很大的作用。β-catenin這種蛋白可以進入細胞核中，促進細胞源源不斷地生產(chǎn)水螅頭部再生所需要的蛋白。
這也是WNT信號通路對于生物體生長發(fā)育常見的作用方式。但是β-catenin很容易在細胞中被“消滅”（被其他蛋白降解），這時候，WNT3蛋白起到了對β-catenin“保駕護航”的作用，它將β-catenin從“消滅”它的蛋白手中解救出來。
這樣，未被降解的β-catenin就可以繼續(xù)留在細胞中發(fā)揮它的生物學功能了。
但在正常情況下，水螅頭部的生長和發(fā)育并不會肆無忌憚，天然生長的水螅只有一個頭部。因此，加利奧特團隊猜想，必定存在一個開關(guān)一樣的生物機制，可以控制WNT3信號通路的開放和閉合，以保證水螅頭部正常的生長和發(fā)育。基于這個想法，他們選取了頭部發(fā)育處于旺盛時期的水螅作為研究對象，然后利用生物技術(shù)手段，多次篩選，終于找到了Sp5這個基因。