Nature：挖掘遺傳信息的新層面
日期：2012-03-30 08:39:20
近日來自美國加州大學舊金山分校的科學家們揭示了隱藏在遺傳密碼中過去未發現的信息層。在新研究中，他們采用了一種稱之為核糖體分析（ribosome profiling）的方法，利用這一方法他們可以在活細胞中檢測基因活性，包括蛋白質的合成速度。相關研究論文發布在3月28日的《自然》（Nature）雜志上。
通過在細菌中檢測蛋白質合成速率，研究小組發現輕微的遺傳改變都可能產生巨大的影響。過去科學家們認為“沉默突變”（ silent mutations）只是發生了單個DNA堿基的置換而并不會改變最終的基因產物。然而在新研究中研究人員吃驚地發現，這些看似微不足道的遺傳變化卻能將蛋白質合成的速率減慢到正常速度的1/10甚至更慢。
速率的改變是由于包含在被稱之為“冗余密碼子”（ redundant codons）中的信息引起。冗余密碼子是指形成部分遺傳密碼的小片段DNA，它們之所以被稱為“冗余”是因為過去人們認為它們包含了重復而非獨特的指令信息。
新發現向半個世紀以來生物學中的基礎假說提出了挑戰。它有可能將幫助加速蛋白質的工業生產，這對于制造生物燃料和生物醫藥用于治療糖尿病、癌癥等大量常見疾病具有至關重要的意義。
加州大學醫學院細胞與分子藥理學系霍華德休斯醫學研究所Jonathan Weissman博士說：“遺傳密碼長期被認為是冗余的，但冗余密碼子顯然不同。我們對這一規則所知不多，但新研究表明基于遺傳速率和遺傳意義，自然對冗余密碼子做出了選擇。”
這有點類似于某人在給朋友發送短信時有可能選擇的是“NP”而不是“No problem”，雖然兩者的意思都是指“沒問題”，但一種相較于另一種速度就是要快。
核糖體分析如何發揮作用？
該工作聚焦的是科學家們長期以來觀察的蛋白質合成的過程。蛋白質合成對于地球上所有的生物均至關重要，有一些未知的機制似乎參與控制了蛋白質生成的速率調控，但卻無人知道那是什么。
為了追蹤這一機制，Weissman和加州大學舊金山分校的博士后研究人員Gene-Wei Li采用了Weissman實驗室過去開發的一種稱之為“核糖體分析“的新技術。利用這一技術科學家們能夠廣泛檢測細胞中的活性基因，以及它們翻譯形成蛋白質的速率。
核糖體分析是通過從細胞中分離出核糖體的方法來確定哪些基因生成了蛋白質。通常細菌細胞中包含了成千上萬的核糖體，人類細胞中就更多。核糖體在生命體中發揮重要作用將遺傳信息翻譯成蛋白質。通過分離出這些核糖體，并獲取所有的遺傳材料，科學家們可以知道細胞正在合成哪些蛋白質，它們現在正處于哪一階段。
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