脱氧核糖核酸做什么

六十年前James Watson和Francis Crick解锁了遗传学化学基础^一号通过解析Rosalind Franklin和Maurice Wilkins X射线分解工作所生成的DNA结构,他们透露基因编码沿双螺旋线四字母化学字母基因信息转化成蛋白质 组织生物生化生物细胞编组期间复制脱氧核糖核酸随机误差提供原材料,一旦转化成生物蛋白类,自然选择产生进化脱氧核糖核酸是遗传学的分子根

最起码,这是常用故事, 和它可能听到多次 在这个钻石周年纪念年信不信由你

并非完全不实 — — 但它正以越来越重要的方式误导基因组时代的潜在前景。实情如下:多位专家研究DNA工作方式 开始质疑 即使是分子是否承载基因一些人或复用古老的基因概念抽象概念和可继承实体,其物质化物既不为人知,也无甚重要其他人几乎停止谈论基因

此类修正主义不应走得太远。毋庸置疑,脱氧核糖核酸在特征继承和生物体开发中起着核心作用。说DNA编码蛋白质结构仍然有效,而DNA显然仍然是记录生物分子机操作基本资料的织物。与某些遗传学家继续说脱氧核糖核酸基对序列是生物蓝本或生命书不同从分子遗传学前端最新发送显示它并不如那简单

曾往事

华生和克力在1953年的创举 几乎真实地反映了数字信息概念 从计算机科学那段时间产生正像磁带用一二分一和零数串编译信息一样,双串分子带使用四元系统adine、emine、guanine和citosine基础记录线性构建蛋白的信息

近十年间 Crick和其他人推理基因代码如何工作特别感谢美国生物化学家Marshall Nirenberg、Har Gobind Khorana和Robert Holley的工作,他们分享1968诺贝尔医学奖发现蛋白质中每种氨酸都分三叉脱氧核糖核酸基对编码(acodon),蛋白编码序列归送式RNA,信息从基因向蛋白质单向流思想首次由Crick于1958年提出,

并存问题 垃圾脱氧核糖核酸自1960年代和70年代解码脱氧核糖核酸序列以来,研究人员发现大多数基因组-完全补充脱氧核糖核酸-完全不编码蛋白质,似乎没有清晰功能这些东西被认为是无用的累积进化残余物:失效文件未被清除,如过期基因和误译碎片等,它们缺乏任何严重有害效果,从不通过选择消解DNA基因本身并不像初想简单: 内含序列编译出RNA笔录后转译为蛋白质转录过程有时会重组, 单基因可能编码数种不同的蛋白质

上头人类基因组项目开通2000年全人类基因组第一稿²多由此序列显示'什么它意味着人',但事实上它的大部分函数(如果有的话)仍然是神秘的人基因数目小得惊人 — — 约25,000个左右,对复杂生物来说似乎微乎其微(所以我们想想一想)。

所有这一切引导一些研究者质疑以基因为中心对分子生物学的看法写牛津物理论家德尼诺布写进他2006年书籍生活音乐:生物超出基因.使自己无法以任何其他方式观察基因编码和生存系统之间的关系

解码解码

高贵挑战标准因果观 从基因到生物举例说 脱氧核糖核酸上的基因 只能在环境中作用基因可具体说明制作脂质所需的蛋白质,但基因本身中并没有任何能引导脂质自组入细胞中复杂区块。更何况, 某些生理过程,如微离信号运动 依赖机制操作 依赖高层次交互比遗传: 你永远无法理解 通过搜索基因组理解以基因为中心的方法寻找与基因型变化的情境关联通常无效,诺贝尔说,因为基因变换受基因交互网络的“缓冲 ” — —这使得无法测试自我基因概念,因为人们甚至无法定义这种自私实际意谓何在。³

此类视图难以穿透基因研究生成的carapace具有讽刺意味的是,正是研究目前为脱氧核糖核酸假设霸权提供一些最严重的挑战其中最重要的项目之一去年被发现,当时项目的关键发现称为编码公告发布⁴Encode旨在解决在人类基因组项目胜利庆典期间被扫入地毯下的困难问题:所有这些脱氧核糖核酸序列实际能做什么?主流观点认为,只有约5%的基因组通过编码蛋白或调节其他基因而具有生物相关性其余部分,如果非非非批量,则至少无关紧要

编码粗糙透视发现多达80%的基因组转录-即用酶复制成RNA⁵transscript和Watson发现遗传学图中, 主要是编程RNA模板集成最近发现一些RNA笔录不以蛋白质表示,Encode显示实境远比此极端:转录RNA实战

高层次转录表示多位或多位脱氧核糖核酸与同时转录的其他序列重叠:脱氧核糖核酸并不仅仅是一串非功能性素材问题出自DNA中所谓的“基因”并引人质疑DNA如何受进化影响,因为只有约5%的基因组似乎受有选择压力影响,而更多组则有功能作用。长期以来一直假设非蛋白编码序列转录但不在不同物种间实现“维护”不能产生任何功能作用,因为进化显然不认为这些序列值值得保留。但现在有理由认为这是错的,这些非编码RNA可能经历快速进化,受与编码序列不同的约束⁶

发现ThomasGingeras和Encode的同事迫使他们得出戏剧化和争议性结论:基因完全不在DNA上并提议将笔录视为继承基础原子单元并用词基因表示高阶概念 以捕捉所有笔录⁵换句话说,`gene'不再被视为物质实体,脱氧核糖核酸链库,而将是一个比较抽象和松散定义概念这并不改变人口遗传学标准方法 — — 即不依赖基因物质基础的任何特定概念,而且实际上在Watson和Crick前基本开发 — — 但它将当前基因组学时代置于新光线中

新视图更加重视RNA笔录的制作由分子生物学家分享约翰马特克加万学院澳大利亚悉尼人类基因组中的大部分信息,他认为,'参与复杂调控过程维系开发与脑功能包括数量庞大的非编码RNAs和DN转录子[序号可转基因组旁跳转子],这些非垃圾似乎提供编程所需控件力和可塑性⁷Mattick认为,这使RNA“系统计算引擎”-DNA仅仅是硬盘驱动器,而RNA提供真软件

重写书

这并不是重新评价DNA遗传学作用的唯一理由具有讽刺意味的是,基因组数据因测序技术开发而大增,突显出传统图片中的一些潜在问题最大拼图之一与特征和疾病相关,这些特征和疾病有复杂的遗传分量部分可继承疾病和人类变异可与单蛋白突变相关联,但大多数这些变异-如智能或高度-似乎受基因组许多不同区域的影响,这些区域往往涉及基因调节而非蛋白编码令疑惑的是,尽管有可能量化遗传特征影响,但迄今与基因组区域相关联的区域似乎只能占该影响极小部分。缺失遗传素有时被称为暗物基因组

各种可能的解析,但其中之一是暗物质完全没有编码进脱氧核糖核酸序列举例说,基因组中的信息可以通过添加化学标志来修改,例如甲型组到脱氧核糖核酸基数或直方形蛋白线在染色体中受伤,这些染色体可切换开关基因这些所谓的子元变换可受生物环境约束,当DNA复制制作新网格时通常擦净但也并非总能实现-某些后代标志可能继承

去年由俄亥俄州克利夫兰Case西部保留大学医学院Joseph Nadeau率领的团队报告雄鼠的子元变换可能持续至少三代癌症⁸Mattick表示,此相似发现显示,'遗传继承可能远比预期重要',`挑战遗传学基本原理'9 Nadeau显示,该子遗传继承由非编码RNA调节更何况,RNA引导的修改似乎能从体细胞反馈入子线细胞 — — 传统遗传学持有的东西禁止使用,因为Lamarckian暗号

Mattick认为,这些发现补充了RNA而非DNA可能是遗传学核心的论点RNA编辑可改变硬联动遗传信息取环境记忆, 环境历史可生成pheno类型, 并提供远比上个世纪遗传正统学设想多得多的造型和动态继承平台,RNA可能是进化自学生物的计算引擎^九九

新角色

果真如此 DNA究竟能做什么全基因排序项目,如人类基因组项目,并不真正面对这个问题。研究DNA面貌-例如基质分布统计(如C-G富集区域)、基因复制程度和物种间差异和相似度-不太多扰动这些分子素材的用法

脱氧核糖核酸信息存储器可完全精确复制

史蒂文罗斯

但我们可以开始 提出几个建议显性脱氧核糖核酸继承中心显性它编译蛋白质,进化响应自然选择并包含生物开发信息问题或许是 如何最 思考信息某些生物学家,如Noble认为,脱氧核糖核酸序列只是多信息中帮助生物体的多层信息之一基因组只是数据库之一,生物系统功能依赖物的重要属性非基因说明

脱氧核糖核酸最好不看成蓝图,而看成画像短手备忘录,略像莫扎特或贝多芬写下来的音乐评分,文中未显示所有注解或动态,因为大部分信息都可视为理所当然,而归结为乐手打分系统支持RNA软件诺比说 : “我视DNA为格式化数据库,生物体用它做多事,就像孩子用同组Lego片件做多件不同事一样。”生物化学家史蒂文罗斯Open大学有相似的视角 :DNA信息存储器开发期间可通过手机进程提取并完全精确复制并复制单元格分解和复制时传输但它本身没有意义内涵由细胞上下文提供 脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸肯定不是主分子、生命书之类隐喻

在这种观点中,脱氧核糖核酸并非详尽无遗的蓝图,因为它不必语言编码像真语言:不精确不完全,只有在正确上下文和环境下传才有意义是时候停止双螺旋祭坛礼拜 并看到DNA真实性

Philip Ball是位科学作家,总部设在英国伦敦