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DNA可能不是生活的指导书 只是混杂的成分清单

遗传的普遍观点是,从一代传给下一代的所有信息都存储在生物体的DNA中。但是马里兰大学细胞生物学和分子遗传学副教授安东尼·何塞不同意。

何塞在两篇新论文中认为,DNA只是成分表,而不是用于构建和维持生物体的一组指令。他说,这些指令要复杂得多,它们存储在调节细胞DNA和其他功能系统的分子中。

Jose在《皇家学会接口期刊》和《BioEssays》杂志上经过同行评审的论文中概述了遗传学的新理论框架,该框架是通过20年的遗传学和表观遗传学研究开发的。这两篇论文均于2020年4月22日发表。

何塞的论点表明,科学家可能忽视了研究和治疗遗传性疾病的重要途径,而当前关于进化的观念可能过于关注基因组的作用,而基因组包含了生物体的所有DNA。

何塞说:“ DNA不能被视为生命的'蓝图'。” “充其量只是一个重叠的,可能是混乱的成分表,不同的细胞在不同的时间使用了不同的成分。”

例如,用于眼睛颜色的基因存在于人体的每个细胞中,但是产生用于眼睛颜色的蛋白质的过程仅在特定的发育阶段发生,并且仅在构成眼睛有色部分的细胞中发生。该信息未存储在DNA中。

此外,科学家无法通过读取生物的DNA来确定器官的复杂形状,例如眼睛,或者该生物完全有眼睛。解剖学的这些基本方面是由DNA之外的某些物质决定的。

何塞认为,这些发展的方面,可以使受精卵从单个细胞生长成复杂的有机体,必须被视为遗传的组成部分。Jose的新框架将遗传作为一个复杂的网络信息系统进行了重铸,其中所有有助于细胞发挥功能的调节分子都可以构成遗传信息的存储库。

塔夫茨大学塔夫斯再生与发育生物学中心生物学教授,塔夫茨大学艾伦发现中心主任迈克尔·莱文认为,约瑟的方法可以帮助回答当前以基因组为中心的生物学观点未解决的许多问题。莱文没有参与任何发表的论文。

莱文说:“了解生物信息的传输,存储和编码是一个关键目标,这不仅对于基础科学,而且对于再生医学的变革性进步都是如此。” “在这两篇论文中,安东尼·何塞(Antony Jose)熟练地运用计算机科学方法对可能的分子动力学进行概述和定量分析,这些分子动力学可以作为遗传信息的媒介。”

Jose提出,DNA中未编码的指令包含在细胞内分子的排列及其相互之间的相互作用中。分子的这种排列方式得以保留,并从一代传到了下一代。

在他的论文中,Jose的框架将继承重铸为三个组件(实体,传感器和属性)的组合效果。

实体包括基因组和细胞内构建生物所需的所有其他分子。实体可以随着时间而变化,但是它们会在每一代开始时以其原始结构,排列和交互进行重新创建。

何塞说:“遗传的这一方面,即各代人之间的分子排列是相似的,这被深深地忽视了,这导致了人们对遗传工作原理的种种误解。”

传感器是与其他实体或其环境交互并对其做出响应的特定实体。传感器响应某些特性,例如分子的排列,其在细胞中的浓度或与另一分子的接近度。

实体,传感器和属性共同使活生物体能够感知或“了解”有关其自身及其环境的事物。这些知识中的一些知识在每一代人中都与基因组一起被用来构建生物。

Jose说:“这个框架建立在包括我们在内的许多实验室多年的实验研究基础上,包括表观遗传学和多代基因沉默,以及我们对理论生物学的浓厚兴趣。” “鉴于患有相同疾病的两个人不一定显示相同的症状,我们确实需要了解两个人可能不同的所有地方,而不仅仅是他们的基因组。”

据何塞说,保持以基因组为中心的遗传观点是愚蠢的,因为科学家可能会缺少与遗传性疾病作斗争和了解进化秘密的机会。

例如,在医学中,关于遗传性疾病对人的影响不同的研究重点在于遗传差异以及实体中的化学或物理差异。但是这个新的框架建议研究人员应该在遗传性疾病个体的细胞中寻找非遗传差异,例如分子的排列及其相互作用。科学家目前尚无测量这些事物的方法,因此这项工作为潜在的重要新研究途径指明了方向。

在进化过程中,何塞的框架表明生物可以通过改变分子排列而进化,而不会改变其DNA序列。在保护科学中,这项工作表明仅通过DNA库来保护濒临灭绝物种的尝试就缺少了存储在非DNA分子中的关键信息。

何塞(Jose)承认,有关这些想法的争论将很多,需要实验来检验他的假设。但是,他说,像莱文和其他同事这样的科学家的初步反馈是积极的。

莱文说:“安东尼·何塞(Antony Jose)通过实体-传感器-属性框架对记忆和编码的概括,为进化和生物学复杂性提供了新颖的见解,并提出了对遗传学,表观遗传学和发展中现有范式的重要修订。”

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