打開基因開關(guān)

白天工作，晚上睡覺，到點(diǎn)吃飯，生物鐘讓人們生活節(jié)奏固定，生活井井有條。最近英美研究人員從基因入手重新認(rèn)識生物鐘背后機(jī)理，研究結(jié)果顛覆傳統(tǒng)理論。

重識生物鐘

生物鐘讓我們每天按時(shí)吃飯、睡覺、起床，形成合理的作息習(xí)慣，然而時(shí)差、熬夜等原因會導(dǎo)致生物鐘紊亂，進(jìn)而引發(fā)癌癥、老年癡呆癥、心理障礙等多種疾病。長期以來，科學(xué)家認(rèn)為，人體具有生物鐘主要是神經(jīng)元白天頻繁發(fā)出電脈沖，夜間發(fā)送速度放緩，從而使人白天精神，晚上乏累，形成規(guī)律的生理節(jié)奏。由于神經(jīng)元深埋在大腦深處，實(shí)驗(yàn)難以在人體內(nèi)進(jìn)行，因此研究人員選用老鼠作為實(shí)驗(yàn)對象。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，神經(jīng)元白天并不發(fā)出電脈沖信號，而是只在黃昏時(shí)分發(fā)出，在夜間則進(jìn)入休眠狀態(tài)。

按照傳統(tǒng)研究方法，研究人員將所有神經(jīng)元細(xì)胞一視同仁，認(rèn)為所有神經(jīng)元細(xì)胞都能發(fā)出電脈沖信號。但從基因角度，研究人員發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)元由兩種完全不同的細(xì)胞組成，一種基因的“鐘細(xì)胞”能發(fā)出電脈沖，而“非鐘細(xì)胞”卻不能。過去研究人員認(rèn)為只有細(xì)胞受損或死亡時(shí)才處于休眠狀態(tài)，但事實(shí)上與一般細(xì)胞不同，“鐘細(xì)胞”在休眠時(shí)仍正常運(yùn)轉(zhuǎn)。有趣的是，大腦其他部分也可能存在這種“鐘細(xì)胞”，這將使人們重新認(rèn)識大腦。這一研究有望幫助治愈因生物鐘紊亂引起的多種疾病。

四兩撥千金

自然界就像一部永遠(yuǎn)不會結(jié)束的懸疑片，我們經(jīng)常會驚嘆其劇情的跌宕起伏。難道就沒有什么東西可以降服基因嗎?科學(xué)家們最近給出了回答：有的。

我們來看一個(gè)對比實(shí)驗(yàn)：研究人員讓兩組老鼠生出一批具有相同基因的小老鼠。這些小老鼠從一出生就同吃、同睡、同玩，因此，它們的外型看上去應(yīng)當(dāng)是非常相似的，但是實(shí)驗(yàn)結(jié)果是怎樣的呢?由第一組的鼠媽媽生下的小老鼠，臃腫肥胖，易患癌癥，并且周身披著如同腐臭奶油那樣的黃色毛皮。而由第二組鼠媽媽生出的小老鼠則非常美麗：苗條，健康，毛皮棕色。同樣的基因，同樣的生活環(huán)境，卻培育出截然不同的老鼠。

這中間究竟發(fā)生了什么?結(jié)果顯示，它們的區(qū)別不是由于基因密碼，也不是由于環(huán)境——而是在于對兩者進(jìn)行調(diào)解的機(jī)制之中。病怏怏的黃毛小老鼠體內(nèi)的某一基因制造了一種叫做“刺鼠”的致病蛋白，它也會影響毛皮的顏色以及身體狀況。而棕色的小老鼠也有同樣的基因，但是它們并沒有受到什么影響，這些基因幾乎完全失效了!原來，產(chǎn)出棕色小老鼠的母親們在懷孕期間享受了“特別補(bǔ)品”：一種富含葉酸的食品。它使鼠體內(nèi)充滿小小的四原子結(jié)構(gòu)體——甲基。這些甲基滲透到逐漸長大的棕色老鼠胚胎中，把不良基因“鎖起來”，不讓它們出來搗亂。因此，我們可以說，在生化水平上，僅憑基因序列，是不能完全決定命運(yùn)的。四個(gè)小小的原子已經(jīng)有足夠的資格藐視棕色老鼠體內(nèi)染色體組的嚴(yán)重缺陷了!

生物學(xué)家?guī)资昵熬鸵阎兰谆耍瑥纳鲜兰o(jì)90年代開始，他們發(fā)現(xiàn)了其他幾種“化學(xué)開關(guān)”也可以控制基因的開合。但是直到最近他們才開始了解這些開關(guān)是DNA和外界環(huán)境之間的關(guān)鍵紐帶。這一發(fā)現(xiàn)對一些最基本的關(guān)于生命如何運(yùn)行的科學(xué)設(shè)想提出挑戰(zhàn)，科學(xué)家們曾經(jīng)將DNA中的雙螺旋序列視為無法更改的生命藍(lán)圖，但現(xiàn)在看來，這種解釋顯然太過簡單。幾乎就在受精剛剛結(jié)束，胚胎僅僅只是幾個(gè)細(xì)胞的時(shí)候，它就開始感知周圍環(huán)境的細(xì)微信號，然后對其自身的染色體組進(jìn)行檢查，它會根據(jù)它所接收到的信號將不同細(xì)胞中的基因“打開”或者“合上”。在這種時(shí)候，“本性”也不“難移”了——遺傳上相同的胚胎將開始不同的生命旅程。

“垃圾”顯神功

人類基因組工程確定了大約3.4萬個(gè)與蛋白質(zhì)制造有關(guān)的基因，而其余的基因片段被認(rèn)為是由所謂的沒有功能的DNA片段組成的。因此，有人把剩余的DNA片段比作“2分鐘的電視劇中插播的50分鐘的廣告”。但是最近幾年的研究發(fā)現(xiàn)，這些所謂的“垃圾”DNA，其中有一部分可能就是控制基因的開關(guān)。

將開關(guān)扳到一邊，可以使細(xì)胞長成心臟：將開關(guān)扳到另一邊，可以使細(xì)胞變?yōu)楦闻K。若是等待足夠長的時(shí)間，將會產(chǎn)生一個(gè)具有一系列令人目眩的細(xì)胞、組織和器官的完整的人。科學(xué)家們現(xiàn)在得知，這些開關(guān)對這一過程負(fù)有責(zé)任。它們指導(dǎo)著幾乎全部的身體功能。和基因一樣，它們也是使我們變成現(xiàn)在這個(gè)樣子的“生物建筑師”。科學(xué)家在過去幾年探測了幾種基因開關(guān)。有的開關(guān)能有效阻止癌細(xì)胞的擴(kuò)增，有的能關(guān)掉導(dǎo)致細(xì)胞不必要死亡的有害基因。

研究者們漸漸發(fā)現(xiàn)，大部分“垃圾”DNA在基因的有效活動過程中發(fā)揮著本質(zhì)性的作用。科學(xué)家斷定：曾被認(rèn)作是無用的，沒有承擔(dān)基因代代相傳任務(wù)的DNA，實(shí)際上是被高度完好地保存下來并時(shí)而被利用著的基因。正像正常基因一樣，它們在經(jīng)歷了幾萬年有時(shí)是幾百萬年的進(jìn)化之后，其化學(xué)上的屬性還完好如初，這就意味著，曾經(jīng)被認(rèn)作是無用的“垃圾”對于擁有它們的器官來說是必不可少的。

喜憂參半

基因開關(guān)也不一定只干好事，不正常工作的開關(guān)也會造成許多非傳染性的疾病，包括癌癥、肥胖和神經(jīng)混亂等。有些開關(guān)一旦設(shè)定，甚至?xí)＜吧？茖W(xué)家還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)關(guān)于組蛋白的秘密：我們的基因至少有1/3具有組蛋白開關(guān)，可以控制某處的開合。人類胚胎必須在很短的時(shí)間內(nèi)開始許多復(fù)雜的進(jìn)程，也許身體中的一些基因?yàn)榱恕熬獍l(fā)展”，會在很短時(shí)間內(nèi)開始一些進(jìn)程。但是這種“神速”的進(jìn)程也許會需要一定的代價(jià)。

某些基因開關(guān)會留下一半沒打開，當(dāng)它們完全打開的時(shí)候，它們會清除細(xì)胞中全部的物質(zhì)，使細(xì)胞成為一個(gè)“空盤子”，看上去像一個(gè)危險(xiǎn)的癌細(xì)胞。這種半開半合的基因開關(guān)，對于人體發(fā)育而言也許真的直接與癌癥相連。我們對組蛋白研究得越多，它就越復(fù)雜，而一個(gè)系統(tǒng)越復(fù)雜，出錯(cuò)的可能性就越大。癌癥和其他普通疾病也許是我們體內(nèi)固有的一部分，它給我們帶來極不情愿的一個(gè)后果：人總是要死去，上天早已在我們細(xì)胞里安排好了。科學(xué)家們認(rèn)為：“我們不能把常見的疾病如癌癥看成是偶然的進(jìn)化，我們也許已經(jīng)被按照一種非常精巧的方式設(shè)定從而達(dá)到這樣的目的——必須保證我們最終會死去。”這樣看來，控制基因的開關(guān)仍然蒙著厚厚的面紗，等待著我們?nèi)ソ议_。