人類一直認(rèn)為，自己位于整個(gè)進(jìn)化體系的頂端是因?yàn)樽陨淼膹?fù)雜程度，然而事實(shí)并非如此。美國華盛頓大學(xué)遺傳學(xué)家埃文·艾希勒教授帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)日前在美國《科學(xué)》月刊撰文說，現(xiàn)代人類的細(xì)胞里所擁有的遺傳信息實(shí)際上不如遠(yuǎn)古的“親戚”多。從早期人類至今，我們已經(jīng)失去了4070萬個(gè)堿基對。
DNA數(shù)量多少與人類進(jìn)化程度有什么關(guān)系？人類DNA發(fā)揮著什么樣的作用？人類能否通過基因掌握自己的命運(yùn)……帶著一系列疑問，記者采訪了一直從事基因研究的河北醫(yī)科大學(xué)博士生導(dǎo)師呂占軍教授。
基因組大的生物不一定進(jìn)化程度高
埃文·艾希勒教授帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)來自39個(gè)不同的研究所。他們對來自125個(gè)不同人群的236個(gè)人的DNA進(jìn)行了分析。然后，將其與黑猩猩、尼安德特人及丹尼索瓦人等古人類的基因組進(jìn)行比較。他們發(fā)現(xiàn)，在大約1300萬年前的人類進(jìn)化早期，人類在非洲與類人猿相分離之后，喪失了大約1580萬個(gè)堿基對。隨著人類后來分布于世界各地，他們進(jìn)一步喪失了1216萬個(gè)獨(dú)特的DNA片段。
“在生物界的進(jìn)化過程中，像人類這樣丟失DNA的并不是個(gè)例，而且基因組大的生物不一定進(jìn)化程度高?！眳握架姳硎荆蚪M大小與生物進(jìn)化程度約略成正比，但離散比較大，有許多的例外?！氨热缪笫[的基因組相當(dāng)于人類的5倍大小，但它的進(jìn)化程度和人類相去甚遠(yuǎn)?！?/p>
據(jù)介紹，不只是洋蔥，衣笠草（又名重樓百合）有1490億個(gè)堿基對，非洲肺魚有1320億個(gè)，寬足蠑螈有655億個(gè)，而人類的基因組只有約30億個(gè)堿基對。為什么洋蔥、衣笠草等這些基因組大的生物進(jìn)化程度并不是更高？
原來，構(gòu)成生物基因組的每個(gè)堿基對，并不是發(fā)揮著同樣的作用，而生物進(jìn)化程度更多地取決于起主要作用的部分。比如，黑猩猩是與人類血緣最近的動(dòng)物，也是除人類之外智力水平最高的動(dòng)物。以前，科學(xué)家們一直認(rèn)為人類和黑猩猩之間的巨大外形差異是因?yàn)閮蓚€(gè)物種有不同的基因構(gòu)造。然而，當(dāng)二者的基因組被測序后，研究人員驚奇地發(fā)現(xiàn)，人類和黑猩猩的DNA序列幾乎完全相同。
“根據(jù)目前最新的研究，人和猩猩的主要區(qū)別在于ALU基因數(shù)量的多少?！眳握架娊榻B，靈長類動(dòng)物身上都有這個(gè)基因，而且越多越聰明。
此外，埃文·艾希勒在研究中還發(fā)現(xiàn)，尼安德特人與丹尼索瓦人基因組中有大約10.4萬個(gè)堿基對未在現(xiàn)代人類身上發(fā)現(xiàn)；而現(xiàn)代人類大約有3.33萬個(gè)堿基對未在尼安德特人或丹尼索瓦人身上發(fā)現(xiàn)。
“事實(shí)上，人類對基因所起作用的認(rèn)識才剛剛開始?！眳握架娬J(rèn)為，在人類的進(jìn)化過程中，失去的這部分DNA與新基因的重新排序和形成同樣重要，而且研究這些差異有助于解開現(xiàn)代人得以存活繁衍而其他人種則滅絕之謎。
“垃圾”DNA在控制細(xì)胞、器官和其他組織的行為上起著關(guān)鍵作用
“在人類基因研究中，一直有一種‘垃圾’DNA的觀點(diǎn)。他們認(rèn)為負(fù)責(zé)蛋白質(zhì)編碼的DNA是有用的，其他則是殘余的進(jìn)化物質(zhì)?！眳握架姳硎?，人類僅有1％到2％的DNA負(fù)責(zé)蛋白質(zhì)的編碼，如果按照這種觀點(diǎn)，人類基因組的98%都是毫無用處的“垃圾”DNA，這顯然讓人難以信服。
據(jù)了解，這種“垃圾”DNA的觀點(diǎn)由來已久。早在1972年，美國加州理工學(xué)院的大野乾就提出了假說：哺乳動(dòng)物的基因不可能超過3萬個(gè)。理由是基因越多，發(fā)生突變的概率就越大，而且絕大多數(shù)突變是有害的，所以超過3萬個(gè)基因的哺乳動(dòng)物根本無法存活。這樣，他把哺乳動(dòng)物基因組中剩下的大量的不用來編碼蛋白質(zhì)的DNA，稱為“垃圾”DNA。
2000年以后，隨著人類基因組測序工作的完成，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)人類基因大約在2萬個(gè)左右，正好與大野乾的假設(shè)相吻合，而且有科學(xué)家開始用實(shí)驗(yàn)證明這一假設(shè)。2004年10月，美國一科學(xué)家在《自然》雜志發(fā)表報(bào)告說，他們刪除了小鼠基因中超過100萬個(gè)堿基對的非編碼DNA（約占鼠基因的1%），但這并沒有對小鼠的發(fā)育、壽命和繁殖造成可察覺的影響。在100多項(xiàng)評估基因活性的組織測試中，只有兩項(xiàng)發(fā)現(xiàn)差異。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果的發(fā)表進(jìn)一步激發(fā)了科學(xué)家們對“垃圾”DNA的關(guān)注。
2012年，《自然》、《基因組研究》等權(quán)威刊物密集發(fā)表多篇為“垃圾”DNA正名的論文。在《自然》雜志的一篇論文中，研究人員指出，他們通過研究發(fā)現(xiàn)了許多基因開關(guān)，這些開關(guān)與一系列人類疾病有關(guān)系，如多發(fā)性硬化癥等，甚至還包括像身高這樣的體貌特征。他們認(rèn)為，人類基因組攜帶著至少400萬個(gè)基因開關(guān)，而這些基因開關(guān)就位于曾被認(rèn)為是“垃圾”的DNA片段上。這一發(fā)現(xiàn)，被認(rèn)為是醫(yī)學(xué)界和科學(xué)界的重大突破。
“所謂‘垃圾’DNA在控制細(xì)胞、器官和其他組織的行為上起著關(guān)鍵作用。”呂占軍介紹，從出生到死亡，我們體內(nèi)每一個(gè)細(xì)胞中合成的蛋白質(zhì)幾乎都是一樣的。在什么時(shí)間、什么地方激活哪些蛋白質(zhì)必須經(jīng)過控制，而這就是基因開關(guān)所起的作用。
然而，有關(guān)爭論并未結(jié)束，一些堅(jiān)持“垃圾”DNA觀點(diǎn)的科學(xué)家開始對他們的論述進(jìn)行修正。2014年，牛津大學(xué)克里斯·蘭茲教授發(fā)布研究報(bào)告稱，人類DNA中僅僅有8.2%是“起作用的”。他認(rèn)為，略多于1%的人類DNA參與蛋白質(zhì)編碼，另外7%在不同的時(shí)間、不同的人體部位，參與激活和抑制給蛋白質(zhì)編碼的基因活動(dòng)。
“這實(shí)際上還是‘垃圾’DNA的觀點(diǎn)，只是把負(fù)責(zé)基因開關(guān)的部分獨(dú)立出來，但其仍然堅(jiān)持認(rèn)為人類DNA中大部分是沒有用的?！眳握架妼Υ瞬⒉徽J(rèn)同，他表示，隨著對“垃圾”DNA研究的深入，還會(huì)有更多的證據(jù)來反駁這種觀點(diǎn)。
未來醫(yī)生會(huì)基于你的基因培養(yǎng)出私人定制的藥品
“盡管科學(xué)家已經(jīng)完成了人類全基因組測序工作，但這只是基因研究的第一步?！眳握架娊榻B，基因組測序就是檢測DNA四個(gè)堿基ATCG的排列順序，正是它們排列組合的順序不同，造成了包括人在內(nèi)每一個(gè)生物的差別?！叭祟惾蚪M測序就是檢測出全部30億個(gè)堿基對是怎么排列的?！?/p>
據(jù)了解，“人類基因組研究計(jì)劃”曾被譽(yù)為生命科學(xué)的“登月計(jì)劃”，最早由美國提出。1990年，美國能源部與國立衛(wèi)生研究院（NIH）共同啟動(dòng)人類基因組研究計(jì)劃，后來，英國、德國、日本、中國和法國的科學(xué)家相繼加入，并于2000年6月繪制完成了人類基因組草圖。
“正常人有大約30億個(gè)堿基對，哪怕是其中一個(gè)排序不同，都有可能會(huì)造成高矮胖瘦等各種表面特征的不同。而且其中一些序列的缺失或者變異，也是造成很多疾病的根源之一。”呂占軍表示，人類基因組研究有一個(gè)貫穿始終的目的，就是希望通過人類基因組信息幫助人們克服疾病，達(dá)到健康長壽的目的。
全基因組測序，是檢測人類所有基因組信息，不針對任何單個(gè)疾病，但又囊括了所有單個(gè)基因檢測要用到的信息?！斑@相當(dāng)于人類基因的一部‘天書’，但以我們現(xiàn)有的技術(shù)和能力，還不能完全看懂。”
事實(shí)上，不要說解讀，就連“瀏覽”完“天書”這一步，也沒有想象中那么容易。先不論堿基這種納米級的東西“讀”起來有多費(fèi)勁，光是30億堿基對這個(gè)龐大數(shù)字，就讓研究人員頭痛。精確的全基因組測序要求每個(gè)位點(diǎn)平均至少被測量30次，出來的數(shù)據(jù)基數(shù)至少都是TB（計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)容量單位，1TB=1024GB）級別的。
呂占軍說，目前基因治療已成為醫(yī)學(xué)界研究的一大熱點(diǎn)，而且隨著技術(shù)進(jìn)步，科學(xué)家們已經(jīng)看懂了其中一些“字句”，在基因治療腫瘤、血管硬化等方面也取得了很大進(jìn)展。
“在基因修復(fù)和改良技術(shù)下，未來基于細(xì)胞培養(yǎng)的自我疾病治療將成為可能?！眳握架妼蛑委熀苡行判?，“到那時(shí)，生病后不用再吃普通藥物，而是醫(yī)生根據(jù)你的基因培養(yǎng)出的私人定制藥品?！保ㄓ浾?王敬照）
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