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垃圾DNA篇一:“垃圾DNA”是垃圾吗？
如果说人类基因组计划是为了精确地撰写生命之书，那么当2003年这个堪比曼哈顿计划和阿波罗登月的工程收工时，科学家们却发现，他们仍然看不懂基因这本谜一样的“天书”。于是同年9月，一项名为“DNA元件百科全书”（ENCODE）的庞大“解密计划”正式开展。历时9年，耗资1.5亿美元，来自5个国家32个科研机构的442名科学家，终于在2012年9月5日，以在著名学术期刊Nature，Genome Biology和Genome Research上同时发表30篇论文的方式，向世人展示他们的研究成果，宣示这一生命科学领域国际合作项目的完成。他们研究的对象，是那些曾经被认为没有生物意义的“垃圾DNA”。
1972年，遗传学家Susumu Ohno提出了“垃圾DNA”的概念，用来形容那些基因组上没有生物学意义的非编码DNA序列。由于当时的科学家普遍认为蛋白质才是决定生物性状的关键，而且也没有一种好的理论和技术手段来解释这些“垃圾”存在的原因，于是“垃圾DNA”这一观念逐渐根深蒂固，并影响着人们对于基因组的认识与研究工作。
然而，当人类基因组计划完成时，人们发现人类的全基因组包含了超过30亿个碱基对、大约20000个基因。但奇怪的是，即使把所有基因的序列加起来，也只有全基因组长度的1.5％！难道这1.5％就能解释同卵双胞胎的差异，就能帮助人们找到各种疾病的原因？难道人类基因组中其他的98.5％都是垃圾——这就像一部100分钟的电影，98.5分钟都是广告。
于是，科学家们开始重新审视传统观点：或许“垃圾DNA”并不是我们原以为的那样无用。通过ENCODE，科学们发现多达400万个基因开关和功能调节因子，它们占据着大约20％的基因组序列。这强烈地冲击了“DNA序列=生物性状”的传统观点：想象一下，每个基因对应着差不多200种各类型的调节方式，而不同的调节方式又决定着生物性状的差异，那么真正影响生物性状的，或者说生物精髓的，就不该是DNA序列，而是那些丰富的调节方式。
有人认为，传统的基因概念已经过时，应该重新定义为那些具有生物意义的转录本。著名的科普刊物《科学美国人》甚至宣称，“垃圾DNA”是一种“邪恶”的观念，迟滞了人们的基因组学的研究。
也正是随着ENCODE的完成，一些长期困扰科学家的疑惑，得到了较为合理的解释，比如在生物医药领域。以前生物医药研究的重点在于寻找致病基因，虽然科学家们的确发现了这样一些基因，也解释了一些疾病的机理，可几十年来收效甚微。这让科学家们疑惑不已，他们或怀疑是技术手段的缺陷，或是筛选的样本不够充分，甚或是新的基因没有被发现。但与此同时，人们发现，同一种治病手段用在不同的人身上，效果并不一样，甚至会截然相反。这种差异往往被解释为环境和遗传共同作用的结果，然而环境又是如何去影响、调控机体的？没有理论和机制去解释。
ENCODE的成果，为解决这种困惑提供了新的思路——疾病的发生，也许并不是某些基因的缺陷，而是复杂的调控网络出现了紊乱；人与人个体的差异，恰恰也是源于这种调控网络间的差异。因此，同一种手段去干扰这种网络，自然会得到不同的结果。伴随着这种机制的逐渐揭示，个体化医疗也将必然走近人们的视野中，传统的医疗模式或许将被逐渐淘汰，代之以个体医疗模式，疾病预测和治疗手段也将更加个性化、精确化。
应该说，ENCODE已经颠覆了我们的传统思维，将我们带入了一个新的基因组时代。但我们仍需摆正心态，客观地观察判断。
ENCODE的完成仅仅说明80％的基因组可能有生物功能，但还没有完全弄清楚它们的机制，更不用说那剩下的20％究竟有何意义。而且，也有证据指出，敲除部分序列的小鼠仍然能够健康地长大。所以，我们仅仅可以知道，“垃圾DNA”也许不是“垃圾”，而不能说“垃圾DNA”根本就不存在。所以现在还不是欢呼雀跃的时候，应冷静地面对、分析这些宝贵的数据，真正地吃透、掌握、理解并最终运用生命这部“天书”，为人类生命科学研究作贡献。那种融资、量产数据、堆砌数据的模式，才是生命探索之路上真正的悲剧。
（由多米诺基因科普协会提供）
垃圾DNA篇二:“垃圾”DNA新发现
让人惊讶的“垃圾”DNA新发现，2012人类DNA升级可能的科学原理
多年来生物学家一直试着解释这些垃圾序列意义，但没有多少进展。有时是无功而返，有时得出来的又仍然是垃圾。这个毫不奇怪。随手抓一把被隔离的电脑代码，然后又要把它编译出来。这当然会失败。最多它只能得出一些奇怪的结果。仔细分析代码，从整个注释中摸索出其功能，你还说不定能让其运行起来。Mussaelian选了200组序列进行了一番细致的统计分析后，从中又选了4个，开始着手研究，结果产生了少量的化学合成物质。 “我那时一直急着等待Chang的回音，”Mussaelian博士说，“大体上来说这个是不是一种蛋白，或者是一种罕见的东西？答案很让人惊讶：据知这种物质只有在患上了白血病的人类及动物体内才会产生。怪的是，其他三种序列也产生了与癌症性质有关的蛋白。这个看起来已经不再是碰巧的了。当一个人唤醒了这个潜在的活性的基因的时候，它会产生癌性蛋白。研究人员开始搜索人类基因工程数据库，把这4种从垃圾DNA中分离出来的基因资料从中找出来。最后，找到了4个中的3个，列明为活性非垃圾基因。这个倒不是很奇怪：既然癌组织产生蛋白，那在某处肯定有一个基因含有这个功能代码的！后面的才叫怪：在活性的、非垃圾的基因代码部分，有问题的基因（研究人员称之为“jhlg1”,意思是垃圾人类白血病基因）并不是以逻辑序列打头。如“隔离了出去，但是写漏了开头的那个”号表示结尾），但是却都缺乏注释的头半部分的“隔离了出去，但是写漏了开头的那个”号表示结尾），但是却都缺乏注释的头半部分的“/*”符号！这个表明为什么疾病最终会细胞损坏并死亡，而癌症细胞却能进行细胞复制并生长。因为只有少部分大代码是被意体化，它们不会协调地生长。我们从癌症中可以看到的是，只有少量异质的人类基因与一些寄生菌基因形成共生状态，从而造成非逻辑而又怪异的，并且很明显是无意义的生命细胞块。这些细胞块有自己的血管、动脉及它们自身的免疫系统，强有力地抵御抗癌药物。 我们的推论是有一种更高级的地外生命形态参与了这个新生命体的创造并且将其培养于各个星球上。地球只是其中一个。也许，在生命程序编写之后，我们的创造者培养我们就像我们在培养皿中培养细菌一样。我们不知道他们的动机是什么－可能是一种科学的实验，或者是在新的星球上殖民前的一种准备方法，或者也可能在宇宙中培育生命体是一种长期实行的惯例。如果我们在人类的角度想一下，地外的生命编写者很可能只在一个大代码上同时做好几个项目，这些项目应该已经在不同的星球上产生了各种形态的生命体。编写者们很可能做得很急，他们把大代码功能大量地削减，并保留了用于地球的基本编码。不过，那时他们（可能）不太确信究竟大代码里哪些是以后用得到的，哪些是用不着的，所以他们把所有的代码都保留了下来。他们没有用删除的方法将代码行清除，而是把它们全变成注释，在赶工的过程中他们这一块那一块地漏写了一些“/*”号，就这样使得人类体内生长出了大量我们称为癌的非逻辑细胞。 有三种方法可以解决这个问题。一是将所有的/*号及中间的注释删除，以此清洁（人类）基本代码，或是将遗漏的/*号全部添加回去，以防非逻辑的大代码与（人类）基本代码相混合。也可以采用第三种方法，将所有的/*符号清除，让基本代码与大代码作为整体程序运行。但遗憾的是，这三种方法都不是我们能做到的。如果我们可以有效地将基因插入到人类活体的染色体中，至少从编写者的角度来年，这种技术突破意味着我们可以立刻治愈所有未来的癌症。神秘的“垃圾DNA”及癌症问题看上去得到了解决，但不必期望有什么速效的疗效。我们能做的是尽量培养新的，带有癌免疫的人类基本调试代码。这要花费漫长的时间。对于我们及我们的子孙来说，在地平线上，还看不到希望。 “不过，从编写者的角度来看，仍然是有其积极的一面的。我们从我们的DNA中可以看到，它是由两个版本组成的：基本的人类代码及大代码。首要的事实是，完整的代码绝对不是在地球上完成的，这是经过确认的一件事。其二、基因本身不足以说明其进化性；这里头肯定还有更多的内涵，内涵是什么，在哪里，我们不得而知。其三、参与新项目的创造者，不管是编写者，工程师或是程序员，不管是在火星还是在微软，他们都会为其后的改善及升级预留余地。这里巧的是升级程序已经被包含在里面了－－就是“垃圾DNA”本身就是隐含的及潜在的使我们基本代码升级的程序！我们已经知道某种宇宙射线有能力改变我们的DNA。知道了这个，就有令人称道的方案。地外的代码编写者可以只消用一束相关的能量，在宇宙的某处就可以让基本代码将所有的/*号移除，将整个大代码（“垃圾DNA”）融为一体，一下激活我们所有的DNA。此举将会永久地改变我们，我们有的人会在几个月，有的人会在几代人的时间内改变。这种改变在形态上不会有很大变化（只是没有了癌症、疾病及短促的寿命），但会使我们的智慧突飞猛进。突然之间，我们会暂时有一个类似于石器时代尼安特猿人与（古石器时代）克鲁麦农人共存的阶段。老的循环会被更替，产生新的循环。整个程序是一套为高度生物电脑准备的带有内嵌的永不老化的能量及宇宙智慧的软件，其性能优雅、非常聪敏而又能自我调节执行、自我进化自我纠正。而我们现在的则是短促多病的生命代码，或者说是具备超级智慧、长寿健康的超级生命体潜力的生命。这就引发了一些令为迷惑的问题－－基础代码的删减是因马虎的编写者仓促所为（我们看来），还是有意将部分大代码功能废除，却可以在任何时候在需要时通过“遥控”将其取消？ 我们迟早会了解，每个地球的生命体都有着地外族人同样的基因代码，而进化并不是我们所想的那样，这是种令人难以置信的观点。这个发现或许会撼动人性的根基－－我们的信仰中意识形态的上帝，及我们自身凌驾于命运之上的能力。只要模式没错，某天我们会发现所有的生命形态及整个的宇宙只是一整个巨大的设计或创造者智慧的思想的数学实践。
垃圾DNA篇三:“垃圾DNA”不垃圾 | 科学人 | 果壳网 科技有意思
历时 9 年，在全世界 32 个实验室的 442 名研究人员的努力下，“DNA 元件百科全书”数据库计划（ Encyclopedia of DNA Elements ，ENCODE）终于用 30 篇论文发表了 他们的结果 ，这也许是本世纪迄今为止最重大的生物学和医学成果。其中，最为核心的发现是：垃圾 DNA 不垃圾。该研究有望改写我们理解人类基因组、治疗遗传相关疾病的方式。如果说在此之前的人类基因组计划只是一张航拍照片，那么此项研究则呈现出了基因组的 Google 地图。
过去人们认为，人类基因组中 90% 以上的序列是没有任何作用的“垃圾DNA”，但 ENCODE 的结果显示，人类基因组 80% 的成分有至少一种生化功能。很多过去被认为并非基因的成分，实际上或者可以转录为 RNA，或者作为转录因子结合位点，或者是 DNA 化学修饰的靶点，以多种形式对真正基因的表达起到了关键的调节作用。基因和非基因的界限正在逐渐模糊。
ENCODE 还让人们重新认识了 RNA 的作用。过去曾经认为 RNA 主要作用只是蛋白质合成的中间产物，但 ENCODE 发现大部分 RNA 本身就是终产物，有重要生理功能，不会再翻译成蛋白质。
此外，ENCODE 对表观遗传学、基因相互作用、遗传变异的特征以及人类演化过程等等领域都会产生重大影响，对于理解和治愈众多遗传相关的人类疾病更是至关重要。
MIT 和哈佛联合设立的博德研究所主席 埃里克·兰德 （Eric Lander）将之比喻成 “人类基因组的 Google 地图”。他说，之前的人类基因组计划如同卫星照片，不能告诉你哪里是道路，哪条路一天内的交通情况变化如何，哪里是城市，哪里是医院，哪里有好餐馆。而 ENCODE 计划则能够将这一切都标注在人类的基因组上。
这些研究以 6 篇《自然》论文、18 篇《基因组研究》（Genome Research）论文和 6 篇《基因组生物学》（Genome Biology）论文的形式面世。《科学》也在线发表了两篇文章。《生物化学杂志》（The Journal of Biological Chemistry）还有 6 篇评论文章待发。计划的领导者之一马克·格斯坦（Mark B. Gerstein）博士说，这简直是“一支论文舰队”。
“垃圾DNA”不垃圾——重新认知垃圾 DNA
一大群科学家通过研究发现，占据了人类基因组一大块的所谓的“垃圾DNA”，远比我们之前想得要有用。（图片：Encode，via The New York Times）
基因 每一个人类细胞都包含着卷成紧密小团的 DNA，在拉开之后能达到 10 英尺长（大约 3米）。但其中只有很少一部分会编码基因，来控制眼睛颜色、血型等等遗传性状。
垃圾DNA 在基因周围、基因之间，有很多看起来啥也不做的 DNA，它们被称作 “垃圾DNA”。但现在，研究者认为垃圾 DNA 中含有大量微小的基因开关，控制着基因在细胞中的功能。
调控 许多基因调控子似乎都处于一个复杂而冗余的层级结构当中。这个网络调控着细胞、组织和器官的活动，而科学家现在才刚刚开始对它进行描绘和理解。
疾病 基因开关的出错或突变可以扰乱这个网络，导致一系列疾病。这些新发现会激励进一步的研究，催生新的药物以及治疗方式的出现。
编译自:
Science，Human Genome Is Much More Than Just Genes
The New York Times，Bits of Mystery DNA, Far From ‘Junk,’ Play Crucial Role
Nature，Presenting ENCODE
文章题图:
VLADGRIN/SHUTTERSTOCK，via nature.com
内文图片:
The New York Times，Rethinking ‘Junk’ DNA
