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人类基因和种族是怎样测定出来的（上） 许多科学领域我们知之甚少，或不知而自以为知。例如说到人类基因组测序问题，有人把它和DNA测试混为一谈，它们之间有何区别？有一些术语都弄不清，不知什么意思，如何分得清楚到底说的是什么？如什么叫DNA、RNA、基因、酶、碱基、核苷酸、氨基酸？ 脱氧核糖核酸叫DNA，是一种生物大分子，可组成遗传指令，引导生物发育与生命机能运作。主要功能是信息储存，可比喻为“蓝图”或“食谱”。其中包含的指令，是建构细胞内其他的化合物，在细胞内，DNA能与蛋白质结合形成染色体，整组染色体则统称为染色体组。对于人类而言，正常的人体细胞中含有46条染色体。DNA是高分子聚合物，DNA溶液为高分子溶液，具有很高的粘度。如蛋白质与核糖核酸所需。带有蛋白质编码的DNA片段称为基因。 基因是指在细胞核里的DNA的分子中，通过（转录）合成出核糖核酸（简称RNA〕，RNA再合成出蛋白质，这是催化细胞里新陈代谢过程的酶类，或是多肽激素等具有生理活性的蛋白质，这些是能够进一步地调控细胞的生命活动过程的遗传信息叫基因，被称之为“中心法则”。RNA起传递作用，因而又叫“信使RNA”。这个“中心法则”简单地说，就是：DNA制造RNA，RNA制造蛋白质，蛋白质反过来协助前两项流程，并协助DNA自我复制，即完成遗传信息的转录和翻译的过程。 酶、碱基、核苷酸、氨基酸又是什么？酶，指具有生物催化功能的高分子物质， 在酶的催化反应体系中，反应物分子被称为底物，底物通过酶的催化转化为另一种分子。几乎所有的细胞活动进程都需要酶的参与，以提高效率。碱基又叫核苷酸，碱基是一类由嘌呤碱或嘧啶碱、核糖或脱氧核糖以及磷酸三种物质组成的化合物。蛋白质是由氨基酸构成的。氨基酸就是含有氨基和羧基的一类有机化合物的统称。生物功能大分子蛋白质的基本单位，是构成动物营养所需的蛋白质的基本物质。 这之中最让科学家们好奇的是，RNA到底怎么制造蛋白质呢？RNA是一条由核酸构成的单链，蛋白质是由氨基酸构成的，所以最初科学家猜想，RNA中的一个碱基决定一种氨基酸。这些碱基共有四种：腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（C）与鸟嘌呤的（G），但这样的话，四种碱基就只能决定四种氨基酸，显然不够决定生物体内的二十种氨基酸。如果是二个碱基结合在一起，决定一个氨基酸，那么就可以决定十六种氨基酸，显然还是不够。如果三个碱基组合在一起决定一个氨基酸，则有六十四种组合方式，即4的3次方=64种，64种碱基的组合即64种密码子。看来三个碱基的三联体就可以满足二十种氨基酸的表示了，而且还有富余。每一个三联体密码都具有一定意义，有的代表转录的起始，有的代表转录的终止，这就是著名的“三联体密码”猜想，是1959年被美国生化学家尼伦伯格（1927-2010年）等人用“体外无细胞体系”的实验证实的。也就是说，信使RNA分子中的四种核苷酸(碱基)的序列通过“三联体密码”能决定蛋白质分子中的20种氨基酸的序列，从而破解了基因密码的初步工作。这就是DNA测序工作，也就是指分析特定DNA片段的碱基序列。 尼伦伯格是怎样通过“猜想”找到三联体密码的呢？ 尼伦伯格的思路很简单，也很严密。他想，既然核苷酸的排列顺序与氨基酸存在对应关系，那么只要知道mRNA链上碱基序列，然后由这种链去合成蛋白质，不就能知道它们的密码了吗？所以，他尝试着构建仅仅含有单一碱基尿嘧啶（U）的mRNA链，做试管内合成蛋白质的研究。也就是说，在这一条mRNA链里，只有UUU这个单一密码子的存在。把这种mRNA放到和细胞内相似的溶液里，应该得到由单一的一种氨基酸组成的蛋白质。这样合成的蛋白质中，只含有苯丙氨酸。于是，人们了解了第一个蛋白质的密码：UUU对应的氨基酸是苯丙氨酸。随后，又有人用U-G-U-G交错排列的mRNA合成了半胱氨酸—缬氨酸—半胱氨酸的蛋白质，这说明UGU为半胱氨酸的密码，而GUG为缬氨酸的密码。通过尼伦伯格的实验，人们不仅证明了遗传密码是由3个碱基排列组成，而且不断地找出了其他氨基酸的编码。 破译64个密码子的工作并不简单，现有有三拨人逐步发展出了四种破译方法，终于才在1965年找出完全密码子和氨基酸的对应表，这三位科学家，包括尼伦伯格和其他两位美国科学家分享了1968年的诺贝尔奖。 遗传密码的破译解决了遗传信息本身的物质基础含义，而中心法则的修正则解决了遗传信息的传递途径和流向问题……加上20世纪60年代初，人们相继发现了限制性内切酶和DNA连接酶等，它们可以帮助实现DNA分子体外的切割和连接。以上研究成果为人类开始“操纵”基因，也即基因工程的问世提供了准备——即人类基因组计划，其目的首先是把人类23对染色体上的碱基排列顺序一一测试出来，以供科学家进一步研究所谓基因图谱——31亿个“字母”排列组合4种碱基A、T、G、C 形成的基因排序。 基因测序只是基因检测的方法之一，其又叫基因谱测序，是国际上公认的一种基因检测标准。历时16年的人类基因组研究计划，是要完成人类基因组测序，目的不只是为了读出全部的DNA序列，更重要的是读懂每个基因的功能，每个基因与某种疾病的种种关系，真正对生命进行系统地科学解码，从此达到从根本上了解认识生命的起源、种间、个体间的差异的原因，疾病产生的得机制以及长寿、衰老等困扰着人类的最基本的生命现象为目的。 “21世纪是基因的世纪”。随着基因技术的不断突破，个体通过检测基因来预知自己的未来健康状况，有针对性地进行保健和治疗，颠覆了传统的健康观念，帮助人们从被动预防治疗走向主动预知健康，这是一次医学史上的全新改变。例如研究人员把艾滋病（HIV）蛋白酶分子作为对象，酶在不同人体中形状略有不同，如果知道了酶的形状，就可以找到相应的药物来阻止这一过程。有可能通过病人的基因组序列，推断出酶的形状，构建准确的蛋白质三维结构，筛选匹配药物，并将结果告诉主治医生给出最优处方。 如今人们只需要一滴血或一点唾液，就能预测罹患多种疾病，如癌症或白血病；更能帮助警方准确快速破案。基因测序就像一把双刃剑，如果运用得不得法，它也有消极的一面。若全基因的检测普及，含有基因缺陷的人的信息，一旦落入保险公司或者被测者雇主的手中，将对他的生活产生不良影响。基因测序是基因检测领域的一项新技术，虽然速度快、成本低，但也因尚未经过监管部门的系统评价、准入，尚存安全性、有效性风险。 目前从应用的角度来说，科学家只确定了部分的基因位点与疾病的确切关系，也就是说真正可以用于临床诊断和指导治疗的基因检测并不多。要想真正全面的用基因来诊病，还需要时间。权威调查显示，基因检测市场比保健市场更为庞大，未来将达到几百万亿美元的市场。美国2007年有500万人接受基因检测，达到30亿美元的市场收益。在英国，基因检测已经在健康超市出现，英美等发达国家基因检测就像体检一样普及。 我们通常关注的外貌特征包括肤色、身高、胖瘦、眼睛、鼻子、下巴、耳朵等，按照遗传倾向或者概率的大小，区分为近乎百分百的“绝对”遗传(包括肤色、下巴和双眼皮等)、有半数以上概率的遗传(包括身高、胖瘦等)和后天可塑的遗传(包括声音、腿型等)。 2014年科学家研究表明，人体内仅有8%DNA具有重要作用，剩余的DNA都是“垃圾”。英国牛津大学研究显示，仅有8.2%的人体DNA具有重要作用，剩余的DNA都是进化残留物，就像是阑尾一样，对人体无益，也没有什么害处。人类单核苷酸多态性的比例约为1/1250bp，不同人群仅有140万个核苷酸差异，人与人之间99.99%的基因密码是相同的。并且发现，来自不同人种的人比来自同一人种的人在基因上更为相似。在整个基因组序列中，人与人之间的变异仅为万分之一，从而说明人类不同“种属”之间并没有本质上的区别。 在人类冗长的DNA分子中，有具体表达功能的基因只有三万个左右，而大部分的区段都只是填充基因组或维持分子结构的无意序列。这些序列的变异往往不会影响正常的人体功能，所以可以自由的与人群分化同步。然而，不管有无功能，位于常染色体上的序列都会碰到混血的难题。人类基因组主要分成23段，每一段构成一种染色体，其中22种是常染色体。每种常染色体在每个人体内都有一对，其一来自母亲，另一来自父亲，但在继续传给后代时，父母双方的染色体会打断而后重新拼接，即重组。所以不同位置的突变之间毫无关系，其组合完全没有意义。 于是，人们自然开始关注没有重组现象的区段，其一是线粒体，其二是Y染色体非重组区NRY。线粒体是男女都有的，但不管男女都来自其母亲，男性的线粒体无法传给后代(线粒体位于细胞质里，男女交配授精过程中，精子细胞只有细胞核和卵细胞核融合，精子的细胞质包括线粒体被排除在卵细胞之外)，所以人们的线粒体都来自其女祖先，自然不存在重组。NRY则只有男性体内存在，更无法重组。这种不重组的区段，最大的优点是其上的突变是紧密相关的，每一个突变都代表着整个区段的特性。先后发生的突变，也会有上下游关系。这样，不仅突变的谱系清晰，不同性质的突变，在研究时也可以相得益彰。相关联的突变构成的组合结构叫做单倍型。而每种单倍型的发生年代可从其相关的“时钟”标记计算得到。这样，只要民族群体有特征单倍型，其发生渊源和年代就可推断。 由于技术难度不同，最早研究的非重组区是线粒体。在分析了遍及全世界的几千个人的线粒体之后，1987年，发现线粒体的系统发源于非洲，这一学说被称为”非洲夏娃说”，这项研究揭开了遗传学方法探索人类史前历史的序幕。从现代人的线粒体发现现代人类起源于十万年前的非洲。 2016.9.19 |
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