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基因探秘之被注解的生命

来源:科学时报
摘要:5亿美元,来自5个国家32个研究机构的442名科学家,以在《自然》、《基因组生物学》和《基因组研究》等3个杂志上同时发表30篇论文的方式,宣示着一项名为“DNA元件百科全书”(TheEncyclopediaofDNAElements,ENCODE)的庞大“解密计划”完成,这是继人类基因组计划之后的最大型的国际合作项目。在随后的几十年里,这一概念......

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去年9月,历时9年时间耗资1.5亿美元,来自5个国家32个研究机构的442名科学家,以在《自然》、《基因组生物学》和《基因组研究》等3个杂志上同时发表30篇论文的方式,宣示着一项名为“DNA元件百科全书”(The Encyclopedia of DNA Elements, ENCODE)的庞大“解密计划”完成,这是继人类基因组计划之后的最大型的国际合作项目。

然而颇为讽刺的是,这项计划中的研究主体,在近几十年的时间里,却被普遍认为是没有生物意义的“垃圾DNA”。

1972年,遗传学家大野乾(Susumu Ohno)提出“垃圾DNA”(Junk DNA)这一概念。在随后的几十年里,这一概念被用来形容那些基因组上没有生物学意义的非编码DNA序列。

2003年人类基因组计划完成之后,人们发现人类的全基因组包含了超过30亿个碱基对、大约20000个基因,但是把这些基因的序列加起来,却仅仅只有全基因组长度的1.5%。难道这1.5%就能解释同卵双胞胎的差异,帮助人们找到各种疾病的原因?人们疑惑了,质疑了,并且开始行动了!

十年磨一剑,虽然这个计划还有待进一步补充完善的地方,但是,它却已经颠覆了我们的传统思维,将我们带入了一个新的基因组时代。 当ENCODE完成,科学家们发现多达400万个基因开关和功能调节因子占据着大约20%的基因组序列的时候,就有人提议,基因的概念是否已经过时,是否应该重新定义为那些具有生物意义的转录本?新一轮的争论由此开始了。

与此同时,人们也发现,同一种治病手段,用在不同人的身上,所起到的效果并不一样,甚至有时导致截然相反的结果。这种差异被人们解释为环境和遗传共同作用的结果,然而环境又是如何去影响调控机体的,却又没有完美的理论和机制去解释。这些种种的疑虑,却随着ENCODE的完成,得到了一种较为合理的解释。

疾病的产生,也许并不是某些基因的缺陷,而是复杂的调控网络出现了紊乱,而人与人个体的差异,恰恰也是源于这种调控网络间的差异,同一种手段去干扰这种网络,自然会得到不同的结果。因此,伴随着这种机制的逐渐揭示,个体化医疗也将必然走进人们的视野中,诊断、治疗这种传统的医疗模式也将被逐渐淘汰,代之以检查、分析、制订个体医疗计划、治疗这种新型的医疗模式,疾病预测和治疗手段也将更加人性化和精确化。

当然,面对这样重大的科技成就,我们仍然需要摆正心态,以一种客观的眼界去观察判断。正如“垃圾DNA”这一概念,我们也不能因此就极端地将它摈弃,毕竟这些概念都是伴随着我们对生命的一步步探索中诞生的,它见证着我们探索真理的过程。

同时,ENCODE的完成也仅仅说明80%的基因组是可能有生物功能的,而且我们还没有完全弄清楚它们的机制,更不用说那剩下的20%仍然没有进一步证据指出它们存在的意义。也有证据指出,敲除部分序列的小鼠,仍然能够健康长大。所以,我们仅仅可以指出,“垃圾DNA”也许不是“垃圾”,而不能说“垃圾DNA”根本就不存在。

另外,ENCODE虽然完成了,可是我们仅仅是证明了这些DNA元件的存在,并没有真正掌握这些信息,也没有将其机制完全阐明,更没有将其应用到个体化医疗等领域中。

所以现在要做的不是去欢呼雀跃,而是冷静面对、分析这些宝贵的数据,真正吃透、掌握、理解并最终运用生命这部天书,为人类生命作贡献。那种融资、量产数据、堆砌数据的模式,才是生命探索之路上真正的悲剧。

(选自中国科学院北京基因组所所刊)

作者: 2013-5-8
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