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“垃圾DNA”?看走眼了!

时间:2012-12-09 18:25来源:重庆时报   作者:未知 阅读:

  近日,美国《时代》评选出“2012年十大医学突破”。其中,涵盖了生命基础研究、艾滋病与癌症治疗突破、干细胞与再生医学、青少年健康等多方面公众关心的热点。

  这“十大医学突破”中,最引人瞩目的,是对“垃圾DNA”的研究突破。

  “垃圾DNA”?人身上有“垃圾DNA”?会影响人健康吗?研究这个“垃圾”干吗?对我们的生活有影响吗?

  “垃圾DNA”是什么?

  它就像电视剧中插入的超长广告

  DNA,又叫脱氧核糖核酸,是构成生命的基本分子。这个大名鼎鼎的双链双螺旋结构,被人们称为“人类的生命蓝图”。

  被赋予如此高贵的比喻,是因为组成DNA的序列中,有带有遗传讯息的DNA片段,这便是人们常说的“基因”。

  1972年,美国加州理工学院的研究人员大野乾提出了一个假说,他认为哺乳类动物的基因不可能超过3万个,理由相当简单:基因越多,任意一个基因发生突变的概率就越大,而绝大多数突变是有害的。

  然而3万个基因对已知的哺乳类动物基因组来说,太少了。

  以人类为例,人类的DNA有30亿碱基对,其中带有遗传编码的基因有2万到2.5万个。剩下超过90%的碱基对没有显示出遗传功能。这就像一部100分钟的电视剧时间中,竟然被“丧心病狂”地插入了98分钟的广告,只有两分钟是有效剧情。

  于是,这些“非编码”的DNA片段,便被称为“垃圾DNA”。

  没有这部“多余的广告”

  细胞“转录”的“情节”将不完整

  一个人吃了4个饼,饱了。他懊悔道:“早知道这张饼吃了就饱,就不吃前面3个了。”将“非编码”DNA视为垃圾,也许犯了类似的错误。

  随着研究的深入,科学家们发现:“如果没有这98分钟的广告,你就休想看到那两分钟的精彩节目。”

  在细胞繁殖这部“连续剧”中,细胞要复制基因里的遗传信息并指导蛋白质合成。可是细胞只“转录”遗传信息,这部“连续剧”的情节却不完整。还必须将那些被视为“多余广告”的“垃圾DNA”剪切并拼接好,才能顺利“播出”。

  原来被视为“广告”的“垃圾DNA”,居然是“连续剧中的关键情节”!是它将“最精彩的两分钟剧情”连接在一起。是它,在控制着DNA的转录调控机制。

  它像基因调控网络中的一个开关,调控一个基因是否转录,也决定了人类2万个基因在不同的发育时期、不同的状态下,不同的排列组合。

  这些镶嵌在DNA中的“垃圾”序列,竟然如此有用!

  这么多科学家研究它

  因为那是“DNA宝藏”

  正如谚语所说:“一个人的垃圾是另外一个人的财富。” 之前被人们当成“垃圾”的DNA片段,一点不垃圾。难怪会吸引众多科学家研究它。

  2012年,来自美国、英国、西班牙等5个国家32个实验室的442位科学家,对147个组织类型进行研究,分析了超过15万亿字节的原始数据后,陆续在《基因组生物学》、《自然》等杂志上发表了26篇论文,讲述了“垃圾DNA”这个“秘密宝藏”蕴涵的价值。

  它是调控开关,能发出指令治愈癌症

  人类的许多疾病都与基因的调控有关。利用基因调控是否能治愈现阶段的重大疾病,是人们非常关注的问题。

  英国科学家研究发现,“垃圾DNA”能影响疾病严重程度。例如,人之所以患癌症,是因为人体内的癌基因和抑癌基因失衡。起调控作用的“垃圾DNA”错误地打开致癌基因,或者错误地关闭抑癌基因,人就会患癌症。

  同样,糖尿病和帕金森症都是因为相应基因的调控失常导致的。

  如果能向起调控作用的“垃圾DNA”们发出指令,进行调控,癌症、糖尿病等就有可能治愈。

  它是“修复光盘”,修补DNA损伤防遗传疾病

  “垃圾DNA”还是一张修复光盘,能修复DNA损伤。

  DNA的双螺旋两侧,在接触紫外光线、其他种类的辐射或某些化合物时,很容易发生断裂。如果断裂处得不到修复,就会要细胞的命。错误的修复,还会引起癌症或其他疾病。

  万幸的是,在我们的细胞中,有一个被称为“LINE-1元件”的“垃圾DNA”,它带有修复DNA破损的信息。当DNA链断裂时,“LINE-1元件”能跳到破损部分,修复损伤。

  “LINE-1元件”在人类进化中扮演着重要角色增加遗传多样性。它可以防止人类因基因缺陷引起遗传性疾病。

  它是“保险丝”,抵御病毒破坏DNA

  另外,“垃圾DNA”还是人类基因的保护者。

  人的一生中,难免遭到各种病毒和外来遗传物质的入侵,它们就像搭错的电线一样,一旦插入到正常的DNA“电路”中间,就会烧坏重要的“基因元件”。

  一些“非编码”的“垃圾DNA”,就像嵌在DNA双螺旋中的“保险丝”,充当着缓冲器的作用。当这些外来遗传物质和病毒私自渗透进DNA的双螺旋中时,这些充当“保险丝”的“垃圾DNA”能吸收掉外来的冲击,保证重要基因的正常功能。

  研究“垃圾DNA”

  我国处在突破的前沿

  “垃圾DNA”如此重要,我国在这方面的研究处于怎样的水平?

  清华大学生物信息研究所李衍达院士说,关于“垃圾DNA”的研究,我国虽然起步较晚,与世界其他国家研究水平有些差距,但相差不大。“因为这方面的研究本身就是个新领域,大家都差不多。”

  李院士说,在这个领域,研究数据是公开共享的,要想出成绩,就需要在实验方法和手段上有新突破。如何找到一种新的实验方法,观测到“垃圾DNA”的调控过程,是非常关键的,“这个领域是前沿中的前沿,我国要想在基础科学上有重大建树,就应该在这方面投入更大,要下大力气攻关才行。”

  这些医学突破

  也引人注目

  用病毒治青春痘

  我们常说“以毒攻毒”,如今医生也开始运用这一理念来对付青春痘了。他们利用一种相对不那么活跃的病毒来对抗引起青春痘的细菌。实际上,这种病毒在毛孔深处早已存在,它们具有感染细菌的能力,现在要做的就是快速提高病毒的数量。你可以通过涂抹携带有病毒的药膏来实现这一目的,当然,也可以提取病毒产生的杀菌物质来制成药物。

  实验室生成人体组织

  与肾脏或肝脏不同,气管通常并不在器官移植名单之列。不过,随着干细胞技术的发展,病人可以自己来生长新的气管。瑞典卡罗林斯卡学院的研究者利用合成微纤维和从病人骨髓采集的干细胞,在实验室里生成了新的气管,并成功连接了患者的鼻子、口腔和肺部。这项技术在未来具有广阔的前景,几乎所有类型的干细胞,都可以以此为基础生长出各类型的器官。

  乳腺癌治疗突破

  乳腺癌无疑是一种复杂的疾病,其致病原因包括多种遗传和生活方式的因素。癌症基因组图谱项目对数十种癌症进行了基因组测序,发现在510个乳腺癌病例中出现了3万个突变,这些突变都可以归入4个主要的亚型。其中一个亚型显示出乳腺癌与卵巢癌的紧密联系,意味着对后者的治疗方法可能有助于乳腺癌的治疗。这些新突破将改变医生对乳腺癌的治疗方法,有时候甚至是生存和不治之症的区别。

(责任编辑:泉水)
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