打开基因开关

徐江玉

白天工作，晚上睡觉，到点吃饭，生物钟让人们生活节奏固定，生活井井有条。最近英美研究人员从基因入手重新认识生物钟背后机理，研究结果颠覆传统理论。

重识生物钟

生物钟让我们每天按时吃饭、睡觉、起床，形成合理的作息习惯，然而时差、熬夜等原因会导致生物钟紊乱，进而引发癌症、老年痴呆症、心理障碍等多种疾病。长期以来，科学家认为，人体具有生物钟主要是神经元白天频繁发出电脉冲，夜间发送速度放缓，从而使人白天精神，晚上乏累，形成规律的生理节奏。由于神经元深埋在大脑深处，实验难以在人体内进行，因此研究人员选用老鼠作为实验对象。实验结果显示，神经元白天并不发出电脉冲信号，而是只在黄昏时分发出，在夜间则进入休眠状态。

按照传统研究方法，研究人员将所有神经元细胞一视同仁，认为所有神经元细胞都能发出电脉冲信号。但从基因角度，研究人员发现，神经元由两种完全不同的细胞组成，一种基因的“钟细胞”能发出电脉冲，而“非钟细胞”却不能。过去研究人员认为只有细胞受损或死亡时才处于休眠状态，但事实上与一般细胞不同，“钟细胞”在休眠时仍正常运转。有趣的是，大脑其他部分也可能存在这种“钟细胞”，这将使人们重新认识大脑。这一研究有望帮助治愈因生物钟紊乱引起的多种疾病。

四两拨千金

自然界就像一部永远不会结束的悬疑片，我们经常会惊叹其剧情的跌宕起伏。难道就没有什么东西可以降服基因吗?科学家们最近给出了回答：有的。

我们来看一个对比实验：研究人员让两组老鼠生出一批具有相同基因的小老鼠。这些小老鼠从一出生就同吃、同睡、同玩，因此，它们的外型看上去应当是非常相似的，但是实验结果是怎样的呢?由第一组的鼠妈妈生下的小老鼠，臃肿肥胖，易患癌症，并且周身披着如同腐臭奶油那样的黄色毛皮。而由第二组鼠妈妈生出的小老鼠则非常美丽：苗条，健康，毛皮棕色。同样的基因，同样的生活环境，却培育出截然不同的老鼠。

这中间究竟发生了什么?结果显示，它们的区别不是由于基因密码，也不是由于环境——而是在于对两者进行调解的机制之中。病怏怏的黄毛小老鼠体内的某一基因制造了一种叫做“刺鼠”的致病蛋白，它也会影响毛皮的颜色以及身体状况。而棕色的小老鼠也有同样的基因，但是它们并没有受到什么影响，这些基因几乎完全失效了!原来，产出棕色小老鼠的母亲们在怀孕期间享受了“特别补品”：一种富含叶酸的食品。它使鼠体内充满小小的四原子结构体——甲基。这些甲基渗透到逐渐长大的棕色老鼠胚胎中，把不良基因“锁起来”，不让它们出来捣乱。因此，我们可以说，在生化水平上，仅凭基因序列，是不能完全决定命运的。四个小小的原子已经有足够的资格藐视棕色老鼠体内染色体组的严重缺陷了!

生物学家几十年前就已知道甲基了，从上世纪90年代开始，他们发现了其他几种“化学开关”也可以控制基因的开合。但是直到最近他们才开始了解这些开关是DNA和外界环境之间的关键纽带。这一发现对一些最基本的关于生命如何运行的科学设想提出挑战，科学家们曾经将DNA中的双螺旋序列视为无法更改的生命蓝图，但现在看来，这种解释显然太过简单。几乎就在受精刚刚结束，胚胎仅仅只是几个细胞的时候，它就开始感知周围环境的细微信号，然后对其自身的染色体组进行检查，它会根据它所接收到的信号将不同细胞中的基因“打开”或者“合上”。在这种时候，“本性”也不“难移”了——遗传上相同的胚胎将开始不同的生命旅程。

“垃圾”显神功

人类基因组工程确定了大约3.4万个与蛋白质制造有关的基因，而其余的基因片段被认为是由所谓的没有功能的DNA片段组成的。因此，有人把剩余的DNA片段比作“2分钟的电视剧中插播的50分钟的广告”。但是最近几年的研究发现，这些所谓的“垃圾”DNA，其中有一部分可能就是控制基因的开关。

将开关扳到一边，可以使细胞长成心脏：将开关扳到另一边，可以使细胞变为肝脏。若是等待足够长的时间，将会产生一个具有一系列令人目眩的细胞、组织和器官的完整的人。科学家们现在得知，这些开关对这一过程负有责任。它们指导着几乎全部的身体功能。和基因一样，它们也是使我们变成现在这个样子的“生物建筑师”。科学家在过去几年探测了几种基因开关。有的开关能有效阻止癌细胞的扩增，有的能关掉导致细胞不必要死亡的有害基因。

研究者们渐渐发现，大部分“垃圾”DNA在基因的有效活动过程中发挥着本质性的作用。科学家断定：曾被认作是无用的，没有承担基因代代相传任务的DNA，实际上是被高度完好地保存下来并时而被利用着的基因。正像正常基因一样，它们在经历了几万年有时是几百万年的进化之后，其化学上的属性还完好如初，这就意味着，曾经被认作是无用的“垃圾”对于拥有它们的器官来说是必不可少的。

喜忧参半

基因开关也不一定只干好事，不正常工作的开关也会造成许多非传染性的疾病，包括癌症、肥胖和神经混乱等。有些开关一旦设定，甚至会危及生命。科学家还发现了一个关于组蛋白的秘密：我们的基因至少有1/3具有组蛋白开关，可以控制某处的开合。人类胚胎必须在很短的时间内开始许多复杂的进程，也许身体中的一些基因为了“均衡发展”，会在很短时间内开始一些进程。但是这种“神速”的进程也许会需要一定的代价。

某些基因开关会留下一半没打开，当它们完全打开的时候，它们会清除细胞中全部的物质，使细胞成为一个“空盘子”，看上去像一个危险的癌细胞。这种半开半合的基因开关，对于人体发育而言也许真的直接与癌症相连。我们对组蛋白研究得越多，它就越复杂，而一个系统越复杂，出错的可能性就越大。癌症和其他普通疾病也许是我们体内固有的一部分，它给我们带来极不情愿的一个后果：人总是要死去，上天早已在我们细胞里安排好了。科学家们认为：“我们不能把常见的疾病如癌症看成是偶然的进化，我们也许已经被按照一种非常精巧的方式设定从而达到这样的目的——必须保证我们最终会死去。”这样看来，控制基因的开关仍然蒙着厚厚的面纱，等待着我们去揭开。