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    我們的細胞充滿了"垃圾"DNA,這就是我們需要它的原因

    你會購買一本超過98%用亂寫文字寫的書嗎?

    生物學在圖書行業沒有任何業務,但它仍然寫了一本非常迷人的指南:DNA。

    我們的基因手冊包含組成和驅動我們身體的蛋白質的說明。但不到2%的DNA實際上是為它們編碼的。

    其余的 - 98.5%的DNA序列 - 是所謂的“垃圾DNA”,科學家長期以來認為它無用。

    非蛋白質編碼段在書籍草案中看起來像是胡言亂語 - 無用,可能被遺忘,寫作。

    但是新的研究表明,我們基因組中的“垃圾”部分可能會發揮重要作用。

    沒有意義的詞

    大自然有一種獨特的寫作方式。我們的遺傳文字只使用四個字母:A,G,C和T.這些字母的長組合構成了我們的基因,它們為蛋白質的構建提供了信息。但是蛋白質制作過程并不像閱讀烹飪食譜那么簡單。在將蛋白質放在一起之前,DNA被轉錄成RNA的線,這些線被切碎并重新組裝成更小的片段。

    在切碎期間,非編碼延伸 - 垃圾 - 被丟棄,這意味著他們甚至從未習慣于制造蛋白質。為什么大自然在其指南中帶有如此多的看似不必要的材料,這是一個研究人員繼續思考的問題。最合乎邏輯的解釋是,這種“垃圾DNA”可能并非如此無用。

    無用的功能

    人類基因組計劃完成后近十年,該項目讓我們在本世紀初首次完整閱讀了我們的遺傳文字,一個由400多名科學家組成的團隊發布了他們所謂的DNA元素百科全書,或簡稱為ENCODE 。國際合作探索了基因組中每個字母的功能。大規模事業的結果要求重新評估垃圾DNA。雖然只有不到2%的基因組產生蛋白質,但大約80%的基因組具有某種功能。

    然而,ENCODE對功能的定義相當廣泛。任何“生物化學活動”都是公平的游戲 - 即使在過程后期被砍掉,也會被轉錄成RNA,合格的序列就像功能一樣。但許多“垃圾”部分確實具有重要作用,包括調節DNA如何轉錄并從那里轉化為蛋白質。如果蛋白質編碼序列是交響樂的音符,則一些非編碼序列就像導體一樣,影響杰作的節奏和重復。  

    但并非每一個垃圾DNA都可能具有功能用途。2008年發表在“細胞分子生物學”上的一項研究中,科學家清除了酵母基因組中的垃圾DNA。對于特定的基因,他們擺脫了內含子 - 在DNA轉錄后被切掉的切片。他們報道內含子去除對實驗室條件下的細胞沒有顯著影響,支持他們沒有任何功能的觀點。

    今年在“ 自然”雜志上發表的研究報告則不然。當食物稀缺時,研究人員發現這些序列對酵母的存活至關重要。這些內含物的有用性可能取決于背景,這些研究認為 - 仍然與垃圾相差甚遠。

    有用的垃圾

    過去十年的其他研究進展也表明“垃圾DNA”可能只是被誤解的遺傳物質。科學家現在已將各種非編碼序列與各種生物過程甚至人類疾病聯系起來。例如,研究人員認為這些序列是子宮發育的背后,也是我們可以反對的拇指。去年發表在Annals of Oncology上的一項研究表明,非編碼DNA片段就像基因表達的音量旋鈕,最終影響乳腺癌和前列腺癌的發展。今年Nature Genetics上進行的一項研究發現,基因編碼區之外的突變可能導致自閉癥。

    探索非編碼序列的作用現在是一個深入研究的領域。越來越多的證據表明這些非編碼序列可能有助于癌癥失敗治療,專家現在將其視為癌癥診斷的有希望的工具。

    盡管現在有許多功能歸因于垃圾DNA,但一些研究人員仍然認為大多數遺傳密碼都是無用的。休斯頓大學的進化生物學家Dan Graur認為,至少有75%的人沒有任何功能。  

    為了得出這個數字,Graur使用數學模型來確定DNA可能有多大用處。他考慮了有害突變的頻率 - 雙螺旋的有害變化或破壞 - 我們的基因組隨著時間的推移以及生育率獲得。因為這些突變可能是致命的,Graur在2017年的基因組生物學和進化論文中估計,不超過四分之一的遺傳密碼可以起作用 - 我們將以不可持續的速度累積致命的突變。

    關于垃圾DNA的問題和爭論仍然存在。如果Graur是正確的,那么它的很大一部分可能只是用于保護有用的東西免受突變的劃痕頁面。但對于一種垃圾材料來說,這并不是那么簡陋,是嗎?


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