卢建波记者吴纯新本报讯程毓
生活中，什么是废弃物，为人津津乐道；而在人类文明DNA揭秘征程中，什么样DNA是废弃物、是不是废弃物DNA，科技人员众说纷纭。
“有一点能肯定，‘废弃物DNA’决不是废弃物。”重庆科技理工学院微生物医学科学研究所副教授顾潮江说，对人类文明DNA的科学研究存有前期知觉和判断，“知之为知之，不知为不知，是智也。”科学积极探索亦如此。长久以来，有关“废弃物DNA”的科学科学研究成果不断涌现，彼此之间譬如印证也有背道而驰，逐步找出“废弃物DNA”DNA奥秘所在。
“废弃物DNA”知觉与技俱进
“废弃物DNA”名称，从英语“Junk DNA ”意译而来，其概念最初由日本生物化学家木村乾提出，以描述DNA中不能够代码蛋白质的DNA序列。
顾潮江介绍，依照早期表述，人类文明DNA中负责代码蛋白质的DNA数量仅4亿个，只占DNA的2%，其它98%均被列入“废弃物DNA”。
充斥科学研究进步，“废弃物DNA”现在特指DNA字符串中没有代码机能，既不聚合RNA也不产生蛋白质的短片，包括各种类型的“Non-coding DNA，非代码DNA”。它在人类文明DNA中以多次重复字符串形式广泛存有，结构上分成散在多次重复字符串、串连多次重复字符串和短片多次重复字符串，依照多次重复单次能分成中度多次重复字符串和高度多次重复字符串。
早在2003年，ENCODE (The Encyclopedia of DNA Elements)方案启动，吸引全球400数名生物学家参与。该方案在人类文明DNA方案刻画出人类文明DNA组图表基础上，科学研究各DNA的机能信息，建立微生物机能性DNA产品目录。该方案科学研究结果表明，人类文明DNA中80%的区域具有一定分子微生物机能。
而美国休斯敦理工学院微生物和分子微生物副教授丹格莱朗在最新三期《DNA微生物化学与变异》周刊发表学术论文称，利用崭新数学模型对人类文明DNA中机能性DNA进行统计，发现机能性DNA占比最多只有25%，其它DNA都是所谓的“废弃物DNA”，即罢了甚至有毒的DNA。
顾潮江认为，这个科学研究不仅“废黜”ENCODE的推论，还将引导科技人员重新著眼人类文明DNA科学研究。
知觉与技俱进，那么“废弃物DNA”到底从何而来？
已有科学研究表明部分“废弃物DNA”起源于病毒，并能调节人体免疫系统。科学研究人员发现，在这个过程中，一类被称为“转座元件”的＂废弃物DNA＂起到重要作用。
转座元件是那些可在DNA中移动的DNA短片，看上去是病毒或细菌等病原体遗留的产物，经过数百万年变异，融入人类文明DNA。
顾潮江介绍，占人类文明DNA10%的串连多次重复字符串，主要分布在非代码区，少数位于代码区。代码区中的串连多次重复字符串与机能有关，非代码区的串连多次重复字符串多分布在间隔DNA或内含子，多次重复单位短的仅2bp，长的可达数十碱基对，多次重复单次少则数次、多则几百次。多次重复字符串的多次重复次数不同，是形成DNA长度多态性的基础。
究显示，两条姐妹染色体的着丝粒在雌性减数分裂过程中相互竞争以获得遗传，而着丝粒多次重复字符串是人类文明DNA中最丰富的非代码DNA，具有更多多次重复拷贝和更多动粒蛋白质的“强”着丝粒被优先遗传给后代。
机能识别已现冰山一角
“废弃物DNA”中大量多次重复DNA字符串，能形成特殊的DNA高级结构，并以此调节附近DNA的活性。一些控制DNA开和关的特殊蛋白质(转录因子)能特异识别DNA附近的非代码“废弃物DNA”，通过与它相互作用参与基因的抑制与激活。
顾潮江说，这些“废弃物DNA”能视为DNA的“分子”开关。
近日，美国生物学家分析了11个人类文明组织中330个源于Alu（高度多次重复字符串）DNA的外显子，鉴别出许多令人感兴趣的表达和机能特性的外显子，Alu是灵长类特异性的反转录转座子，通过它制造外显子可能有助于形成灵长类的独特特性。
另有证据表明，“废弃物DNA”可通过合成调节性RNA发挥机能。它能被转录为小分子RNA，能控制蛋白质表达，如RNA介导的DNA沉默过程称为RNA干扰，还能激活或者抑制DNA的表达，协助非常复杂的细胞分裂、分化等生理现象。
顾潮江介绍，若将这种方法用于医学上，可使癌症DNA沉默，意义重大。还有科学研究表明，“废弃物DNA”有可能改变DNA装方式。
此前，美国北卡罗来纳理工学院科学研究人员发现：一些“废弃物DNA”中的小短片遗传字符串告诉DNA如何剪接，或提高或抑制剪接过程，从而改变DNA装方式。
更为重要的是，“废弃物DNA”从多个方面影响人类文明生活，涉及免疫系统疾病、肿瘤发生、神经系统疾病及发育甚至长相等。
德国马克斯普朗克科学研究所、英国牛津理工学院等机构生物学家合作发现，化疗之后，骨髓中造血干细胞会利用“废弃物DNA”转录产生RNA分子增强活化，产生新鲜细胞，促进血液再生。
科学研究人员还发现，随着个人DNA测序人数迅速增加，解读它DNA中的突变、尤其是非代码区突变时，最近在“废弃物DNA”区域中找到近百个乳腺癌与前列腺癌的潜在“导火索”，预示“废弃物DNA”可作为潜在癌症病源。还有科学研究人员表示，已在霍奇金淋巴瘤内证明了“废弃物DNA”在何种情况下能够保持活性，从而加快肿瘤生长速度。
与上述观点不同的是，巴斯理工学院和剑桥理工学院的科学研究人员科学研究发现，位于DNA间的“废弃物DNA”能转录形成非代码RNA，而这一过程能阻断细胞癌化。
此外，美国科技人员开发了一种新的微生物信息学方法，用于从测序数据中识别和确定从头串连多次重复字符串突变（简称新生TR突变），并对患有ASD（孤独症谱系障碍）的先证者和未患病手足中的新生TR突变进行全DNA特征分析。发现在ASD先证者中全DNA范围内均存有大量新生TR突变，在胎儿大脑调节区域更为富集，且预计在变异上更具危害性。
拨云见雾更多谜团待解
近日，一篇刊登在国际周刊Neuron上的科学研究报道称，发现被认为是“废弃物DNA”的反转录转座子LINE-1在精神分裂症患者的大脑中水平很高，且能修饰与精神分裂症相关的DNA的表达情况，因此，科学研究人员推测其可能是引发精神分裂症发生的主要原因。
同时，将这部分“废弃物DNA”置于引发精神分裂症的遗传因子下科学研究，利用全DNA学分析，科学研究人员发现在精神分裂症患者中，LINE-1能插入到与突触机能相关的DNA中，使其正常机能被破坏，故而认为该“废弃物DNA”或是引发精神分裂症的罪魁祸首。
顾潮江介绍，国外科学研究团队在发育分子机制科学研究中，发现在发育期间，来自“废弃物DNA”转录的微RNA(microRNA， miRNA)在这种细胞与胚层分配过程中发挥着重要作用。悉尼雪梨百年科学研究所的科学研究人员通过新一代DNA测序技术和复杂的计算机分析技术揭示，特定的白细胞如何使用非代码的DNA来调节一系列控制形状和机能的基因的活性。
十分有趣的是，美国劳伦斯伯克利国家实验室的科学研究人员发现，“废弃物DNA”中有一些字符串短片，能像开关或放大器一样影响脸部DNA的作用。眼睛或大或小、鼻子是否挺拔、头颅形状等，可能都与这些被称为“增强子”的字符串短片密不可分。
见一叶而知秋，拨云见雾，面对“废弃物DNA”还有什么样疑问亟待解答？
顾潮江说，随着后DNA时代到来，“废弃物DNA”解读得益于测序技术的进步。第二、三代测序技术极大地提高测序通量，能一次性完成从数十万到数百万的DNA分子测序，使得对一个物种的DNA和转录组深度测序变得方便易行，为“废弃物DNA”解读提供了技术支撑。
目前，充斥越来越多有机能的“废弃物DNA”被认识和鉴定，实际意义上的“废弃物DNA”将会越来越少。
顾潮江认为，今后或应将继续深度分析大量多次重复字符串（“废弃物DNA”）在以下十个方向中的机能，即DNA复制的调控，转录调节，为遗传物质的程序性重排标记位点，影响染色体的正常折叠和维持，控制染色体与核膜的相互作用，控制RNA加工、编辑和剪接，调制翻译，调节胚胎发育期，DNA修复和帮助对抗疾病。
顾潮江说，不久前，法国蒙彼利埃理工学院克里斯托弗格鲁纳、德国吉森理工学院克里斯托弗格里维尔丁等人在《DNA微生物化学与变异》周刊发表学术论文称，“废弃物DNA”的时代已经结束。与此同时，随着生命科学不断发展，人们也逐渐意识到“废弃物DNA”不再废弃物。
“随着技术更新和科学研究深入，‘废弃物DNA’中会产生越来越多的机能字符串。”顾潮江坚定的表示。
编辑：张琦琪
审核：朱丽
终审：刘海英
