人类98%DNA是“垃圾” 但它们有至关重要的作用

michaelr

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　　北京时间8月26日消息，据国外媒体报道，你会购买一本98%以上文字都是胡言乱语的书籍吗？生物学与图书行业没有太多关系，但却编写了一本非常吸引人的指导手册——DNA！

　　

                               
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　　资料图

　　我们的基因手册包含了构成身体、并为其提供能量的蛋白质指令，但人体只有不足2%的DNA能编码蛋白质，剩余98%的DNA序列被称为“垃圾DNA”，科学家们长期以来一直认为它们无用，这些非蛋白质编码的DNA延伸看起来就像一本书稿中的胡言乱语——毫无用处，也许被人们遗忘。但是近期最新研究表明，我们基因组的“垃圾”部分可能仍然发挥着重要作用。

　　没有意义的“单词”

　　自然生物拥有一种独特的“书写方式”，我们的基因脚本仅使用4个字母：A， G， C和T，这些字母的长组合构成了我们的基因，并决定了蛋白质结构，但是蛋白质制造过程并不像阅读烹饪食谱那样简单，在将蛋白质组合在一起之前，DNA被转录成RNA，并被切割和重新组装成更小的片段。

　　在切割过程中，非编码“垃圾DNA”被废弃，意味着它们永远不会参与制造蛋白质，为什么自然生物的“指导手册”携带这么多看似不必要的物质，这是研究人员仍在思考的一个问题，最合乎逻辑的解释是，“垃圾DNA”或许并非一无是处。

　　无用DNA的功能

　　本世纪初，“人类基因组计划”让人们首次全面了解了人类基因脚本，但该计划完成近10年后，一个由400多名科学家组成的团队发布了他们所谓的“DNA元素百科全书（ENCODE）”。

　　该项国际合作探索了基因组中每个基因的功能，这项大规模研究的结果要求对垃圾DNA进行重新评估，虽然只有不足2%的基因组能制造蛋白质，但是大约80%的基因组能执行某种功能。

　　DNA元素百科全书对功能的定义相当宽广，任何“生物化学活性”都是公平的游戏——能被转录成RNA，即使稍后的过程中RNA被切断，也能被鉴定为具有功能的序列，但是许多“垃圾DNA”确实具有重要作用，包括调控DNA如何转录，并从那里转变成蛋白质，如果蛋白质编码是交响乐音符，那么一些非编码序列就像音乐指挥家一样，影响着乐曲的节奏。

　　但并非所有垃圾DNA都具有功能，2008年发表在《细胞分子生物学杂志》的一项研究表明，科学家清除了酵母基因组中的垃圾DNA，对于特定基因，他们去除了基因内含子——DNA转录后被切断的部分，在实验室条件下，基因内含子的去除对细胞没有显著影响，支持了它们没有任何功能的观点。

　　然而，今年发表在《自然》杂志上的研究报告提出了相反观点，当食物缺乏时，研究人员发现这些序列对酵母的存活至关重要，这些研究认为，基因内含子的有用性可能取决于其所处的环境，这与所谓的“垃圾”相差甚远。

　　有用的垃圾

　　过去10年里，其他研究进展表明，垃圾DNA可能仅是被误解的遗传物质，科学家现在已将各种非编码序列与各种生物过程（甚至人类疾病）联系起来，例如：研究人员认为，这些序列是子宫和对生拇指发育的重要因素。

　　2018年，发表在《肿瘤学年鉴》上的一项研究表明，非编码DNA片段就像基因表达的音量旋钮，最终影响乳腺癌和前列腺癌的形成；2019年发表在《自然遗传学杂志》的一项研究表明，基因编码区域以外的突变可以导致自闭症。

　　探索非编码序列是当前研究热点之一，越来越多的证据表明，这些非编码序列可能有助于癌症战胜治疗，目前专家这将是癌症诊断最有希望的反向工具。

　　尽管“垃圾DNA”有很多功能，但是一些研究人员仍然认为，大部分遗传编码是无用的，美国休斯顿大学进化生物学家丹·格罗尔（Dan Graur）认为，至少有75%的蛋白质没有功能。

　　为了获得该数据，格罗尔使用数字模型来确定DNA有用程度，他考虑了有害基因突变（有害的基因变化或者双螺旋结构断裂），随着时间的推移，以及生育率不断提高，我们也获得了更多的基因组，因此这些突变可能是致命的，格罗尔在2017年发表在《基因组生物学与进化》的一篇论文中评估称，我们的基因密码中最多不超过四分之一具有功能性，如果超过四分之一，我们将以不可持续的速度积累致命突变。