垃圾DNA : 科學家發現人類400萬基因開關有助控制疾病

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垃圾DNA

垃圾DNA : 科學家發現人類400萬基因開關有助控制疾病

「人類基因組不再是一個空殼了。」國際科學界5日宣布，「DNA元素百科全書」計劃(簡稱ENCODE)獲得了迄今最詳細的人類基因組分析數據，以30篇論文的形式同時發表在英國《自然》雜志等多份學術刊物上。

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垃圾DNA - 人類基因研究再突破這是「人類基因組計劃」之後國際科學界在基因研究領域取得的又一重大進展。人類基因組計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麼功能。研究者最常關注的是與編碼蛋白質相關的基因，但它們只佔整個基因組的約2%。一個聚集了422位科學家的國際團隊，完成了解析基因組剩余部分(非編碼區域)的工作，人類基因組中約80%的基因都有某種確定的功能。

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參與這項計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劃提供了一張地圖，那麼ENCODE計劃就在這張地圖上標出了各個基因的功能信息。

這兩個計劃之間也有承上啟下的關系，在人類基因組計劃基本完成的2003年，國際科學界創建了ENCODE計劃。這也是一個大型國際合作項目，來自美國、英國、西班牙、日本和新加坡五國32個研究機構的科學家參與了此次項目，耗資1.5億美元。他們獲得並分析了超過15萬億字節的原始數據，目前已經全部公布。研究對147個組織類型進行了分析，以確定哪些能打開和關閉特定的基因，以及不同類型細胞之間的「開關」存在什麼差異。

中科院北京基因組研究所副研究員嚴江偉認為，如果說人類基因組序列只是確定了字典里的字，現在ENCODE計劃等于為這些字加了注釋。「比如說研究先天性心髒病就可以去查心髒方面的基因。但目前人類基因功能的研究成果還是基礎研究，離應用研究還有一段距離。」


垃圾DNA - 「垃圾DNA」並非垃圾基因是遺傳的基本單位，到上世紀60年代，科學家認為基因是用以制造蛋白的DNA編碼。人類基因組中2.1萬個蛋白質編碼基因只佔了整個基因組的1.2%，那麼，其余98.8%的基因是做什麼的？1972年，日本遺傳學家大野乾給這些不能編碼蛋白質的DNA片段起了個名字，叫做「垃圾DNA」。

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ENCODE項目的一個主要目的就是去分析那些「垃圾」的功能。經過ENCODE合作項目的初步努力，現在科學家們可以說「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種不同類型的細胞，但總數上千。如果還檢測其他類型的細胞，功能可能會出現比例分化。「這就像是從80%到100%，」伊萬•伯尼說，「我們真的沒有任何多余的大區域DNA。這個‘垃圾’的比喻沒有多大用處。」


垃圾DNA - 開關調控基因活性人類基因組中的「垃圾DNA」實際上是一個龐大的控制面板，能調控數以百萬計基因的活性。如果沒有這些開關調控，基因將不能正常工作，而這些區域也許會導致人類患上疾病。

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從遺傳學角度來看，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境下也會表現不同的性格，這是因為基因活性是不同的，同樣的基因，有些基因活性大，有些活性小。

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，樣子不同並不是因為它們的基因有差異，而是因為DNA甲基化模式讓一些基因「閉嘴」，這個基因活躍的時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，在動物中也被發現不少，甚至可以幫助了解癌癥起源。長久以來，人們了解到，當DNA發生變異時細胞很容易發生癌變。最近的一些研究表明，當表觀遺傳標記被干擾時，細胞也會更容易發生癌變，因為那些至關重要的基因被關閉了，而那些應當被關閉的基因卻被打開了。

正如同人類基因組計劃帶給生物醫學研究領域的革新意義，ENCODE項目也將推動生物醫學的前進，開闢研究新道路。這份基因組功能圖譜，其中包含有400萬基因的「開關」，這一重要的參考數據將有助于研究人員找到與人類疾病密切相關的區域。


垃圾DNA - 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劃和國際單體型圖計劃，相當于讓我們知道了我們的基因組的DNA排序與個體之間的差異。而ENCODE計劃則是分析在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或抑制一個基因的表達，以及這些功能元件各自以什麼樣的方式發揮作用。這相對于在全基因組範圍內，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麼作用？對人類治療某些疾病有幫助嗎？

曾長青︰ENCODE對于DNA上調控基因表達的體系做了詳細和深入的解析，這些知識結合其它研究所獲得的大量疾病相關基因，就可能幫助科學家針對這些基因的關鍵元件設計藥物靶點，或者針對不同個體易感基因上功能元件的多態性設計個體化治療方案，達到有的放矢的治療目的。另外，很多基因產物，例如多種有分解作用的黴蛋白參加藥物的代謝，了解了這些基因的功能元件，就可以根據這些元件上的遺傳多樣性檢測不同個體對于藥物的反應和代謝能力，從而設計個體特異的用藥方案，使藥物治療更加合理和準確有效。

記者︰我國人類基因組學研究有哪些進展？

曾長青︰我國雖然沒有直接參加ENCODE計劃，但像全球其他研究人員一樣，很多中國學者也在進行類似的探索。只是大家多是針對某一類型的功能元件或是某一區域的元件進行的研究，而ENCODE的研究則非常全面和系統，在整個基因組範圍研究所有功能元件的類型、特點與機制。所有這些工作同ENCODE計劃的結果都對于徹底讀懂、讀通人類基因組這本天書有重要意義。此外，我國參加貢獻了1%和10%的人類基因組計劃和國際單體型圖計劃，這兩個計劃所獲得的對于基因組序列和多態性的信息正是ENCODE得以開展的基礎。


垃圾DNA - 人類基因組計劃人類基因組計劃是一項規模宏大，跨國跨學科的科學探索工程。其宗旨在于測定組成人類染色體中所包含的30億個堿基對組成的核　酸序列，從而繪制人類基因組圖譜，並且辨識其載有的基因及其序列，達到破譯人類遺傳信息的最終目的。基因組計劃是人類為了探索自身的奧秘所邁出的重要一步，是繼曼哈頓計劃和阿波羅登月計劃之後，人類科學史上的又一個偉大工程。2000年人類基因組工作草圖的發表被認為是人類基因組計劃成功的里程碑。1999年9月，中國正式加入國際人類基因組計劃，並承擔該染色體區域，即佔全部工程1%的測序工作，並于2000年4月完成了人第3號染色體上3000萬個堿基對的工作草圖。

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垃圾DNA - 揭秘解讀基因「密碼」——部分專家學者分享遺傳學前沿研究成果

為什麼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？為什麼有的人怎麼吃都不會胖，有的人哪怕是喝口水也會胖？為什麼人人都有癌細胞，但有的人得癌癥了，有的人不得癌癥……

這一切都和基因有關。浙江大學生命科學學院院長管敏鑫說︰「所有的生物都來自于遺傳，將來的醫學，將來的所有生命科學的發展都跟我們遺傳學直接相關。」在近日舉行的首屆全球華人遺傳學大會上，來自海內外的400多位華人遺傳學家在會上分享了最前沿的研究成果。


垃圾DNA - 肥胖和基因有關嗎？「基因是相對不變的，但也會發生突變。」中國遺傳學會國際合作委員會主任楊煥明院士說，基因就像一個幽靈。就像有人說，有的人怎麼吃都不會胖，有的人哪怕是喝口水也會胖，這就是每個人的基因不同造成的。

「我們研究小組新近發表了一個成果，一張細菌的目錄，公布了差不多2000多種細菌，平均每個人的腸道分布有170種左右。我們研究發現，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呢？「我們利用腸道微生物的基因，做了小鼠的肥胖實驗。篩選兩只白鼠，喂養方法都一樣，食量也一樣，一只胖，一只瘦。怎麼給胖白鼠減肥呢？其他都不動，只把它腸子里的微生物換一換，這樣一來，胖的現在變瘦了，另外一個倒過來。」楊煥明說。

雖然這項研究目前還處于實驗階段，沒有用于臨床，相信是肥胖病人的福音。

順產的孩子免疫力更強嗎？

人是否會得疾病，並不單一由自身基因決定，還與體內的各種菌的基因相關。因為人體在運作過程中，有體內的各種細菌、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，從這個觀點出發，他認為，順產的孩子比剖宮產的孩子身體免疫力好。這是因為，新生兒在自然分娩時，第一口吸進的微生物是母親產道內的大量益生菌。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」，然後形成多樣化的菌群，讓人身體保持健康平衡。顯然，剖宮產的孩子恰恰卻失去了這個「良機」，讓他們「輸」在了免疫力的起跑線上。當然，這些研究才剛剛開始。

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