人類的基因手冊提供了構(gòu)成人類身體的蛋白質(zhì)指令，但是殘酷的現(xiàn)實擺在人類面前，僅有不足2%的DNA編碼人類身體，這意味著人體充滿了“垃圾DNA”。
人體剩下的98.5%DNA序列被稱為“垃圾DNA”，長期以來，科學(xué)家認為垃圾DNA是無用的，這些無蛋白質(zhì)編碼序列就像書稿中的胡言亂語，但是最新研究表明，人體基因組中的“垃圾部分”可能仍然發(fā)揮著重要作用。
沒有意義的文字
生物體擁有一種獨特的基因編寫方式，人類基因腳本僅使用4個字母：A, G, C和T。這些字母的較長組合構(gòu)成了人類基因，提供了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)信息。但是蛋白質(zhì)制造過程并不像看著烹飪食譜做菜那樣簡單，在將蛋白質(zhì)結(jié)合之前，DNA被轉(zhuǎn)錄為RNA鏈，緊接著RNA鏈被切割和重新組裝成更小的片段。
RNA鏈被切割的過程中，非編碼DNA序列——“垃圾部分”，將被廢棄，意味著它們不會用于制造蛋白質(zhì)，為什么人體會攜帶如此大量的不必要DNA呢？這是研究人員仍在思考的一個問題，最合乎邏輯的解釋是，實際上垃圾DNA并非毫無意義。
垃圾DNA起到“交響樂指揮家”的作用
本世紀(jì)初，人類基因計劃讓人們首次全面了解人類基因腳本，在該計劃完成近10年后，一個由400多名科學(xué)家組成的團隊發(fā)布了他們所謂的DNA元素百科全書(簡稱ENCODE)，這項國際合作研究了基因組中每一個“字母”的功能，并對垃圾DNA進行了重新評估，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)雖然僅有不足2%的基因組能制造蛋白質(zhì)，但是大約80%的DNA具有某種功能。
然而，DNA元素百科全書對功能的定義相當(dāng)廣泛，任何“生物化學(xué)活性”都是公平的游戲，它們被轉(zhuǎn)錄為RNA，即使在稍后的過程中被切斷，也能被鑒定為具為功能的序列。多數(shù)垃圾DNA具有重要作用，其中包括調(diào)控DNA如何轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)變蛋白質(zhì)，如果蛋白質(zhì)編碼序列是交響樂的音符，那么垃圾DNA就像“交響樂指揮家”，影響著交響樂的節(jié)奏。
但并非所有垃圾DNA都具有功能用途，在2008年發(fā)表在《細胞分子生物學(xué)》雜志的一項研究中，科學(xué)家清除了酵母基因組中的垃圾DNA，對于特定基因，他們?nèi)コ嘶騼?nèi)區(qū)——DNA轉(zhuǎn)錄后被切斷的部分。他們在報告中稱，在實驗室條件下，去除基因內(nèi)區(qū)對細胞沒有顯著影響，從而支持了它們沒有任何功能的觀點。
今年《自然》雜志發(fā)表一篇研究報告提出了相反的觀點，科學(xué)家認為，當(dāng)食物匱乏時，垃圾DNA對酵母的存活至關(guān)重要，基因內(nèi)區(qū)的有用性可能取決于其所處的環(huán)境，這與垃圾DNA毫無用處的觀點相悖。
有用的“垃圾”
過去10年里，其他研究進展也表明，垃圾DNA可能只是被誤解的遺傳物質(zhì)，科學(xué)家現(xiàn)在已經(jīng)將各種非編碼序列與各種生物過程甚至是人類疾病聯(lián)系起來，例如：研究人員認為，垃圾DNA對子宮和對生拇指的發(fā)育起到重要作用。2018年，發(fā)表在《腫瘤學(xué)年鑒》雜志的一項研究表明，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(fā)展。今年發(fā)表在《自然遺傳學(xué)》雜志的一項研究稱，基因編碼區(qū)域以外的突變能導(dǎo)致自閉癥。
當(dāng)前探索非編碼基因序列成為科學(xué)家研究焦點之一，越來越多的證據(jù)顯示，非編碼基因序列有助于幫助癌細胞克服醫(yī)學(xué)治療，目前專家們這將成為癌癥診斷的一種逆向工具。盡管垃圾DNA有很多功能，但是一些研究人員認為，大部分垃圾DNA不具備功能性，美國休斯頓大學(xué)進化生物學(xué)家丹·格勞爾(Dan Graur)認為，至少75%的垃圾DNA沒有功能。
為了進一步驗證，格勞爾使用數(shù)學(xué)模型來確定DNA的有用性，他考慮到了DNA有害突變的頻率——有害突變或者雙螺旋結(jié)構(gòu)的斷裂，隨著時間推移，以及生育率的提高，人類基因出現(xiàn)有害突變概率將增大。因為這些突變可能是致命的，格勞爾在2017年發(fā)表在《基因組生物學(xué)與進化》雜志的一篇論文中評估稱，我們的基因最多不超過四分之一具有功能性，如果超過四分之一，人體將積累大量致命基因突變。
關(guān)于垃圾DNA的爭議仍然存在，如果格勞爾是正確的，大部分垃圾DNA可能僅是保護有用DNA免遭突變的“草稿紙”，事實是這樣的嗎？
廣告聲明：文內(nèi)含有的對外跳轉(zhuǎn)鏈接（包括不限于超鏈接、二維碼、口令等形式），用于傳遞更多信息，節(jié)省甄選時間，結(jié)果僅供參考，IT之家所有文章均包含本聲明。