人体DNA“垃圾”成灾？

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 

 
   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%%。

　　但是几年前美国生物技术公司Affymetrix科研人员研究发现，非编码DNA占到整个基因组的85%%—97%%，这些非编码DNA能够被转录成原始RNA，被加工RNA也达到整个基因组的18%%，科学家将这些RNA称为非编码RNA。在这些非编码RNA中，比较短的RNA在调控基因表达中发挥了重要作用，大多数长的RNA功能仍然是一个谜。多年来，科学家们只是偶尔发现非编码RNA的一些功能，比如在热休克蛋白质形成过程中，一种非编码RNA是编码基因的促进剂；一种非编码RNA能够在老鼠的大脑、面部以及肢体发育过程中控制基因的表达。

　　由于这方面的进展不多，许多非编码RNA仍然是一个谜，科学家们的观点也存在争论。一些科学家认为，大多数非编码RNA只是基因转录过程的副产物，具有偶然性；而另一些科学家认为，非编码RNA并不是随意形成的，它们往往在特定的基因区域形成，特别是在大脑发育中，它们不是偶然形成的副产物。英国牛津大学的兰特教授研究认为，50%%的非编码RNA具有特定功能，位于英国剑桥的欧洲生物信息研究所的伯尔尼教授认为，有用的非编码RNA不到20%%。

　　大多数DNA似乎可有可无

　　尽管科学家们在比例上存在分歧，但没有一个人认为大多数基因组具有重要功能。伯尔尼教授认为，75%%的基因是垃圾，只有10%%具有重要功能。兰特教授也认为，有用的基因不会超过50%%。大多数科学家一致同意，有用基因最多不超过基因组的50%%。

　　人类基因组中有一半基因是寄生虫DNA的复制品，这些寄生虫DNA又叫转位子，它们往往不断复制直到发生变异后失去活性，并没有特别的有用功能。这些转位子只有少数具有活性，会导致人体发生疾病。研究人员发现，在哺乳动物的超保留DNA中，转位子占到5%%，这些转位子中有些也参与基因调控。但大多数并不是人类基本活动所必需的，这些基因的“功能”可有可无。

　　伯尔尼教授领导的科研小组正在进行一项称为“编码”的科研项目，他们从人类基因组中选取了44个大型基因序列，其中4.9%%是保留DNA，结果表明，大约一半的保留DNA具有某种功能，而且许多具有特定功能的非编码DNA在人体内存在，但在老鼠中却没有保留下来。这些结果表明，这些重要的基因序列决定了人类不同于老鼠。

　　虽然这些非编码DNA具有区别物种的重要功能，但在整个基因组中只占到极小比例，大多数可有可无，只是在进化过程中偶然出现的，既不会妨碍也不会帮助生物的发育。

　　科学家认为，要弄清这些基因的功能，只有通过实验设计，从动物体内除去这些基因，然后观察是否会对动物造成严重的后果。罗宾教授正在进行这样的实验。

　　几年前，罗宾研究小组从老鼠体内删除两个大型非编码DNA片段，这些DNA每个大约包含100万个碱基对，结果表明，失去这些基因的老鼠并没有明显的后果表现。

　　罗宾教授目前正在进行中的实验是，从老鼠体内移出4个公认为具有重要功能的超保留非编码DNA，而且这4个DNA位于重要基因附近，如果它们具有重要功能，一旦移出，老鼠应该被杀死或者至少造成严重的健康问题。

　　但是一年来，实验中的动物健康得很，研究人员惊奇地发现，被移走基因的老鼠与正常老鼠相比，发育、寿命、生育能力、体重以及血化学特性等都没有显著性差异。这个实验结果目前还没有公开发表，只在一次会议上内部公开。有些科学家解释说，这些被移走的基因能够很快被周围相同功能的基因补充，所以没有表现出显著性差异。

　　或许随着相关研究的大量出现，垃圾DNA的说法是否合理才会最终证实。（聂翠蓉）