科學研究稱5億年前生物DNA錯誤複製促成人類

日期:2012-07-27 14:25:00 作者: 來源:科技日報

  一條文昌魚,它是人類和其他有脊椎動物的遠古近親。它似乎和一種早期無脊椎生物在它發生那兩次嚴重的基因複製錯誤之前的狀態相當相似

  北京時間7月27日消息,據國外媒體報道,一項最新研究向我們講述了這樣一個故事:在大約5億年前,在海底有一條無脊椎生物經歷了兩次成功的DNA複製——這是一次“程式錯誤”,但是這一個“錯誤”卻意外地觸發了其他生物包括人類的最終出現。

  好消息是這一次古老的基因“突變”極大地改善了細胞通訊系統,因此我們的身體細胞整合資訊的能力比現有最先進的智慧手機還要好。不過也有壞消息,那就是這種資訊通訊偶爾會出現崩潰,導致這一現象的基因淵源最早可以追溯到寒武紀時期,這一缺陷會導致糖尿病,癌症和神經錯亂。有關這一研究的論文作者之一,英國鄧迪大學生命科學學院的卡羅爾·麥肯托什教授(Carol MacKintosh)表示:“借由有性生殖的生命體一般擁有兩份基因,分別遺傳自父方和母方。而在5億年前所發生的事情便是:這一過程在一隻無脊椎動物的身上出現了錯誤,它繼承了兩次原本應當只繼承一次的基因組。而在後來的幾代中,這一錯誤反覆發生,基因數量再次翻倍。”

  麥肯托什教授表示,這樣的基因複製現象也同樣存在於植物演化過程中。因為採用這種新方法繁殖的後代在自然界中的適應和生存能力顯然更強。她說: “這種複製並非是穩定的,然而絕大部分被複製的基因都很快丟失了,遠遠早於人類出現之前。”但是麥肯托什教授和她的小組發現確實有一小部分倖存了下來。

  她的研究組對人體細胞內數百種不同的蛋白質進行研究,考察它們對生長因素和胰島素的反應情況,胰島素是荷爾蒙的一種。在這一過程中涉及的關鍵性蛋白質被稱作14-3-3。在這項最近的研究工作中,科學家們對這些蛋白質進行製圖,分類並展開生物化學分析。正是在這一過程中她們回溯到了最初的基因複製時期,回溯到了寒武紀。

  世界上最初攜帶這一基因組的生物究竟是什麼目前仍然無從知曉,不過麥肯托什教授表示現代生活在海中的文昌魚似乎和這種早期無脊椎生物在它發生那兩次嚴重的基因複製錯誤之前的狀態相當相似。因此,麥肯托什教授認為“文昌魚可以被視作是今天所有脊椎動物的非常古老的姐妹。”

  這種被一路繼承下來的蛋白質似乎已經經過演化,它會形成一個“小組”,相比單個蛋白質的情況,這種蛋白質組能生成更多的生長因子。麥肯托什教授表示:“因此在人體細胞內部的這一系統的行為就像是一套信號多路分發系統,就像是我們的手機能得以同時處理多條資訊的功能類似。”

  儘管像這樣的“團隊合作”有時也並非一直是有益的。但是研究人員們指出如果某項關鍵性的功能是由單一一個蛋白質實現的,比就像是在文昌魚體內那樣,那麼這一蛋白質的丟失或突變將會是致命的。而如果蛋白質進行“團隊工作”,即便其中的一個或幾個出現丟失或變異,這個個體也將得以存活下來,儘管可能會有一些身體功能上的障礙。這種缺陷或缺陷可以解釋疾病的發生,如糖尿病,癌症這些讓人類深受其苦的病症。

  麥肯托什教授說:“在二型糖尿病中,作為對胰島素的反應,肌肉細胞失去了吸收糖的能力。與此相反,癌細胞則是貪得無厭,完全打破規則,肆意搶佔其他細胞的營養,瘋狂生長。”克裏斯·馬歇爾(Chris Marshall)是英國皇家癌症醫院所屬癌症研究中心的細胞生物學教授。他說他認為這項研究工作“加深了人們對於控制我們細胞行為的信號機制演化進程。”

  麥肯托什教授和她的同事們目前正將注意力集中在一種能引起黑色素瘤和神經錯亂的蛋白質大類上。由於這項研究中可能牽涉到和遠古時期基因突變事件之間的聯繫,這項研究在幫助對抗疾病的同時還將有望揭開人類和其他動物的演化之謎。(晨風)

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