科學(xué)家發(fā)現(xiàn)人類400萬基因開關(guān)有助控制疾病
原標(biāo)題：科學(xué)家發(fā)現(xiàn)人類400萬基因“開關(guān)”
“人類基因組不再是一個(gè)空殼了?！眹H科學(xué)界5日宣布，“DNA元素百科全書”計(jì)劃(簡稱ENCODE)獲得了迄今最詳細(xì)的人類基因組分析數(shù)據(jù)，以30篇論文的形式同時(shí)發(fā)表在英國《自然》雜志等多份學(xué)術(shù)刊物上。
人類基因研究再突破
這是“人類基因組計(jì)劃”之后國際科學(xué)界在基因研究領(lǐng)域取得的又一重大進(jìn)展。人類基因組計(jì)劃讓我們得到了人類基因組圖譜，但其中許多基因過去都不知道有什么功能。研究者最常關(guān)注的是與編碼蛋白質(zhì)相關(guān)的基因，但它們只占整個(gè)基因組的約2%。一個(gè)聚集了422位科學(xué)家的國際團(tuán)隊(duì)，完成了解析基因組剩余部分(非編碼區(qū)域)的工作，人類基因組中約80%的基因都有某種確定的功能。
參與這項(xiàng)計(jì)劃的英國桑格研究所研究人員珍妮弗·哈羅說，如果說人類基因組計(jì)劃提供了一張地圖，那么ENCODE計(jì)劃就在這張地圖上標(biāo)出了各個(gè)基因的功能信息。
這兩個(gè)計(jì)劃之間也有承上啟下的關(guān)系，在人類基因組計(jì)劃基本完成的2003年，國際科學(xué)界創(chuàng)建了ENCODE計(jì)劃。這也是一個(gè)大型國際合作項(xiàng)目，來自美國、英國、西班牙、日本和新加坡五國32個(gè)研究機(jī)構(gòu)的科學(xué)家參與了此次項(xiàng)目，耗資1.5億美元。他們獲得并分析了超過15萬億字節(jié)的原始數(shù)據(jù)，目前已經(jīng)全部公布。研究對147個(gè)組織類型進(jìn)行了分析，以確定哪些能打開和關(guān)閉特定的基因，以及不同類型細(xì)胞之間的“開關(guān)”存在什么差異。
中科院北京基因組研究所副研究員嚴(yán)江偉認(rèn)為，如果說人類基因組序列只是確定了字典里的字，現(xiàn)在ENCODE計(jì)劃等于為這些字加了注釋。“比如說研究先天性心臟病就可以去查心臟方面的基因。但目前人類基因功能的研究成果還是基礎(chǔ)研究，離應(yīng)用研究還有一段距離?！?/span>
“垃圾DNA”并非垃圾
基因是遺傳的基本單位，到上世紀(jì)60年代，科學(xué)家認(rèn)為基因是用以制造蛋白的DNA編碼。人類基因組中2.1萬個(gè)蛋白質(zhì)編碼基因只占了整個(gè)基因組的1.2%，那么，其余98.8%的基因是做什么的？1972年，日本遺傳學(xué)家大野乾給這些不能編碼蛋白質(zhì)的DNA片段起了個(gè)名字，叫做“垃圾DNA”。
ENCODE項(xiàng)目的一個(gè)主要目的就是去分析那些“垃圾”的功能。經(jīng)過ENCODE合作項(xiàng)目的初步努力，現(xiàn)在科學(xué)家們可以說“80%的基因組是有功能的”。
其余的20%也不是垃圾，該項(xiàng)目的首席分析員伊萬·伯尼解釋說，雖然ENCODE只分析了147種不同類型的細(xì)胞，但總數(shù)上千。如果還檢測其他類型的細(xì)胞，功能可能會出現(xiàn)比例分化?！斑@就像是從80%到100%，”伊萬·伯尼說，“我們真的沒有任何多余的大區(qū)域DNA。這個(gè)‘垃圾’的比喻沒有多大用處。”
開關(guān)調(diào)控基因活性
人類基因組中的“垃圾DNA”實(shí)際上是一個(gè)龐大的控制面板，能調(diào)控?cái)?shù)以百萬計(jì)基因的活性。如果沒有這些開關(guān)調(diào)控，基因?qū)⒉荒苷９ぷ?，而這些區(qū)域也許會導(dǎo)致人類患上疾病。
從遺傳學(xué)角度來看，同卵雙生的孿生子具有完全相同的基因組。但是雙胞胎即使在同樣的生活環(huán)境下也會表現(xiàn)不同的性格，這是因?yàn)榛蚧钚允遣煌?，同樣的基因，有些基因活性大，有些活性小?/span>
比如一種叫柳穿魚的花卉，大多是對稱的白色花瓣，有一些卻長成黃色五角星。這兩種花是同一種植物，樣子不同并不是因?yàn)樗鼈兊幕蛴胁町?，而是因?yàn)镈NA甲基化模式讓一些基因“閉嘴”，這個(gè)基因活躍的時(shí)候花就是左右對稱的，如果它沉默，花朵就變成軸對稱。
這樣的例子在植物中很多，在動物中也被發(fā)現(xiàn)不少，甚至可以幫助了解癌癥起源。長久以來，人們了解到，當(dāng)DNA發(fā)生變異時(shí)細(xì)胞很容易發(fā)生癌變。最近的一些研究表明，當(dāng)表觀遺傳標(biāo)記被干擾時(shí)，細(xì)胞也會更容易發(fā)生癌變，因?yàn)槟切┲陵P(guān)重要的基因被關(guān)閉了，而那些應(yīng)當(dāng)被關(guān)閉的基因卻被打開了。
正如同人類基因組計(jì)劃帶給生物醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域的革新意義，ENCODE項(xiàng)目也將推動生物醫(yī)學(xué)的前進(jìn)，開辟研究新道路。這份基因組功能圖譜，其中包含有400萬基因的“開關(guān)”，這一重要的參考數(shù)據(jù)將有助于研究人員找到與人類疾病密切相關(guān)的區(qū)域。
專家訪談
人類基因“天書”有了注解
——專訪中科院北京基因組研究所曾長青研究員
記者：ENCODE計(jì)劃的成果對人類有何意義？
曾長青：意義非常重大。完成了人類基因組計(jì)劃和國際單體型圖計(jì)劃，相當(dāng)于讓我們知道了我們的基因組的DNA排序與個(gè)體之間的差異。而ENCODE計(jì)劃則是分析在DNA序列上的各種功能信息，例如了解除了編碼蛋白的序列之外，在基因上或基因周邊還有哪些序列促進(jìn)或抑制一個(gè)基因的表達(dá)，以及這些功能元件各自以什么樣的方式發(fā)揮作用。這相對于在全基因組范圍內(nèi)，即在人類基因組這本天書上，加上了對于重要字詞、句式的注解，使我們能夠解讀天書中這些字句的含義。
記者：了解基因的功能有什么作用？對人類治療某些疾病有幫助嗎？
曾長青：ENCODE對于DNA上調(diào)控基因表達(dá)的體系做了詳細(xì)和深入的解析，這些知識結(jié)合其它研究所獲得的大量疾病相關(guān)基因，就可能幫助科學(xué)家針對這些基因的關(guān)鍵元件設(shè)計(jì)藥物靶點(diǎn)，或者針對不同個(gè)體易感基因上功能元件的多態(tài)性設(shè)計(jì)個(gè)體化治療方案，達(dá)到有的放矢的治療目的。另外，很多基因產(chǎn)物，例如多種有分解作用的酶蛋白參加藥物的代謝，了解了這些基因的功能元件，就可以根據(jù)這些元件上的遺傳多樣性檢測不同個(gè)體對于藥物的反應(yīng)和代謝能力，從而設(shè)計(jì)個(gè)體特異的用藥方案，使藥物治療更加合理和準(zhǔn)確有效。
記者：我國人類基因組學(xué)研究有哪些進(jìn)展？
曾長青：我國雖然沒有直接參加ENCODE計(jì)劃，但像全球其他研究人員一樣，很多中國學(xué)者也在進(jìn)行類似的探索。只是大家多是針對某一類型的功能元件或是某一區(qū)域的元件進(jìn)行的研究，而ENCODE的研究則非常全面和系統(tǒng)，在整個(gè)基因組范圍研究所有功能元件的類型、特點(diǎn)與機(jī)制。所有這些工作同ENCODE計(jì)劃的結(jié)果都對于徹底讀懂、讀通人類基因組這本天書有重要意義。此外，我國參加貢獻(xiàn)了1%和10%的人類基因組計(jì)劃和國際單體型圖計(jì)劃，這兩個(gè)計(jì)劃所獲得的對于基因組序列和多態(tài)性的信息正是ENCODE得以開展的基礎(chǔ)。
鏈接
人類基因組計(jì)劃
人類基因組計(jì)劃是一項(xiàng)規(guī)模宏大，跨國跨學(xué)科的科學(xué)探索工程。其宗旨在于測定組成人類染色體中所包含的30億個(gè)堿基對組成的核苷酸序列，從而繪制人類基因組圖譜，并且辨識其載有的基因及其序列，達(dá)到破譯人類遺傳信息的最終目的?；蚪M計(jì)劃是人類為了探索自身的奧秘所邁出的重要一步，是繼曼哈頓計(jì)劃和阿波羅登月計(jì)劃之后，人類科學(xué)史上的又一個(gè)偉大工程。2000年人類基因組工作草圖的發(fā)表被認(rèn)為是人類基因組計(jì)劃成功的里程碑。1999年9月，中國正式加入國際人類基因組計(jì)劃，并承擔(dān)該染色體區(qū)域，即占全部工程1%的測序工作，并于2000年4月完成了人第3號染色體上3000萬個(gè)堿基對的工作草圖。
揭秘
解讀基因“密碼”
——部分專家學(xué)者分享遺傳學(xué)前沿研究成果
為什么同一種藥有的人吃了非常管用，有的人吃了毫無作用，甚至還有副作用？為什么有的人怎么吃都不會胖，有的人哪怕是喝口水也會胖？為什么人人都有癌細(xì)胞，但有的人得癌癥了，有的人不得癌癥……
這一切都和基因有關(guān)。浙江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院院長管敏鑫說：“所有的生物都來自于遺傳，將來的醫(yī)學(xué)，將來的所有生命科學(xué)的發(fā)展都跟我們遺傳學(xué)直接相關(guān)。”在近日舉行的首屆全球華人遺傳學(xué)大會上，來自海內(nèi)外的400多位華人遺傳學(xué)家在會上分享了最前沿的研究成果。
肥胖和基因有關(guān)嗎？
“基因是相對不變的，但也會發(fā)生突變。”中國遺傳學(xué)會國際合作委員會主任楊煥明院士說，基因就像一個(gè)幽靈。就像有人說，有的人怎么吃都不會胖，有的人哪怕是喝口水也會胖，這就是每個(gè)人的基因不同造成的。
“我們研究小組新近發(fā)表了一個(gè)成果，一張細(xì)菌的目錄，公布了差不多2000多種細(xì)菌，平均每個(gè)人的腸道分布有170種左右。我們研究發(fā)現(xiàn)，肥胖很大程度上是基因決定的。”楊煥明說。
到底與哪里的基因有關(guān)呢？“我們利用腸道微生物的基因，做了小鼠的肥胖實(shí)驗(yàn)。篩選兩只白鼠，喂養(yǎng)方法都一樣，食量也一樣，一只胖，一只瘦。怎么給胖白鼠減肥呢？其他都不動，只把它腸子里的微生物換一換，這樣一來，胖的現(xiàn)在變瘦了，另外一個(gè)倒過來?！睏顭髡f。
雖然這項(xiàng)研究目前還處于實(shí)驗(yàn)階段，沒有用于臨床，相信是肥胖病人的福音。
順產(chǎn)的孩子免疫力更強(qiáng)嗎？
人是否會得疾病，并不單一由自身基因決定，還與體內(nèi)的各種菌的基因相關(guān)。因?yàn)槿梭w在運(yùn)作過程中，有體內(nèi)的各種細(xì)菌、真菌參與其中，這種菌先天的好與壞，也決定了人的健康。
楊煥明院士說，從這個(gè)觀點(diǎn)出發(fā)，他認(rèn)為，順產(chǎn)的孩子比剖宮產(chǎn)的孩子身體免疫力好。這是因?yàn)?，新生兒在自然分娩時(shí)，第一口吸進(jìn)的微生物是母親產(chǎn)道內(nèi)的大量益生菌。這些益生菌攜帶著良好的基因，它們在嬰兒無菌的消化道“安營扎寨”，然后形成多樣化的菌群，讓人身體保持健康平衡。顯然，剖宮產(chǎn)的孩子恰恰卻失去了這個(gè)“良機(jī)”，讓他們“輸”在了免疫力的起跑線上。當(dāng)然，這些研究才剛剛開始。
