脫氧核糖核酸可能不是生活的指南——只是一份混合的成分清單

對(duì)遺傳的普遍看法是，從一代傳到下一代的所有信息都存儲(chǔ)在生物體的脫氧核糖核酸中。但是馬里蘭大學(xué)細(xì)胞生物學(xué)和分子遺傳學(xué)副教授安東尼何塞不同意這種觀點(diǎn)。

在兩篇新的論文中，何塞認(rèn)為，DNA只是一個(gè)組件列表，而不是一套構(gòu)建和維護(hù)生物體的指令。他說，這些指令要復(fù)雜得多，它們儲(chǔ)存在調(diào)節(jié)細(xì)胞DNA和其他功能系統(tǒng)的分子中。

Jose在《皇家學(xué)會(huì)接口期刊》和《BioEssays》雜志的同行評(píng)議論文中概述了遺傳學(xué)的新理論框架，這是通過20年的遺傳學(xué)和表觀遺傳學(xué)研究發(fā)展而來的。兩篇論文均于2020年4月22日發(fā)表。

何塞的論點(diǎn)表明，科學(xué)家可能忽略了研究和治療遺傳性疾病的重要途徑，而目前的進(jìn)化觀念可能過于關(guān)注基因組的作用，基因組包含了生物體的所有DNA。

何塞說：“DNA不能被視為生命的‘藍(lán)圖’。”“充其量，這只是一個(gè)重疊的、可能令人困惑的成分列表，不同的細(xì)胞在不同的時(shí)間使用不同的成分?！?

例如，眼睛顏色的基因存在于人體的每個(gè)細(xì)胞中，但是產(chǎn)生眼睛顏色蛋白質(zhì)的過程只發(fā)生在特定的發(fā)育階段，并且只發(fā)生在構(gòu)成眼睛有色部分的細(xì)胞中。這些信息并不儲(chǔ)存在DNA中。

此外，科學(xué)家無法通過讀取生物體的DNA來確定眼睛等器官的復(fù)雜形狀，或者生物體根本沒有眼睛。解剖學(xué)的這些基本方面是由DNA以外的東西決定的。

何塞認(rèn)為，發(fā)育的這些方面可以使受精卵從單個(gè)細(xì)胞生長(zhǎng)成復(fù)雜的生物，這必須被視為遺傳不可分割的一部分。Jose的新框架將遺傳重鑄為一個(gè)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)中，所有幫助細(xì)胞發(fā)揮功能的調(diào)節(jié)分子都可以構(gòu)成遺傳信息的儲(chǔ)存庫。

塔夫茨大學(xué)塔夫茨再生與發(fā)育生物學(xué)中心和塔夫茨大學(xué)艾倫發(fā)現(xiàn)中心的生物學(xué)教授和主任邁克爾萊文認(rèn)為，何塞的方法可以幫助回答當(dāng)前以基因組為中心的生物學(xué)觀點(diǎn)中許多尚未解決的問題。萊文沒有參與任何已發(fā)表的論文。

萊文說：“了解生物信息的傳輸、存儲(chǔ)和編碼是一個(gè)關(guān)鍵目標(biāo)，這不僅是為了基礎(chǔ)科學(xué)，也是為了再生醫(yī)學(xué)的革命性進(jìn)步?！薄霸谶@兩篇論文中，安東尼何塞巧妙地運(yùn)用了計(jì)算機(jī)科學(xué)的方法，對(duì)可能的分子動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了總結(jié)和定量分析，可以作為遺傳信息的媒介?！?

何塞提出，DNA中未編碼的指令包含在細(xì)胞中分子的排列及其相互作用中。這種分子排列被保存下來，并代代相傳。

在他的論文中，Jose的框架將繼承和重鑄三個(gè)組件(實(shí)體、傳感器和屬性)的組合效果。

包括實(shí)體基因組和在細(xì)胞中構(gòu)建生物體所需的所有其他分子。實(shí)體可以隨著時(shí)間而改變，但它們將在每一代開始時(shí)以其原始結(jié)構(gòu)、排列和相互作用被重新創(chuàng)建。

Jose說：“遺傳的這一方面，即代與代之間的分子排列相似，卻被深深地忽略了，這就導(dǎo)致了對(duì)遺傳工作原理的各種誤解?！?

傳感器是與其他實(shí)體或其環(huán)境交互并對(duì)其做出響應(yīng)的特定實(shí)體。傳感器對(duì)某些特征做出反應(yīng)，例如分子的排列、它們?cè)诩?xì)胞中的濃度或與另一個(gè)分子的接近程度。

實(shí)體、傳感器和屬性一起使生物能夠感知或“理解”關(guān)于自身及其環(huán)境的事物。這些知識(shí)中的一部分被用來構(gòu)建每一代生物和基因組。

Jose說：“這個(gè)框架是基于包括我們?cè)趦?nèi)的許多實(shí)驗(yàn)室多年的實(shí)驗(yàn)研究，包括表觀遺傳學(xué)和多代基因沉默，以及我們對(duì)理論生物學(xué)的濃厚興趣?！薄坝捎诨加型环N疾病的兩個(gè)人不一定表現(xiàn)出相同的癥狀，我們真的需要知道兩個(gè)人可能不同的一切——不僅僅是他們的基因組?！?

何塞認(rèn)為，保持以基因組為中心的遺傳學(xué)觀點(diǎn)是愚蠢的，因?yàn)榭茖W(xué)家可能缺乏對(duì)抗遺傳疾病和學(xué)習(xí)進(jìn)化秘密的機(jī)會(huì)。

例如，在醫(yī)學(xué)中，關(guān)于遺傳疾病對(duì)人的影響的不同研究集中在遺傳差異和實(shí)體中的化學(xué)或物理差異上。然而，這個(gè)新的框架表明，研究人員應(yīng)該在患有遺傳性疾病的個(gè)體的細(xì)胞中尋找非遺傳差異，例如分子的排列及其相互作用。目前，科學(xué)家們還沒有測(cè)量這些東西的方法，所以這項(xiàng)工作為潛在的重要新研究方法指明了方向。

在進(jìn)化的過程中，何塞的框架表明，生物可以通過改變分子排列來進(jìn)化，而不會(huì)改變它們的脫氧核糖核酸序列。在保護(hù)科學(xué)領(lǐng)域，這項(xiàng)工作表明，僅通過脫氧核糖核酸庫保護(hù)瀕危物種的嘗試缺乏存儲(chǔ)在非脫氧核糖核酸分子中的關(guān)鍵信息。

何塞承認(rèn)，關(guān)于這些想法會(huì)有很多爭(zhēng)論，需要實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)他的假設(shè)。然而，他表示，萊文和其他同事等科學(xué)家的初步反饋是積極的。

萊文說：“安東尼何塞通過實(shí)體-傳感器-屬性框架總結(jié)了記憶和編碼，為進(jìn)化和生物復(fù)雜性提供了新的見解，并對(duì)遺傳學(xué)、表觀遺傳學(xué)和發(fā)展的現(xiàn)有范式提出了重要修訂?！?

標(biāo)簽：