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科学家认为生物体内的基因至少有50%无用


  人体DNA“垃圾”成灾?科学家认为生物体内的基因至少有50%无用

  科技日报2007年12月20日讯 人类基因组测序工作的最终完成,花费了全球6个国家的顶尖科学家们10年多的时间和精力以及30亿美元的财力。虽然不断有科学家报道他们关于治病基因的发现成果,但含有30亿碱基对的人类基因组数量太庞大,基因疗法距离实际运用还需要很长时间的等待。几十年来,不断有科学家认为,基因组中有很多DNA(脱氧核糖核酸)并没有特殊功能,甚至有科学家将这些DNA称为“垃圾DNA”,这些垃圾DNA从人体去除后也不会对人类基本活动带来严重后果,但是反对者却认为每个DNA都有自己特定的功能,关于垃圾DNA是否存在一直存在争论。

  不知何用的DNA达98%

  使用电脑的人都知道,自己电脑中经常会出现一些“膨胀软件(bloatware)”,这些程序是商家附带在电脑中进行实验用的,很多用户并不需要,但它们却占去了电脑宝贵的空间,甚至大大降低了电脑系统的运行速度。这些无关程序对计算机用户来说,就是垃圾程序,应该将它们扔进垃圾桶,计算机才会快速运行。

  与此类似,上个世纪70年代,就有生物学家提出,人类在数万亿年的进化过程中,体内累积了很多没有明显功能的基因,这些基因占到整个基因组的大多数,这些基因就是垃圾DNA,没有它们,人类的基本活动并不会受到影响。

  在DNA的碱基对双螺旋结构发现后,科学家证实,基因组是一系列DNA序列,这些DNA序列就是基因,这些基因的功能就是为人体蛋白质的形成提供编码。但是,科学家发现,这些负责蛋白质形成的编码DNA实际上只占整个基因组的2%,余下的98%是非编码DNA,这些非编码DNA不具有编码人体蛋白的功能,它们有什么用呢?

  非编码DNA大多是“垃圾”?

  提出垃圾DNA主张的科学家们推断,这些非编码DNA中的极大多数应该没有什么特殊功能,是垃圾DNA的重要组成部分。

  从上世纪70年代至今,科学家们一直在不断研究这些非编码DNA的功能,以发现它们的用武之地。研究发现,非编码DNA中某些特定序列能够与特定蛋白质结合,这些特定蛋白质反过来激活或阻碍周围相关基因的表达,这些非编码DNA成为调控DNA,调控功能对人类和其他生物都有重要意义。

  虽然发现了非编码DNA的调控和其他功能,但这些只占到非编码DNA的极少部分。科学家们通过对10年来破译的大约1000种物种的基因组序列进行比较发现,人类和很多其他物种拥有许多相同基因,脊椎动物体内的蛋白质编码DNA大部分非常类似,这些物种在经过数亿年的进化后,体内DNA逐渐固定化并保留下来,包括编码DNA和多数非编码DNA。我们知道,受到化学或放射条件的影响,DNA在复制过程中经常会发生变异。但是上述的研究结果却表明,不同物种在进化过程中,许多非编码DNA一成不变地保留了下来,它们并没有受到外界环境的影响而发生变异。科学家们将这些DNA称为超保留非编码DNA,并据此推断,这些保存下来的非编码DNA一定具有某种重要功能,一旦它们发生变异,并将对物种造成严重伤害。

  超保留DNA少的可怜

  为了研究这些超保留非编码DNA究竟有什么功能,美国劳伦斯贝克里国家实验室的科学家爱德华•罗宾教授最近做了一个实验,他将人类和老鼠共有的超保留DNA序列进行复制,然后将这些复制序列加入实验鼠体内,结果发现,几乎一半的DNA序列能够激活神经系统发育等特定组织的基因表达。这些结果表明,大多数超保留非编码DNA是大脑细胞形成所必需的。

  科学家同时发现,超保留DNA在整个基因组中的比例相当少,只有1.2%—5%,那么还有95%的非编码DNA在做什么呢?

  科学家认为,如果单就序列而言,超保留非编码DNA比例很小,但有些DNA虽然序列发生了一些改变,但它们的三维结构并没发生改变。美国波斯顿大学的斯蒂芬教授研究发现,一些调控DNA虽然序列不同,但三维结构还是非常相似,这种三维结构沿袭下来的DNA也应该算在保留非编码DNA家族中,这样非编码DNA的比例可能更高一些。但还是有大量非编码DNA并没有保留下来。

  非编码RNA功能仍是一个谜

  由于在蛋白质形成的第一步,DNA要变成信使RNA,科学家认为,一些非保留DNA被转录成RNA。编码DNA中含有大量非编码DNA的分支,这些分支称为内含子,在整个基因组中内含子的比例大约有25%,这些内含子被转录成RNA后,大部分很快被编译成原始RNA,被加工的RNA只有整个基因组的2%。


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