打破過去認知 垃圾DNA有望開啟醫學大躍進

【大紀元2012年09月21日訊】（大紀元記者任凱文編譯報導）過去科學家認為不能轉譯為蛋白質的DNA序列為「垃圾」（junk）DNA，其實它在基因調控上扮演了重要的角色。一項長達九年的計劃推翻了有關「垃圾DNA」的傳統認知，讓科學家更加了解垃圾DNA在維護人體健康中扮演的角色，有望開啟新一波的醫學大躍進。

據《華盛頓郵報》報導，嚴格來說，人類97％的基因組是不能轉譯為蛋白質。但事實上，大多數的DNA和健康的維護息息相關。這一觀點和三十年前生物學家的觀點是不一致的。研究人員在一項九年計劃中，發現此重要見解。

「DNA元件百科全書計劃」（Encyclopedia of DNA Elements Project，簡稱Encode也就是「編碼」計劃）現正盡最大努力要釐清我們人類細胞中的30億個核苷酸。

該計劃的主要成果是在發現人類的DNA中約有400萬個DNA序列位置和基因活性的調節有關。在此之前，科學家只知道有幾千個這樣的DNA序列位置。並發現至少80%基因組在我們的生命中的某個時候是有活性。關於DNA因某種原因而可代代相傳，需進一步的研究以揭露真相。

造成人類常見的一些疾病，如糖尿病、哮喘、動脈硬化等基因上的危險因子似乎存在人類基因組（genome）上的垃圾DNA，這些DNA以重複的序列出現，具有不穩定性，不會轉譯為蛋白質。

阿拉巴馬州的哈得遜阿爾法（HudsonAlpha）生物技術研究所的邁爾斯（Richard Myers）說﹕「垃圾DNA這個概念是不正確的。這是一個過時的隱喻。」邁爾斯是該計劃的主持人之一。此計劃包括了32個研究機構的400名科學家。

英國的歐洲生物資訊研究所（European Bioinformatics Institute）的伯尼（Ewan Birney）也是「編碼」計劃主持人之一。他說﹕「人類基因組因這些垃圾DNA而被活化了，這是我們之前沒有想到的。我可以肯定的是這將是本世紀科學上的重大發現。我們將了解人類生命是如何從這些DNA指令產生的。」

新發現以六篇論文的形式發表在《自然》期刊（Nature）上。與之相關的20多篇論文發表在別的科學期刊上。

人類基因組大約有30億個核苷酸，而DNA長鏈是由四種鹼基元素ATGC組成，核苷酸攜帶遺傳訊息，經由轉錄和轉譯過程而成一個特定的蛋白質。被合成的蛋白質將變成組織、脢、激素和細胞內的運送分子。

2003年，人類基因組計劃（Human Genome Project）已完成人類基因序列定序。但只有21,000個基因已被確定，這遠遠低於大多數生物學家預計的數字。此外，這些基因只佔細胞DNA的3％，這讓生物學家想知道剩下的97％DNA有什麼功能。「編碼」計劃將試圖回答這個問題。

國家人類基因組研究所（National Human Genome Research Institute）的梵高（Elise Feingold）說﹕「這情況類似我們拿了一本書，但我們不知道如何去讀它。」

這項新的研究有助於解釋如此少的基因是如何能創造一個複雜的人類生命。答案是基因的調節。在不同類型的細胞，基因的活化與抑制是在不同時期的，並與其它基因協調以調節其活性。

生物學家早就知道基因調控的重要性和微妙﹐但是沒有想到一度被認為是垃圾基因可能有一些作用。「編碼」計劃的發現透露基因調控的重要性。

一些研究人員把400萬個具有調節基因活性功能的DNA序列位比作是一個非常複雜線路圖的開關。藉著開關的開啟和關閉，可改變基因活性的時間長短，這幾乎能形成無限個回路。同樣地，藉著活化和調節基因功能，使腦細胞或肝細胞來自相同遺傳物質是有可能的。

這些研究發現對解釋「全基因組關聯研究」（GWAS）特別有用。GWAS是個人化醫學的主要工具。在GWAS研究中，針對有第2型糖尿病、冠狀動脈粥樣硬化、類風濕關節炎疾病的基因組和那些沒有這種疾病的基因組進行比較。發現有疾病的人通常比沒有疾病的人，DNA序列有較多或微小變化。

有時，這些DNA變異的重要性是很明顯的。但往往這些DNA變異是在令人困惑的基因組區域，而不是在與疾病有關的脢或蛋白質的基因序列上。現在，研究人員懷疑，具有調節基因活性功能的垃圾DNA變異比導致疾病的基因變異風險高10倍。

研究人員用克隆氏症（Crohn）病舉了一個例子。克隆氏症是一種會導致腸道炎症疾病。先前的研究已經確定了一些與疾病相關的基因突變。「編碼」計劃指出，克隆氏症的基因序列突變區域是GATA2轉錄因子結合位置。但是，就目前而言，這如何引發疾病還是未知數。

(責任編輯:張東光)