鲨鱼与“抗癌”有关系吗？解码地球顶级食肉动物的庞大基因组！

　　

大白鲨（学名：Carcharodon carcharias）是地球上最知名的海洋生物之一，并催生了好莱坞史上最著名的电影之一。这种鲨鱼有一些显著特点：体型庞大（身长可达6.5米，体重3200公斤），潜水深度接近1200米，由于大白鲨在世界海洋范围内的数量相对较少，种群保护也是一个很大的问题。

为了了解这一标志性的顶端肉食动物，以及鲨鱼的生物学特性，一个重要的科学步骤是解析大白鲨的整个基因组。

在诺瓦东南大学（NSU）拯救我们的海洋基金会鲨鱼研究中心和盖伊哈维研究所（GHRI）、康奈尔大学兽医学院以及蒙特利湾水族馆的科学家的带领下，大白鲨基因组终于解析完毕，研究人员有能力将其与其他脊椎动物的基因组进行比较了。

这篇报道发表在PNAS杂志。

对大白鲨基因组的解码不仅解释了它体型巨大的原因——其基因组是人类基因组的1.5倍，而且还揭示了大量基因变化，这些变化可能是大体型和长寿鲨鱼进化成功的背后原因。

研究人员发现，在维持基因组稳定性方面具有重要作用的许多基因发生了显著的特定DNA序列变化——分子适应（也被称为阳性选择）这种基因防御机制抵消了物种DNA损伤的积累，从而保持了物种DNA的完整性。

这些适应性序列变化在与DNA修复、DNA损伤反应和DNA损伤耐受性等基因密切相关的基因中被发现。众所周知，DNA损伤积累导致的基因组不稳定会使人类易患多种癌症和衰老相关疾病。

“包含这些适应性变化的基因组稳定性基因数量惊人，此外还有几个基因富集凸显了基因微调的重要性，”NSU拯救我们的海洋基金会鲨鱼研究中心主任Mahmood Shivji博士说。他与康奈尔大学兽医学院的Michael Stanhope共同领导了这项研究。

另一个值得注意的是，大白鲨基因组中含有大量“跳跃基因（转座子）”，该类型被称为LINEs，这是迄今为止研究人员在脊椎动物基因组内发现的比例最高的LINEs，数量占比接近30%。

“大家知道，LINEs通过产生DNA双链断裂造成基因组不稳定，”Stanhope说。“大白鲨基因组中如此之高的LINEs含量可能是有效DNA损伤修复机制进化的一个强有力的选择因子，从而导致了许多基因组稳定基因的阳性选择和富集。”

国际研究小组还在同样体型巨大的鲸鲨体内找到了与大白鲨相同的基因组稳定基因阳性选择和富集。

鲸鲨的关键发现是非常重要的。因为理论上癌症风险应该随着细胞的数量（身体体型）和生物体的寿命增加而增加，一些统计数据支持物种的体型和癌症风险呈正相关。有趣的是，这种现象在跨物种时却不成立。

与预期相反，体型非常巨大的动物比人类更不容易患癌症，它们在进化上表现出了优越的防癌能力。大白鲨基因组的新发现可能是促进大体型和长寿命进化的关键。

“破解大白鲨基因组为科学提供了一套新钥匙，可以解开关于这些令人恐惧和误解的食肉动物悬而未决的谜团——大白鲨繁衍生息了5亿年，为什么它比地球上几乎任何脊椎动物的历史都要长，”文章共同作者Salvador Jorgensen说。

研究并未结束

鲨鱼以其令人印象深刻的快速伤口愈合能力闻名，鲨鱼基因组揭示了伤口愈合途径相关基因的有趣进化适应性。

“我们发现了一些与伤口愈合最基本途径有关的基因，包括一个关键的凝血基因，这些基因的选择和丰富含量都是阳性的，”Stanhope说。“这些基因的适应性可能是鲨鱼称霸海洋的基础，因为即使它们遭遇大伤口也能有效地愈合。”

鲨鱼基因组是座宝藏，研究人员说，他们刚刚探索了“冰山一角”。“基因组的不稳定性是许多人类疾病的基础，现在我们已经向大自然询问有什么聪明的机制来维持提体型庞大、寿命长的生物的基因组稳定性，”Shivji说。“我们仍然有许多东西需要学习，鲨鱼的进化奇迹蕴含着对抗癌症和衰老相关疾病的真正解药，还有改善人类伤口愈合的治疗信息。”

值得强调的是，由于过度捕捞许多鲨鱼数量迅速减少，“吃鲨鱼”并不能转化为治病“补药”！在我们有能力了解这种神奇物种蕴含的巨大“财富”之前，物种保护刻不容缓。

（文中大白鲨照片所有权：Byron Dilkes, Danah Divers）