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【亚博买球首页】我们身上的绝大部分DNA都是垃圾吗

2020-11-16 04:58:02

亚博买球首页-T.瑞安格雷戈里在安大略省圭尔夫大学的实验室是一个基因组动物园,里面有生物,活着的和死了的,等着暴露他们的基因。蝎子潜伏在它们的领地里。

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狼蛛在碗下打盹。进化生物学家格雷戈里和他的学生在北极探险时收集的速冻蜘蛛和甲壳类动物堆积在米色的液氮金属罐中。一堆冷冻箱存放着软体动物、飞蛾和甲虫的样本。

橱柜里堆满了溅有果蝠、暹罗斗鱼和鸵鸟紫红色基因组的幻灯片。回到安大略省圭尔夫大学(圭尔夫大学),走出演化生物学家T瑞安格雷戈里(瑞安格雷戈里(的实验室,你不会感觉样子走出了一个基因组学的大观园,各种各样死掉或者早已病死的生物正等待着自身的脱氧核糖核酸被理解:蝎子潜入在圈养箱里;狼蛛在小盆下面睡觉;格雷戈里和他的学生在北极探险时收集的蜘蛛和甲壳类动物的速冻标本存放在米色金属液氮罐里;软体动物、飞蛾和甲虫标本留存在一排立式冷冻柜中;而橱柜里则塞满了果蝠、暹罗斗鱼和鸵鸟基因组的品红染色涂片标本格雷戈里对所有这些基因组的研究给他上了一堂关于生活的重要课。从最基本的层面来看,生活一团糟。他最喜欢的证明方式是通过他所谓的"洋葱测试",包括将洋葱的基因组大小与人类的基因组大小进行比较。

为了进行测试,格雷戈里的研究生尼克杰弗瑞从大学温室里带了一株年轻的洋葱到实验室。他递给我一把单刃安全剃刀,然后我们两个在培养皿里切碎洋葱茎。一种翡翠软泥,奇怪的发光,充满了我的盘子。

我被这种颜色弄得心烦意乱,以至于我用刀片割破了自己的无名指,但这免去了我用注射器戳自己的麻烦——我是来提供人类基因组的。杰弗里举起一个小瓶,我用流血的手指擦了擦它的边缘。我们也把洋葱汁倒入小瓶中,看着绿色和红色混合在一起,产生一种既有枫糖浆的颜色又有粘度的液体。

在对所有这些基因组展开研究的过程中,格雷戈里教给了最重要的一课:从最显然的层面上来说,生命感叹一团乱麻。他很讨厌用"洋葱测试"来回应加以证明。这个测试的目的是较为洋葱与人类的基因组孰大孰小。为此,格雷戈里的研究生尼克杰弗里(尼克杰弗里(从大学的温室里采行了一棵小洋葱获得实验室,然后拿着我一把单刃安全性剃须刀,和我一起在培养皿中把洋葱茎磨碎。

不一会儿,我的培养皿里就堆起了一坨带着怪异光泽的翡翠色软泥。这无法解释的颜色让我回头了神,一不小心切到了自己的无名指,不过这样也好,省得我用注射器再行砍自个儿一次了——这次测试中,我是获取人类基因组的志愿者。

杰弗里拿走了一个小瓶,让我把手指上的血沾在瓶沿上,随后我们把洋葱汁也放入瓶中,看著绿色和红色的液体混合一起,产生一种从色调和粘度上都跟枫糖浆十分相似的东西在添加了附着在脱氧核糖核酸上的荧光染料后,杰弗里将小瓶装入了一个名为流式细胞仪的方形设备中,该设备通过激光束喷洒洋葱汁和血液。每当一个细胞被击中,它的脱氧核糖核酸就会发出蓝色的光;更大的基因组发光更亮。

在监视器上,我们看着数据在图表上累积。这些细胞产生两种不同的光,一种暗淡,一种明亮,在图上显示为一对峰。

杰弗里向瓶中重新加入了能与脱氧核糖核酸结合的荧光染料,然后将小瓶放入一种叫作流式细胞仪的四四方方的装置中。 这种仪器可以在激光束的光路上喷洒洋葱汁和血液。

每当一个细胞被击中,它的DNA就不会接收到蓝光。细胞的基因组越大,光线就越暗。在我们旁边,显示器上的图表中的数据逐渐累积,这表明两种细胞产生两种截然不同的光,一种是暗淡的,另一种是暗淡的,它们在图表上被恰当地显示为两个峰值。

一个峰代表了我的基因组,或者说是我的全部DNA。基因组就像生物书,用被称为碱基的遗传字母写成;人类基因组包含大约32亿个碱基。

把它们打印成一页上的字母,它们会填满一本书,比《战争与和平》长一千倍格雷戈里向屏幕靠去。39岁的何留着栗色的山羊胡,目光炯炯有神,他把一顶海森堡之前的沃尔特怀特的帽子重新组合了起来。

他指出了离子的峰值。它显示离子的基因组比我的大五倍。一个峰代表我的基因组,是我的全套DNA。

基因组不过是一本用基因字母写的生物学书,名字叫碱基。人类基因组包含大约32亿个碱基。如果把这些字母印在纸上,就足以做出比《战争与和平》(战争与和平)宽1000倍的伟大作品。

格雷戈里转向屏幕顶部。39岁的他拔了一个栗色的山羊胡子,很期待,类似于电视剧《夺命毒师》中成为“海森堡”之前的主角沃尔特怀特。他指着代表洋葱的山峰。它指出洋葱基因组是我的五倍大。

“洋葱赢了,”格雷戈里说。洋葱总是这样。格雷戈里宣称:“洋葱输了。”一如既往。

但是为什么呢?为什么洋葱携带的遗传物质比人类多得多?或者为什么,就此而言,宽脚蝾螈(655亿个碱基)、非洲肺鱼(1320亿个碱基)和巴黎日本花(1490亿个碱基)?这些生物看起来并不比我们更复杂,所以格雷戈里拒绝接受他们用所有额外的DNA完成更多的想法。相反,他支持一个最初在20世纪70年代发展起来但至今仍令人吃惊的想法,即动物或植物基因组的大小与其复杂性基本上没有关系,因为它的绝大多数DNA说白了——是垃圾。

为什么不呢?为什么洋葱携带的遗传物质不比人多?在某种程度上,问题仅限于脚宽的蝾螈(655亿个碱基对)、非洲肺鱼(1320亿个)和意大利百合(也称为复音巴黎,1490亿个)。这些生物远比我们人类简单,所以格雷戈里没有指出多余的DNA在完善它们的功能方面起着作用。忽略不计,他更赞成20世纪70年代首次明确提出的一个理论,但听起来还是有点震撼:动植物基因组的大小基本上与它们的复杂程度有关,因为——说3354中的大部分DNA都是“垃圾”。

人类基因组包含大约20,000个基因,即编码蛋白质的DNA片段。但是这些基因只占总基因组的1.2%。

另98.8%被称为非编码DNA。格雷戈里认为,虽然一些非编码的DNA是必不可少的,但很可能对我们毫无帮助,直到最近,大多数生物学家都同意他的观点。用他们掌握的最好的工具来调查基因组,他们认为只有一小部分非编码的脱氧核糖核酸显示出任何功能的证据。人类基因组不包含大约20,000个基因,或编码蛋白质的DNA片段。

但这些基因只占整个基因组的1.2%左右。剩下的98.8%被称为非编码DNA。格雷戈里指出,虽然一些非编码DNA是必不可少的,但大部分很可能是无用的。

直到最近,大多数生物学家都同意他的观点。他们用手头最差的工具研究基因组,发现现有证据表明,只有一小部分非编码DNA具有生物功能。 但是在过去的几年里,这个领域的潮流发生了变化。

最近的研究揭示了大量新的非编码脱氧核糖核酸片段,这些片段似乎与我们更熟悉的基因一样对我们的生存至关重要。例如,它们中的许多可能编码有助于引导我们从受精卵发育成健康成人的分子。

如果这些非编码的脱氧核糖核酸片段受损,我们可能会遭受毁灭性的后果,如脑损伤或癌症,这取决于哪些片段受到影响。对基因组的大规模调查使许多研究人员预计人类基因组将比以前想象的更加活跃。

然而,在过去的几年中,该领域的风向开始变化。近期的研究说明了,新发现的众多非编码脱氧核糖核酸对我们存活的最重要程度远不如我们更为熟知的那些基因。例如有很多DNA可以编码类似的分子,引导我们从受精卵发育成健康的成年人。

如果这些非编码DNA片段受损,我们可能会因为它们不同的明确功能而遭受脑损伤或癌症等灾难性后果。大规模的基因组研究给大量研究人员带来了希望:也许人类基因组比以前指出的更活跃。

今年1月,美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)院长弗朗西斯柯林斯(Francis Collins)发表了一篇评论,揭示了共识已经前进了多远。在旧金山的一次医疗保健会议上,一名观众问他关于垃圾DNA的问题。

“我们不再使用那个术语了,”柯林斯回答道。“想象我们可以去掉基因组的任何部分,这简直是一种傲慢——好像我们知道得足够多,可以说它不起作用。

”柯林斯说,科学家曾经认为的大部分脱氧核糖核酸只是在基因组中占据空间,“结果证明是在做事情。”今年1月,美国国立卫生研究院(n.i.h .)院长弗朗西斯柯林斯(Francis Collins)就共识的改变发表了公开评论。在旧金山举行的一次公共卫生会议上,一位听众问他关于“垃圾DNA”的问题。

“我们很久以前还在使用这个术语,”柯林斯问道。“认为我们可以抛弃基因组的某些部分是一个非常傲慢的想法,好像我们不确定它们没有功能。

”柯林斯认为,被科学家多次指出只占在白色地方的大部分基因组DNA“只有它自己的用途”。对于格雷戈里和一群志同道合的生物学家来说,这个想法不仅荒谬而且危险,可能会产生糟糕的科学。他们认为,对垃圾DNA概念的反对是基于对微弱证据的过度解释和对多年来基因组研究的故意忽视。

他们在科学会议上面对面地挑战对手。他们在生物杂志上写了详细的评论。

他们在社交媒体上发表了评论。当国家卫生研究院的官方推特账户转发柯林斯关于不再使用“垃圾基因”这个术语的声明时,加州大学伯克利分校的教授迈克尔艾森在推特上用亵渎的口吻回应道。这个想法对于格雷戈里和一群和他有共同兴趣的生物学家来说,显然不仅可笑,而且危险,很可能带来“伪科学”。

他们指出,对“垃圾DNA”概念的支持只是基于对少数证据的过度理解和多年来对固体基因组研究的故意忽视。结果,他们挑战在学术会议上丢脸,在生物学杂志上写详细的评论文章,并在社交媒体上听取他们的意见。

当N.I.H .的官方推特账户发来柯林斯的声明,称“垃圾DNA”一词仍在使用时,加州大学伯克利分校的教授迈克尔艾森在推特上大声回应。 垃圾脱氧核糖核酸战争正在生物学的前沿展开,但它们实际上只是过去200年来智力斗争中的最新冲突。在查尔斯达尔文阐述他的进化论之前,大多数博物学家认为自然界的现象,从兰花的花瓣到秃鹫的喙钩,都是上帝设计的。

达尔文之后,他们开始将它们视为由自然选择产生的设计。但是我们一些最伟大的生物学家反驳了我们在有机体中发现的一切都必须是一种精致的适应的观点。对这些生物学家来说,一个完全有效的基因组与我们起源的任意性是不一致的,事实上,每个物种都是通过纯粹的偶然事件,经过亿万年的错误开始出现的。有些人看到了数十亿个基地,看到了一台经过微调的机器,而其他人,比如格雷戈里,看到了一片混乱,辉煌的景象。

如今,”垃圾DNA”之战正在生物学的前沿上打响,但它们事实上不过是将近200年来知识界纷争中最近的几场小战役罢了。在查尔斯达尔文(查尔斯达尔文(公开发表知名的进化论之前,大多数博物学家都指出自然界中的现象——从兰花的花瓣到秃鹫喙上的钩——都是上帝设计出来的杰作。在达尔文的理论获得普遍拒绝接受之后,他们又开始将其视作自然选择的产物,指出生物的方方面面都是准确适应环境的结果。然而,一些最最出色的生物学家却明确提出了赞成意见。

在这些生物学家显然,充份高效的基因组与我们起源的政治性相符,事实上,每一个物种都是在无数次错误的尝试中无意间问世的。有些人从这数十亿碱基里看见一架调控精巧的机器,而在格雷戈里等其他人眼里,那只是一片狼藉1953年,弗朗西斯克里克和詹姆斯沃森在《自然》杂志上发表了一篇短文,阐述了脱氧核糖核酸的双螺旋结构。

这份简短的说明让生物学家们疯狂地发现,最终获得了多个诺贝尔奖,并对生物如何生长和繁殖有了前所未有的深入了解。他们了解到,为了从脱氧核糖核酸中制造蛋白质,细胞使用一种叫做核糖核酸的分子制造相关基因的单链副本。然后,它以核糖核酸为导向构建相应的蛋白质年,弗朗西斯克里克(弗朗西斯克里克(和詹姆斯沃森(詹姆斯沃森(在《大自然》 杂志(自然(上公开发表了一篇短文,展出了脱氧核糖核酸的双螺旋结构。这篇短文让生物学家们投放了探寻的狂潮之中,最后还产生了多个诺贝尔奖,人们对生物的生长和交配的理解超过了前所未有的深度。

他们找到,要根据脱氧核糖核酸来生产蛋白质,细胞要用于一种叫作核糖核酸的分子来制作涉及基因的单链拷贝,然后再行利用该核糖核酸来指导适当蛋白质的制备这项研究使科学家们假设基因组主要由编码蛋白质的脱氧核糖核酸组成。但是最终科学家发现这个假设很难与现实相符1964年年,德国生物学家弗里德里希沃格尔粗略计算了一个典型的人类必须携带多少基因。

科学家已经通过对细胞中的脱氧核糖核酸进行染色,通过显微镜观察细胞并测量其大小,发现了人类基因组有多大。沃格尔发现,如果人类基因组只由基因组成,那么它将需要非常多的基因——据他估计有670万个基因,当他在《自然》杂志上发表它时,他承认这个数字"高得令人不安" .没有证据表明我们的细胞制造了670万个蛋白质或任何接近这个数字的东西。这项研究促成科学家们庞加莱基因组的绝大部分应当是编码蛋白质的DNA,但后来他们找到,这种假设与现实相去甚远。科学家们通过对细胞中的脱氧核糖核酸展开染色,并以显微镜仔细观察和测量,估计出有了人类基因组的大小。

1964年,德国生物学家弗里德里希沃格尔(Friedrich Vogel)在《大自然》杂志上发表了一篇文章,粗略计算了一下,如果人类基因组几乎是由基因组成,一般来说,一个人应该载入的基因数是670万。这个数字大得令人难以置信,沃格尔本人否认它“低得令人不安”。

没有证据表明我们的细胞能产生670万或类似的蛋白质。沃格尔推测,基因组的很大一部分是由基本的非编码DNA组成的——例如,可能像开关一样工作,打开和关闭基因。但是其他科学家认识到,即使这个想法也没有数学意义。

平均来说,每个婴儿出生时大约有100个新的突变。如果基因组的每一部分都是必不可少的,那么这些突变中的许多会导致重大的出生缺陷,这些缺陷只会在几代人的过程中不断繁殖;不到一个世纪,这个物种就会变得极端。所以vogel得出结论,基因组大部分由必需的非编码DNA组成。

比如他们可能会充分发挥类似供电的功能,管理基因的激活和重新开启。然而,其他科学家意识到,即使按照这种想法,在数学上也是不合理的。平均来说,每个婴儿出生时大约有100个新的基因突变。

如果基因组中的所有片段都是必需的,这些突变中的许多将导致基本的自然缺失。即使这些缺失不会在文章中繁殖,这个物种也不会在一个世纪内灭绝。面对这一悖论,克里克和其他科学家在20世纪70年代提出了基因组的新愿景。

基因组不是由编码的DNA组成,而是主要由非编码的DNA组成。更重要的是,大部分非编码基因都是ju自然杀伤细胞——也就是说,对我们毫无用处的DNA片段。

这些生物学家认为,一些垃圾最初是基因,但后来被突变禁用。其他被称为转座因子的片段就像寄生虫一样,只是简单地制作它们的新拷贝,这些拷贝实际上被有害地重新插入基因组。面对这种悖论,克里克等科学家在20世纪70年代明确提出了关于基因组的新观点:基因组并不全是编码DNA,事实上,基因组的大部分叫做编码DNA。

更重要的是,大部分非编码DNA都是“垃圾”,也就是说,这些DNA片段对我们毫无用处。这些生物学家指出,有些“垃圾DNA”片段一开始也是基因,后来因为突变而失活。其他DNA片段被称为转座因子,它们像寄生虫一样,完全复制自己,并将其放在基因组的新位置(这样的插入通常是有害的)。

垃圾DNA的识别是当时生物学更大趋势的一部分。许多科学家质疑生物系统总是由进化“精心设计”的假设。

在1979年《伦敦皇家学会学报》的一篇论文中,哈佛大学的史蒂芬杰古尔德和理查德卢翁廷抱怨说,太多的科学家沉迷于轻松愉快的故事来解释每一种特征,从鹿角到嫉妒,这是自然选择为了某些基本功能而磨练出来的适应。古尔德和卢翁廷将这种习惯称为“攀洛主义”范式,这是对伏尔泰的“老实人”的引用,在这种范式中,面对死亡和灾难,愚蠢的庞格拉斯教授坚持认为,我们生活在“所有可能的世界中最好的世界”。

古尔德和卢翁廷并不否认自然选择是一种强大的力量,但他们强调,这不是物种为何如此的唯一解释。男性乳头不是适应,比如;他们只是顺路而已。当时,识别“垃圾DNA”是生物研究的主要趋势之一。许多科学家已经开始批评所有生物系统都是由进化“精心设计”的假设。

1979年,哈佛大学的史蒂芬杰古尔德和理查德卢顿在《伦敦皇家学会学报》上发表了一篇文章。怪太多科学家沉迷于讲故事,热情地把每一个特质——从鹿角变成嫉妒——,说明了自然选择对于构建本质功能的适应性。

古尔德和莱万廷称这种习惯为“攀洛主义”的典范。——这个词来源于庞洛斯教授,一个可笑的教授,他一再坚持,即使面对死亡和灾难,人的处境仍然是“所有可能情况中最好的”。

古尔德和莱万廷并不坚持认为自然选择是一种强大的力量,但他们强调,这不是解释物种为什么没有进化到现在这种状态的唯一答案。比如男性乳头,不是一种适应性,只是加入进化的乐趣。 古尔德和卢翁廷呼吁对进化有一个更广阔的视野,为其他力量、侥幸和历史偶然事件以及在不同生活水平上展开的过程留出空间——古尔德经常称之为"多元主义" .当时,遗传学家第一次瞥见了人类基因组的分子秘密,古尔德和卢翁廷看到了更多支持多元化和反对庞氏骗局的证据。任何两个人的基因组都可能有数百万的差异。

这些差异大多不是自然选择导向力的结果;它们只是通过随机突变产生,没有任何好或坏的影响。古尔德和列万廷敦促人们以更加广阔的眼光来看来演化,为其他的演化力量,如车祸和历史突发事件,以及在生命的有所不同层面上进行的过程留给空间——也就是古尔德经常说道的"多元主义“。当时正值遗传学家们第一次看清人类基因组的分子秘密之时,古尔德和列万廷找到了更好反对多元主义,赞成盲目乐观的证据。

任何两个人的基因组之间都有可能不存在数百万个差异,其中大多数都不是自然选择引领下的结果,它们只是些随机变异,无所谓优劣当克里克和其他人开始为垃圾基因争论时,他们被一种相似的观点所引导,认为大自然是漫不经心的。正如男性乳头是进化的无用遗迹一样,在他们的理论中,我们基因组的大部分也是如此。基因组远非机器般完美的高度,它很大程度上是毫无价值的指令的重写本,是无害寄生虫的巢穴。克里克和他的同事认为,转座因子在我们的基因组中很常见,不是因为它们为我们做了一些重要的事情,而是因为它们可以利用我们进行自身的复制。

古尔德对这家优秀的智力公司很满意,他认为转座因子的行为就像微型生物,进化后更擅长向宿主基因组添加新的拷贝。我们的基因组是他们的海洋,他们的稀树草原。古尔德在1981年写道:"他们只是在玩达尔文的游戏,但处于'错误的水平。

当克里克等人开始为"垃圾DNA”而辩时,他们也抱持着类似于的观点:大大自然是个漫不经心的家伙。他们指出,雄性的乳头只是演化中的一个多余的痕迹,我们的绝大部分基因组也是如此。基因组预想超过机械般的准确和极致,在相当大程度上,它更加看起来一本被重复擦去又改写的抄本,又看起来有害的寄生虫们的巢穴。克里克和他的同事们认为,转座因子之所以在我们的基因组中十分少见,不是因为它们有什么必不可少的功能,而是因为它们可以利用我们来已完成它们自身的拷贝。

这种学术上的志同道合令其古尔德十分伤心,他也主张转座因子的不道德与微生物相近,在演化过程中,它们更加擅长于在宿主基因组中减少新的自身脱氧核糖核酸拷贝。我们的基因组就只不过它们存活的海洋和草原。

古尔德在1981年写到:"它们不过是在'错误的层面上'玩游戏达尔文的游戏罢了古尔德写下这些话后不久,科学家们开始破译整个人类基因组的精确序列。直到2001年,古尔德去世前不久,他们才发表了第一稿。

他们鉴定了数千个具有死亡基因特征的片段。他们发现了数百万个转座因子。

人类基因组计划小组宣布,我们的脱氧核糖核酸由孤立的蛋白质编码基因绿洲组成,这些基因绿洲被"大片无人居住的沙漠所包围,在那里只能找到非编码的'垃圾DNA,”垃圾脱氧核糖核酸最初是一个理论上的论点,但现在我们进化的混乱让所有人都看到了。就在古尔德写上面那番话后旋即,科学家们开始著手破解整个人类基因组的准确序列。 但是直到2001年,古尔德去世前不久,他们才公布了研究结果的初稿。

他们鉴定了数千个带有“基因杀伤”标志的DNA片段,发现了数百万个转座因子。“人类基因组计划”小组声称,我们的DNA就像“一片由‘垃圾DNA’组成的广阔沙漠”,其中散布着编码蛋白质的基因的“绿洲”。

起初,“垃圾DNA”只是一个理论上的争论,但现在我们混乱的进化是有目共睹的。如果你想以一种完全不同的方式来观察基因组,最好的地方是哈佛大学干细胞和再生生物学系的三楼,在一个杂乱的长凳、测序机器和显微镜的迷宫中。

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这是约翰林(John Rinn)的实验室,他是一名38岁的前竞技滑雪板运动员,喜欢在滑板上思考生物问题,他从办公室的一面墙骑到另一面墙,然后再骑回来。Rinn正在监督十多个研究项目,寻找曾经被归类为垃圾但实际上对生命至关重要的非编码基因片段。如果你想以一种非常不同的方式来访问基因组,哈佛大学干细胞和再生生物学系迷宫般的三楼是一个完美的地方。

这是约翰林的实验室。他今年38岁。他曾是一名竞技滑雪运动员。

现在他仍然讨厌一边思考生物问题,一边在办公室里和从一面墙到另一面墙的单板滑雪比赛。林恩负责十几个项目,旨在研究一些多次被视为“垃圾”,但却是生活必需的非编码DNA片段。

Rinn研究的是RNA,而不是我们的细胞用作制造蛋白质模板的RNA。科学家们早就众所周知,人类基因组包含其他类型的RNA:链碱基的一些基因,这些碱基在细胞中执行其他任务,例如帮助将蛋白质的组成部分焊接在一起。在21世纪初,Rinn和其他科学家发现人类细胞正在读取数千个脱氧核糖核酸片段,而不仅仅是编码部分,并在此过程中产生核糖核酸分子。他们想知道这些核糖核酸分子是否能发挥某些重要功能。

里恩的研究对象是RNA,但不是我们的细胞借以作为生产蛋白质的模板的那种核糖核酸。科学家们早就告诉,人类基因组中包括着一些其他类型的核糖核酸的基因:这些碱基组成的长链在细胞内继续执行着其他任务,比如帮助蛋白质装配等21 .世纪初,里恩和其他科学家找到,人类细胞可以读者数千个自身脱氧核糖核酸片段(不仅包括编码区),并在此过程中生产核糖核酸分子。他们想要告诉这些核糖核酸分子否具备什么生死攸关的功能作为斯坦福大学的博士后研究员,林决定他将试图证明这些新的核糖核酸分子中的一个有一些重要的作用。

经过几年的研究,他和那里的教授霍华德张(霍华德张)确定了一种核糖核酸分子,这种分子有点奇怪,是由腰部以下而不是腰部以上的皮肤细胞广泛产生的。林和张很清楚这种模式可能没有意义,但他们还是开始调查它。

他们必须给他们神秘的分子起一个名字,所以他们选择了一个自己付费的笑话("如果最终是热空气,至少我们尝试过,”林说(里恩在斯坦福大学(斯坦福大学(做到博士后时就要求要尝试证明这些新的核糖核酸分子具备最重要的起到。经过几年的检索,他与该大学的教授张元豪(霍华德张(指定了一种类似的核糖核酸分子,这种分子十分怪异,它在腰部以下的皮肤细胞中普遍不存在,但在腰部以上却几乎不知踪迹。里恩和张都确切地告诉,这种模式有可能毫无意义,但他们依然开始了研究。他们给自己的谜样分子所取了个极具调侃意味的名字:“hotair”。

"如果最后证明它什么也不是(热空气有"吹牛“,”空话"之意——学术著作),起码我们曾多次希望过,”里恩说道Rinn对皮肤细胞进行了一系列实验,以弄清楚hotair到底在做什么。他小心翼翼地将hotair分子从细胞中取出,检查它们是否附着了任何其他分子。

事实上,他们已经被一种叫做Polycomb的蛋白质粘住了。里恩对皮肤细胞展开了一系列的实验,想要想到hotair有什么功能(就是说,如果有的话)。

他小心翼翼地将hotair分子从细胞中萃取出来,并检查它们否曾与任何其他分子相连接。事实上,是的:它们可与一种取名为Polycomb的蛋白质紧密结合Polycomb属于一组对动物从受精卵发育至关重要的蛋白质。

它们以不同的方式打开和关闭基因,这样一团均匀的细胞就可以产生骨骼、肌肉和大脑Polycomb .锁在许多基因上并封闭它们,阻止它们制造蛋白质瑞恩。的研究表明,hotair是Polycomb的一种向导,它附着在Polycomb上,带领它穿过细胞的丛林,到达我们脱氧核糖核酸上需要沉默基因的精确位置Polycomb .隶属于一组对于从受精卵到动物成体的发育过程必不可少的蛋白质。它们可在有所不同的模式下转录或重开基因,从而使一群细胞统一地发育成骨骼、肌肉或脑Polycomb。

蛋白可以与多种基因结合并使其失活,无法再生产蛋白质。 Rin的研究表明,hotair只是看起来像一行Polycomb蛋白。当它融合到Polycomb上时,它可以跟随蛋白质穿过混乱的胞内环境,精确地融合到必须绝望的基因位点上。

当Rinn在2007年宣布这个结果时,其他遗传学家都惊呆了。发行它的杂志《细胞》称赞它是一个突破,称林的论文是他们出版过的最重要的论文之一。自那以后的几年里,常和其他研究人员一直在使用更复杂的工具来研究萤火。例如,他们培育了缺乏hotair基因的工程小鼠,发现这些小鼠出现了一系列畸形,如手腕发育不良和椎骨混乱。

很有可能hotair在整个身体中执行重要的工作,不仅在皮肤中,而且在骨骼和其他组织中也是如此。2007年,Rin在《细胞》 (Cell)杂志上发表了自己的研究成果,惹怒了遗传学界。《细胞》杂志称之为重大突破,回应称林恩的研究是他们多次发表的最重要的论文之一。

在随后的几年里,张等人在使用了较为简单的工具之后,对和田进行了深入的研究。比如,他们利用基因工程培育缺乏hotair基因的小鼠,发现这些小鼠往往会出现一系列畸形,如腕部发育障碍、脊椎内含物等。看来hotair很可能在皮肤、骨骼等全身组织中起着最重要的作用。

2008年,在被吸引到哈佛后,Rinn建立了他的新实验室,完全是希望找到更多类似于萤火的分子。我去的第一天,一个叫戴安娜桑切斯的研究助理正在解剖平托豆大小的老鼠胚胎。

在她旁边的一碗冰里,有他小心取出的肝脏、腿、肾、肺等部位的导管,这些部位将被用来寻找制造核糖核酸分子的细胞。在林和我离开桑切斯去解剖后,我们遇到了马丁索瓦戈,一个蓝眼睛的魁北克人,拿着一盒载玻片,每张载玻片上都贴有一片老鼠的大脑,上面的污渍显示细胞产生不同的RNA分子。

当索瓦格走向一间昏暗的显微镜房,和一个名叫陈细洁格罗夫的粉红色头发的研究生一起看照片时,我跟着他。在一张幻灯片上,一只老鼠的大脑看起来像是留着天蓝色的胡子。

对格罗夫来说,每一个模式都是一个惊喜。她曾经发现了一种核糖核酸分子,这种分子在老鼠身上形成了成千上万个小环,每个环围绕着一个毛囊。

“你早上来,就像圣诞节一样,”她说。2008年,林恩被邀请回到哈佛大学,在这里建立了自己的新实验室,希望找到更多类似hotair的分子。在我访问的第一天,我刚好赶上了他的研究助理戴安娜桑切斯(Diana Sanchez),她的解剖结构只有扁豆大小的老鼠胚胎。她旁边的冰浴里挂着几根试管,里面装着各种器官和身体部位——,如肝、腿、肾、肺等。

被她小心翼翼地挤压着,用来搜寻从中产生RNA分子的细胞。为了不睡在桑切斯的解剖工作上,我和林恩离开了,然后我们遇到了马丁索瓦格(Martin Sauvageau),一个蓝眼睛的魁北克人,手里拿着一盒载玻片,每张都有相同的小鼠脑切片,通过染色显示出产生不同RNA分子的细胞。

我陪着苏瓦戈去了黑暗的显微镜室,并和陈细洁格罗夫——一个有着粉红色头发的研究生——一起查阅了这些切片。有一片老鼠的大脑就像拔了一堆天蓝色的小胡子。在格罗夫,很明显,每一款都很惊艳。

她反复发现了一种RNA分子,这种分子可以在老鼠体内产生成千上万个微小的环,每个环包裹着一个毛囊。“当我每天早上进去的时候,感觉就像圣诞节一样,”她描述道。 2013年12月,Rinn和他的同事公布了他们:研究的第一个结果,这三个潜在的新的核糖核酸基因似乎对老鼠的生存至关重要。

为了研究每一个潜在的基因,科学家们在老鼠身上移除了两个拷贝中的一个。当老鼠交配时,它们的一些胚胎最终带有两个基因拷贝,一些带有一个,一些没有。

如果这些老鼠缺乏这三种脱氧核糖核酸中的任何一种,它们就会在子宫内或出生后不久死亡“你拿走一块垃圾DNA,老鼠就死了,”林说“如果你能对此提出批评,那就去吧。不过我挺满意的。

我发现了生命所需的基因组的一个新片段2013年。年12月,里恩和同事们公开发表了第一批搜寻结果:有三个新的潜在的核糖核酸基因有可能对小鼠的存活至关重要。为了调查每个潜在基因,科学家设法移除了小鼠体内该基因两个拷贝中的一个。

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当这些小鼠交配时,一部分胚胎将具有两个基因拷贝,有的具有一个,有的则一个也没。不论是缺乏这三种脱氧核糖核酸片段中的哪一个,小鼠都会胎死宫中或在出生于后旋即被杀。

“老鼠没有打败‘垃圾DNA’片段就无法生存,”林说。“如果你想批评,就直说吧。但是我已经很失望了。我发现了一个新的生命必需的基因组片段。

”随着科学家们发现新的RNA分子看起来很重要,他们正在挑选一些来仔细检查分子细节。“我非常喜欢这个,”林站在白板墙边,画了一条环形线来说明另一个RNA分子,他称之为“第一个”。

Rinn的团队在firre上进行的实验表明,它执行了一个壮观的套索动作,一次抓住三条不同的染色体,并将它们拉在一起。Rinn怀疑在我们的基因中有成千上万的RNA分子编码,它们表现出类似的特性:弯曲DNA,使其解链,使其与某些蛋白质接触,否则以多种多样的方式暴露它,它自己就会生病。在寻找具有最重要功能的新RNA分子的同时,科学家们还投票表决了几个在分子水平上进行详细研究的方案。

在白板前,莱恩站用圆形图向我解释了另一个名叫“firre”的RNA分子。“我想已经爱上它了,”他说。Rin的团队目前对firre的实验指出,它的功能就像一个巨大的套索,可以同时逃脱三条不同的染色体,并将它们聚集在一起。

瑞安猜测,我们的基因组编码了数千个可以像伟大事业一样膨胀的RNA分子,它们可以倾斜DNA,找出DNA螺旋,使其知道一些特定的蛋白质或显示其普遍功能。“这是基因组折纸术,”林谈到这个理论时说。“在每个牢房里,你都有同样的一张纸。

干细胞,脑细胞,肝细胞,都是用同一张纸做的。你如何折叠那张纸决定了你得到的是纸飞机还是鸭子。

重要的是你把它折叠成什么形状。这一定是生物学的三维代码。

”“这只是基因组水平的折纸,”林解释了他的理论。“每个细胞都享有一定程度的纸张。

干细胞,脑细胞,肝细胞.在某种程度上,这些都写在纸上,但是你的方法要求你最终不会得到一架飞机或者一只鸭子。你拉出来的形状是最重要的。这就是生物的三维密码。”对一些生物学家来说,像林的发现暗示了我们基因组中隐藏的宝库。

因为这些RNA分子中的一些已经被证明是如此关键,他们认为,其余的非编码基因组一定充满了财富。但对格雷戈里和其他人来说,这是一种值得庞克罗斯博士抱有的狭隘乐观主义。相比之下,他们对这项研究的前景非常悲观。

我们细胞制造的大多数RNA分子可能不会像热空气和冷杉那样发挥如此重要的功能。相反,它们只不过是制造核糖核酸的蛋白质不时撞上垃圾脱氧核糖核酸时发生的事情。

一些生物学家指出,像林恩这样的新发现提醒我们,在我们的基因组中隐藏着一个巨大的宝藏。正如几项研究已经证明了几个这样的RNA分子非常重要一样,他们指出基因组的其他非编码片段也一定包含着非常丰富的宝藏。但是格雷戈里和其他人对这个想法的反应和潘格罗博士一样盲目乐观。相比之下,他们对这项研究的未来持乐观态度。

事实上,我们细胞产生的大多数RNA分子可能没有最重要的功能,如hotair或firre。忽略,在大多数情况下,只是产生RNA的蛋白质有时会撞上“垃圾DNA”。

“你说,‘我找到了——美国!’多伦多大学的生物化学家亚历克斯帕拉佐说,他去年和格雷戈里在《公共科学图书馆遗传学》杂志上共同撰写了一篇为垃圾基因辩护的文章但可能你发现的是一点点噪音。”“你激动地宣称:‘我发现了美国的新世界!’亚历克斯帕拉佐是多伦多大学的生物化学家,也是格雷戈里在《公共科学图书馆遗传学》上发表的关于“垃圾DNA”的论文的合著者,他说,“但是你发现的可能只是一点点噪音。

”帕拉佐和他的同事们也对最近关于人类基因组大规模调查的胜利宣言不屑一顾。国家健康研究所项目的一个新版本宣称,“人类基因组中许多被称为‘垃圾DNA’的东西实际上是一个巨大的控制面板,有数百万个开关来调节我们基因的活动。

“像格雷戈里这样的研究人员认为这种说辞远远超出了实际证据。格雷戈里将寻找有用的非编码DNA片段比作使用金属探测器寻找埋藏在海滩上的黄金。

梳理海滩的想法是个好主意,”他说。但你必须确保你的金属探测器在对任何金属做出反应时不会爆炸。“你会发现瓶盖和钉子。”格雷戈里说。

palazzo和他的同事也改变了他们对最近大规模人类基因组调查的胜利宣言的看法。一个国家健康研究所的项目最近发布了一份新闻报道称:“人类基因组中以前被称为‘垃圾DNA’的片段大多是包含数百万电源的巨大控制面板,这些电源控制着我们的基因活动。

”格雷戈里和其他研究人员指出,这是一种远远超出实际证据的夸张。格雷戈里将搜索简单的非编码DNA片段,而不是使用金属探测器搜索从海滩挖出的黄金。

”彻底搜索海滩是个好主意,”他说。但你必须确保你的金属探测器遇到任何金属都会发出警报。”不然你找的大部分都是瓶盖和钉子。

”格雷戈里说;他预计,随着我们更仔细地检查基因组,我们会发现许多瓶盖和钉子。他和其他人认为,这是一个基于我们基因组深层进化史的预测。几百万年来,必需基因没有太大变化,而垃圾DNA却拾取了很多无害的突变。牛津大学的科学家已经测量了过去100百万年来人类基因组中每个位点的进化变化。

该研究的作者克里斯庞丁说:“今天,我可以说,8%,正负1%,是我认为功能性的。”。

另外92%呢?“这似乎没那么重要,”他说。他预测,随着我们更仔细地检查基因组,我们将不会发现很多帽子和指甲。他和其他人回应说,这个预测是基于我们基因组的深层进化史。

几百万年来,必不可少的基因没有再发生太大的变化,而“垃圾DNA”携带着很多有害的变异。牛津大学的科学家依赖于人类基因组每个位点在过去1亿年的进化。该研究的作者之一克里斯庞丁(Chris Ponting)说:“现在我不敢拍着胸脯说只有8%(波动幅度会高达1%)具有生物功能。

”其他92%呢?“也许没那么重要,”他说。 格雷戈里等研究人员认为,真正的创造学家利用最近对垃圾脱氧核糖核酸的思考的变化,试图让时光倒流到达尔文之前,这不是巧合(创造研究所宣称,最近对非编码脱氧核糖核酸的研究"清楚地表明,我们是由我们的造物主'可怕而奇妙地'创造的" .(在某种意义上,这场争论可以追溯到达尔文本人,他在1859年的著作《物种起源》为我们作为自然"设计者"理解自然选择设定了道路。在晚年,达尔文不厌其烦地强调,进化不仅仅是自然选择。看到他的读者中有多少人认为他在争论自然选择是生命多样性背后的唯一力量,他感到沮丧。

当达尔文在1872年更新这本书的第六版时,他抱怨道:"稳定的错误陈述的力量是巨大的" .事实上,他写道,他对其他可能推动进化的力量持非常开放的态度,比如"在我们的无知中,变异似乎是自发产生的“格雷戈里等研究人员指出,笃信的创世纪论者不约而同地利用"垃圾DNA”观念中的近期变化,这毕竟无意间,他们这是企图让时间衰退返达尔文时代之前(创世纪论研究学会[创造研究所搜索]称之为:最近对非编码DNA的研究“指出我们是造物主构建的不可思议而又可怕的作品”。在某种程度上,这场争论可以追溯到达尔文本人。

在他1859年出版的《物种起源》一书中,他将我们对自然选择的解释定位为自然“设计师”。达尔文晚年还煞费苦心地强调,自然选择只是进化的一个方面。看到很多读者误以为他主张自然选择是生物多样性的唯一动力,这让别人很失望。“持续虚假陈述的力量真的很大。

”达尔文在1872年修改该书第六版时对此进行了指责。事实上,他对其他可能推动进化的力量的持有者,有着非常专制的态度,比如“在我们不知情的情况下自发产生的突变”。达尔文当然对基因组一无所知,因为在他死后的几十年里,科学家们仍然是这样。但格雷戈里认为,基因组体现了达尔文心目中适应性和任意性的完美结合。

数百万年来,人类基因组自发地变得更大,充满了无用的基因拷贝和新的转座因子。我们的祖先忍受了所有这些额外的行李,因为它们其实并不那么重。这并没有让他们过度生病。

复制所有这些额外的DNA并不需要他们消耗其他任务所需的能量。他们不能向基因组中添加无限量的垃圾,但他们可以接受大量的垃圾。与此同时,要减去垃圾,需要大量的蛋白质来切除每一个死亡的基因或转座因子——而不切除一个必需的基因。

一个从垃圾中进化出来的基因组将输掉与更邋遢基因组的竞赛,这将为抗击疾病或生育孩子留下更多资源。达尔文同意他对基因组一无所知,因为直到他死后几十年,科学家们才开始孜孜不倦地研究这个课题。但是格雷戈里指出,基因组只是反映了达尔文的想法:适应性和政治的混合物。

几百万年来,人类基因组的自发性降低了很多,充斥着冗余的基因拷贝和新的转座因子。我们的祖先尊重所有这些额外的行李带,因为它们比其他行李带贵得多。这些多余的DNA不仅会导致严重的疾病,而且复制所需的精力也很少,会影响其他长期工作的完成。

当然,基因组不可能无限期采用垃圾,但它的垃圾容量显然很大。另一方面,清理垃圾是非常困难的,需要去除每一个带有大量蛋白质的“杀伤基因”或转座因子——,同时还要保证必需基因受到破坏。经过验证的基因组可以为交配或对抗疾病保留更好的资源,而没有“垃圾DNA”的基因组将陷入进化的失败者。

他认为,格雷戈里的实验室里堆满了血淋淋的载有巨大基因组的载玻片,只有当我们放弃认为生命总是进化到完美的想法时,才有意义。对他来说,垃圾DNA并不是进化失败的标志。相反,这证明了它缓慢而缓慢的胜利。

格雷戈里指出,只有当我们仍然指出生命总是朝着更完整的方向发展时,我们才能解读出他的实验室里充满血腥的切片中展示的伟大基因组。对他来说很明显,“垃圾DNA”并不是进化结束的标志。

忽略它。它指出进化是一个缓慢的过程,它的成功往往是由于不经意的成功。

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