人类98%的DNA都是“垃圾”

据国外媒体报道，你会买一本98%以上都是废话的书吗？生物学与图书业关系不大，但它写了一本非常吸引人的指导手册——DNA！

我们的基因手册包含组成身体并为其提供能量的蛋白质说明。然而，人体内只有不到2%的DNA能够编码蛋白质，而剩下的98%的DNA序列被称为“垃圾DNA”。科学家们一直认为它们没用。这些非蛋白质编码的脱氧核糖核酸延伸看起来像手稿中的胡说八道——毫无用处，也许会被人们遗忘。然而，最近的研究表明，我们基因组中的“垃圾”部分可能仍然扮演着重要的角色。

一个毫无意义的“词”

自然生物有独特的“写作风格”。我们的基因脚本只使用了四个字母:A、G、C和t。这些字母的长组合构成了我们的基因并决定了蛋白质结构。然而，蛋白质制造过程并不像阅读烹饪食谱那么简单。在蛋白质结合在一起之前，脱氧核糖核酸被转录成核糖核酸，切割并重组成更小的片段。

在切割过程中，非编码的“垃圾DNA”被丢弃，这意味着它们永远不会参与蛋白质生产。为什么自然有机体的“使用手册”携带如此多看似不必要的物质？这是一个研究者仍在思考的问题。最合理的解释是，“垃圾DNA”可能不是无用的。

无用DNA的功能

本世纪初，“人类基因组计划”第一次让人们对人类基因组脚本有了全面的了解，但在项目完成近10年后，一个由400多名科学家组成的团队发布了他们称之为“DNA元素编码”的东西。

国际合作探索了基因组中每个基因的功能。这项大规模研究的结果需要对垃圾DNA进行重新评估。尽管只有不到2%的基因组能产生蛋白质，但大约80%的基因组能完成某些功能。

《脱氧核糖核酸元素百科全书》中对功能的定义相当宽泛。任何“生化活动”都是公平的游戏——它可以被转录成核糖核酸。即使核糖核酸后来被切断，它也可以被鉴定为功能序列。然而，许多“垃圾脱氧核糖核酸”确实发挥了重要作用，包括调节脱氧核糖核酸如何从那里转录和转化为蛋白质。如果蛋白质编码是交响乐音符，那么一些非编码序列，如音乐指挥，会影响音乐的节奏。

然而，并不是所有的垃圾DNA都有功能。2008年发表在《细胞和分子生物学杂志》上的一项研究表明，科学家从酵母基因组中去除了垃圾DNA。对于特定的基因，他们去除了基因内含子，这些内含子在DNA转录后被切断。在实验室条件下，去除基因内含子对细胞没有显著影响，支持了它们没有任何功能的观点。

然而，今年发表在《自然》杂志上的研究报告提出了相反的观点。当食物短缺时，研究人员发现这些序列对酵母的存活至关重要。这些研究认为，基因内含子的有用性可能取决于它们所处的环境，这与所谓的“垃圾”相去甚远。

有用的垃圾

在过去的10年里，其他研究进展表明，垃圾DNA可能只是被误解的遗传物质。科学家现在已经将各种非编码序列与各种生物过程(甚至是人类疾病)联系起来。例如，研究人员认为这些序列是子宫和对生拇指发育的重要因素。

2018年，发表在《肿瘤学年鉴》上的一项研究表明，非编码的DNA片段就像基因表达的体积旋钮，最终会影响乳腺癌和前列腺癌的形成。2019年发表在《自然遗传学》杂志上的一项研究表明，基因编码区以外的突变可能导致自闭症。

探索非编码序列是当前的研究热点之一。越来越多的证据表明，这些非编码序列可能有助于癌症克服治疗。目前，专家将是癌症诊断最有前途的反向工具。

尽管“垃圾DNA”有许多功能，一些研究者仍然认为大多数遗传密码是无用的。休斯顿大学的进化生物学家丹·格劳尔认为，至少75%的蛋白质是无功能的。

为了获得数据，格拉尔使用了一个数字模型来确定DNA的有用性。他考虑了有害基因突变(有害基因变化或双螺旋结构断裂)。随着时间的推移和生育率的增加，我们也获得了更多的基因组，所以这些突变可能是致命的。Graul在2017年发表在《基因组生物学与进化》上的一篇论文中评估说，我们的基因编码中只有不到四分之一是功能性的。如果超过四分之一，我们将以不可持续的速度积累致命突变。