2006年最热门的基因学故事

5. RNA颠覆遗传规律

Minoo Rassoulzadegan的老鼠行为不端。它们公然违反了由著名僧侣科学家格雷戈尔·孟德尔一个世纪前描述的遗传定律——在不遗传导致这种颜色的基因的情况下，也遗传了父母的毛色。尼斯大学的遗传学家Rassoulzadegan并非第一位对这种DNA规则的明显打破感到惊奇的科学家。“自从孟德尔以来，遗传学家就注意到了奇怪的、非孟德尔式的现象，”冷泉港实验室的遗传学家Robert Martienssen说。“几十年来，我们一直在思考这些奇怪的东西是什么。”2006年，Rassoulzadegan等人的一系列实验开始揭示表观遗传学——那些仅靠DNA无法解释的性状遗传——的奥秘。

Rassoulzadegan在修改了一种灰色老鼠的基因，使其脚和尾巴尖变成白色后，意外发现了她的这些“反叛”啮齿动物。令人惊讶的是，下一代的一些后代也出现了白斑，尽管它们没有遗传突变基因，本应是全灰的。当她寻找原因时，Rassoulzadegan在突变亲本的精子中发现了异常多的RNA。然后，她将这些老鼠大脑和精子中的RNA注射到普通灰色小鼠胚胎中。许多RNA注射的胚胎同样长成了长着白尾巴的成年鼠，无论它们DNA中的颜色编码是什么。

在老鼠实验后两个月发表的一项实验中，亚利桑那大学图森分校的Vicki Chandler在植物中发现了相同的过程。她当时正在研究玉米中一种令人困惑的现象：即使导致茎部呈淡紫色并在亲本中存在的基因序列不再存在，这种淡紫色也会遗传给后代。她也将原因追溯到了RNA。

突然之间，旧的遗传规则显得过时了。RNA不再仅仅是DNA命令的载体，正如科学家们长期以来所认为的那样，它似乎会发出自己的命令，并改变下一代基因的功能。“白尾老鼠的这种现象只是冰山一角，”Martienssen说。而且，影响一个生物RNA的环境因素似乎可以无限期地传递给其后代。在今年另一项里程碑式的研究中，研究人员以线虫为对象，追踪了由注射RNA引起的性状在80代中的传递。没有人知道RNA是如何造成这些持久效应的。一种可能性是，它改变了细胞中DNA的包装方式，从而永久性地关闭了基因组的某些区域。

其意义深远。9月，华盛顿州立大学的Michael Skinner宣布，他的实验鼠会通过表观遗传的方式遗传它们父母患上各种类人疾病的倾向，包括乳腺癌、肾脏疾病和高胆固醇。他的结果表明，父母接触毒素——或者仅仅是糟糕的饮食——可能会在几代人中损害他们的子女；这些发现还暗示，许多看似遗传的疾病可以通过前所未有的方式进行治疗。“这为医学研究开辟了一个全新的领域，并且可能是对抗疾病的一种方式，”Skinner说。

表观遗传医学这一新兴领域在癌症方面进展最快：“导致癌症的基因修饰比基因突变更普遍，”Martienssen说。这是个好消息，因为与突变不同，表观遗传修饰原则上是可逆的。几种利用这一事实的药物目前正在进行临床试验，其中一种药物阿扎胞苷（azacitidine）已获得FDA批准，用于治疗骨髓增生异常综合征，这是一种身体血细胞生成不足的疾病。

“RNA的世界为基因控制和基因表达开辟了新的维度，”Rassoulzadegan说。现在规则正在改变，我们对“我们有多复杂，为什么我们彼此如此不同，以及演化是如何可能发生的”的认识也将随之改变。我们对于我们所能发现的东西，还处于如同孩童般的水平。”

Jessica Ruvinsky

6. 生物学家揭示生命工具箱的秘密

今年，智能设计（intelligent design）成为了科学现实，研究人员报告称他们定制了一个救命微生物——这种微生物有助于制造一种急需的抗疟疾药物。这项壮举是合成生物学这一新兴领域最早的实际应用之一，在该领域，科学家们重新组合细胞生命的组成部分，以产生精确定制的结果。

加州大学伯克利分校的化学工程师Jay Keasling（Discover杂志2006年度科学家）将三种不同物种的基因组合在一起，转化了酵母中的一种代谢途径，使工程化微生物能够产生青蒿素的前体。青蒿素是一种用于治疗疟疾的化合物。青蒿素通常从黄花蒿叶中提取，但大规模提取困难且昂贵。更便宜的生产方法可以拯救许多生命，因为每年至少有100万人死于疟疾。“我们克服了生产这种药物的最大障碍，”Keasling说。他表示，剩下的生产步骤可以使用标准的、廉价的合成化学方法实现。

8月，美国国家科学基金会（NSF）拨款1600万美元，建立了合成生物学工程研究中心（SynBERC），该中心是哈佛大学、麻省理工学院、加州大学旧金山分校和加州大学伯克利分校等机构的合作项目，肯定了合成生物学的潜力。研究兴趣包括创造治疗艾滋病的药物、能够寻找和侵蚀肿瘤细胞的细菌，以及可再生能源的生物来源。在另一个独立项目中，来自马里兰州罗克维尔市J. Craig Venter研究所的Craig Venter正在尝试合成一种具有最低生命所需基因组的细菌。

然而，科学界的一些研究人员对该领域的快速进展表示担忧，因为该领域可能导致一种简单的制造人造病原体、耐药微生物或新型生物武器的方法。SynBERC不仅建立了共享DNA序列和合成生物学基本组件的开源系统，而且现在可以在互联网上以相对低廉的价格订购合成DNA片段。这已经使得科学家们能够从头组装出脊髓灰质炎病毒，并复活了1918年致命的流感病毒。“DNA合成可以让你从广泛可得的遗传信息转化为遗传物质，”麻省理工学院生物工程学助理教授Drew Endy解释说。5月，科学家们举行会议，讨论先进生物工程技术的潜在滥用问题。他们起草了该行业的广泛指南——包括对合成DNA销售的监管——但目前还没有正式的法规。

Susan Kruglinski

34. 新的检测方法帮助化疗更精准

并非所有化疗药物对所有人都同样有效，为个体找到最佳治疗方案是一个痛苦的试错过程，会浪费时间和让患者承受有毒副作用。10月，杜克大学的Anil Potti报告称，新的检测方法可以显著提高为特定患者癌症选择正确药物的成功率。

Potti和他的同事首先在人类肿瘤（如肺、乳腺或卵巢）的培养细胞系上测试了化疗药物。然后，他们将肿瘤细胞的药物敏感性与这些细胞中表达的基因谱联系起来。当团队将他们的结果与先前发表的临床和基因组数据进行比较时，他们发现他们的模型能够成功预测患者对化疗的反应，成功率超过80%。

基于基因组检测选择的靶向疗法的临床试验定于2007年初开始。“这给患者和医生带来了希望，表明化疗不必是随机的，也不必伴随可避免的毒性。这是一种双赢的局面，”Potti说。

Jennifer Barone

38. 实验室“烹制”更健康的猪

培根和香肠对你有益？也许吧。4月，科学家们宣布他们已经培育出了能够产生Omega-3脂肪酸的转基因猪，这些脂肪酸与鱼类食物健康的成分相同。

大多数动物缺乏将Omega-6脂肪酸——当摄入过量时，Omega-6脂肪酸会导致人类心脏病、癌症、糖尿病和关节炎——转化为更健康的Omega-3脂肪酸的基因。目前，唯一能够用Omega-3脂肪酸富集肉类的方法是给动物喂食亚麻籽、鱼油或鱼粉。

哈佛大学、匹兹堡大学和密苏里大学哥伦比亚分校的科学家们提出了另一种解决方案：将一种编码转化Omega-6脂肪酸为Omega-3脂肪酸的酶的基因插入猪细胞。然后，将修饰的细胞核插入未受精卵，以创建工程化猪胚胎，并将其植入一头正常的母猪体内。结果：诞生了八头能产生Omega-3脂肪酸的猪，它们Omega-6脂肪酸与Omega-3脂肪酸的比例比普通小猪低五倍。

这种猪是否会投放市场还有待观察。美国食品药品监督管理局（FDA）尚未批准任何转基因动物进入人类食物链。

尼古拉斯·巴卡拉