生物教科书重写?美科学家称 DNA 不包含全部遗传信息

来自:驱动之家 2020-04-25

北京时间 4 月 23 日消息,遗传领域的一个共识是,代代相传的全部遗传信息存储在生物体的 DNA 中,所有生物学教科书也都是这么说的。但是,偏偏就有人 " 不信邪 ",认为遗传信息并非存储在 DNA 中,他就是美国马里兰大学细胞生物学和分子遗传学副教授安东尼 · 约瑟(Antony Jose)。

约瑟在新发表的两篇论文中认为,DNA 只是用来生成和维持生物活体的 " 成分表 ",而非 " 指令集 "。这些指令要复杂得多,它们存储在调控细胞 DNA 和其他功能系统的分子中。

在今天发表的两篇论文中,约瑟阐述了全新遗传理论框架,这是他在遗传学和表观遗传学领域 20 年的研究成果。

约瑟认为,科学家可能忽视了研究和治疗遗传病的重要途径,当前对进化的认识,可能过分集中于基因的作用方面。基因包含有一种生物体的所有 DNA 信息。他说,"DNA 不能被认为是生命的‘蓝图’,它最多就是‘成分表’,在不同阶段被不同细胞以不同方式利用。"

例如,决定眼睛颜色的基因,存在于人体每个细胞中,但决定眼睛颜色的蛋白质,只会在发育的特定阶段才能生成,而且只出现在决定眼睛颜色的细胞中。这一信息就没有存储在 DNA 中。

另外,即使知道了一种生物的 DNA,科学家也不能预测眼睛等器官的形状,或者这种生物是否有眼睛。生物体的这些基本特性,是由 DNA 之外的其他神秘物质决定的。

约瑟指出,发育的这些方面,必须被认为是遗传不可或缺的部分。他的新理论框架,认为遗传是一个复杂的网络化信息系统,帮助细胞发挥作用的所有调控分子,构成了遗传信息商店。

塔夫茨大学再生和发育生物学中心主任、生物学教授迈克尔 · 列文(Michael Levin)认为,约瑟的理论,能解释当前以遗传为中心的生物学无法解释的许多难题。

列文说,理解生物信息的传输、存储和编码,是一个关键目标,它不仅事关基础科学,还事关再生医学方面的进步," 在这两篇论文中,约瑟熟练地利用计算机科学的方法,提供可能的分子动力学的总体评估和理化分析 "。

约瑟称,遗传指令并非编码在 DNA 中,而是包含在细胞内分子排列方式以及它们的相互作用中。分子排列方式会保留下去,代代相传。

在论文中,约瑟的新遗传理论框架,称遗传是三个元素的综合作用:实体、传感器和属性。

实体包括基因,以及细胞内构成生物体所需要的所有其他分子。它会随着时间的改变而改变,但在每一代生物体出现伊始,它们会以最初的结构、排列方式和相互作用进行复制。

约瑟说,各代生物体的分子排列方式的相似性,远没有受到重视,这也是遗传机理方面存在各种误区的原因。

传感器是一种特殊实体,能与其他实体,或者其环境,相互作用、作出响应。传感器对一些属性作出响应,例如分子的排列方式、在细胞中的浓度或与其他分子的距离。

实体、传感器和属性,共同使生物活体感知,或 " 了解 " 它自己及其周围环境。生成生物体离不开这些认识以及基因。

约瑟称," 这一理论框架的基础,是包括我们实验室在内的诸多实验室,多年来在表观遗传学等领域的实验研究。鉴于存在患同一种疾病的两个人会显出不同症状,我们需要了解两个人之间的许多差异,而非仅仅是他们基因的差异。"

据约瑟称,坚持以基因为中心的遗传学观点的一个弊端是,科学家可能错失治疗遗传病和了解进化秘密的机会。

例如,根据传统的遗传理论,对遗传疾病对不同人有不同影响的研究,主要集中在个体基因差别以及其他物理、化学差异方面。根据新理论,研究人员应当关注遗传病患者细胞的非遗传差异,例如分子排列方式以及它们之间的相互作用。目前,科学家还无法衡量部分差异,因此约瑟的新理论,可能为其他研究人员指明新的研究方向。

约瑟的新理论框架认为,生物体可能通过改变分子排列方式进化,而 DNA 序列不会发生改变。新理论还意味着,仅仅通过 DNA 库的方式保留濒危生物,可能会丢失存储在非 DNA 分子中的遗传信息。

约瑟承认,他的理论会面临很大争议,要证明这一理论还需要更多实验,但是,来自列文等科学家和其他同行的反馈是正面的。

列文说," 约瑟的新理论框架,给进化、生物复杂性带来了新视点,是对现有遗传学、表观遗传学和生物发育理论的重大修改。"