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科学家的三个意外发现,颠覆了他们对癌症本质的认识

北极蚊子 2018-10-15 12:58

一般情况下,科学的发展是迭代性的。但在科学家研究某个课题的过程中,往往会在课题之外冒出一个出人意料的发现。正是有了这种意外偶得,科学得以改变渐进增长的常态,实现跳跃式发展。它们甚至足以在整个研究领域引发变革。

2003年,“人类基因组计划”(以下简称“计划”)终于告一段落。在多国长达13年的通力协作下,我们终于对人类DNA进行了完整测序,辨识出了全部基因。维康信托桑格研究所(Wellcome Trust Sanger Institute)是唯一一家参与该工程的英国机构,三分之一的基因组测序工作都是由他们完成的。

“计划”启动之初喊出的豪言壮语,今天看来很多都没有实现。但是,基因组测序的完成,对科技行业的影响无疑是颠覆性的,就像当初印刷机和显微镜的发明一样。不仅如此,基因组测序也与其他变革性的技术一样,带来了某些始料未及的发现。

1、染色体碎裂竟可致癌

癌症本质上是一类基因病,DNA在复制过程中发生错误和变异,致使健康细胞转化为致命肿瘤。如今,研究人员通过对大量肿瘤染色体进行基因测序,颠覆了我们对癌症本质的认识。

皮特·坎贝尔(Peter Campbell)是桑格研究所癌症项目的负责人,主攻肾肿瘤问题。研究过程中,他收获了一些意外发现。最值得称道的,莫过于对癌症发生机制的全新阐释。

坎贝尔团队发现,染色体会因为某些不明原因“炸裂”成无数个碎片。

这个结论过于惊人,坎贝尔一开始还以为是数据出了问题。他说,“几乎所有这些好像都是无用数据,可能是有谁在基因组序列的某个地方出了错,才有了这么一个结果。所以我们一看就说,出问题了,我们要把它找出来。”然而,坎贝尔团队没有发现任何明显的问题。

“研究基因数据的一个好处就是,它是非黑即白的,行为方式呈现出数字化特点;而不像细胞,今天看起来是这样,到了明天,又成了另一种样子。”

经过核实、确认结果无误之后,坎贝尔才算放下心,可以激动片刻了。他说,科研是一种持续性的工作,“你也许冥思苦想好几周都找不到解决方案。然后,突然间,成果从天而降。”

坎贝尔已经做好了接受质疑的准备,但最终,他的论文获得了大多数人的一致好评。一些同行还观测到实验室环境下细胞变化的过程,进一步佐证了他的结论。研究人员认为,这种碎裂机制可能引发各类癌症。

这一发现是不是颠覆了人们的传统观念?

“我想是的。”皮特表示,“一流论文虽然也能颠覆传统观念,但对学者个人而言,这在他们的职业生涯中只是偶有发生。所以,我们能够在现代基因技术的帮助下,先于同行发现这一范式,这是我们的幸运。

2、Y染色体并非一无是处

血液病学家乔治·瓦西利乌(George Vassiliou)曾带领一批研究人员,为白血病药物寻找新的作用对象。一种位于X染色体上的UTX抗癌基因,就是他们的目标之一。

他们利用UTX基因不健全的白鼠,观察它们患癌后的变化。研究过程中,瓦西利乌还对另一个类似基因进行了微调,这就是Y染色体上看似无用的UTY基因。

在传统观念里,Y染色体除了决定性别之外,别无它用,仿佛是个鸡肋。实际上,在田鼠体内,Y染色体已经进化到消失不见了。

科学家曾预言,Y染色体最终也会在人体内完全消失。但如今,瓦西利乌团队发现,人体内的UTY基因并非毫无用处,而且它在抑制癌细胞方面,还扮演着举足轻重的作用。

“一开始,我们都以为白血病药物有了新的作用对象。”瓦西利乌表示,“大家非常振奋”。但随后我们就意识到,“Y染色体是有大用处的,不是可有可无的。”

3、不起眼的细菌基因,竟能决定疫苗的功效

桑格研究所生物统计学家、奥斯陆大学研究员尤卡·柯兰德(Jukka Corander)和帝国理工学院细菌遗传学家尼古拉斯·克劳奇(Nicholas Croucher)的任务,是分析细菌感染的基因组信息。他们用电脑对多菌种进行模拟,试图找出细菌种群在遇到疫苗之后发生突变的原因。

他们对肺炎链球菌的基因组进行了比对,这种细菌会引发肺炎、败血症、脑膜炎等重症。用于比对的菌群来自四个不同的人类种群,且其中三个种群都已接种过肺炎链球菌疫苗。

此次试验的肺炎链球菌株总共有近2000个基因,其中四分之三的基因大同小异,剩下的“附属基因”则各不相同。菌株与菌株之间的基因可以通过“基因水平转移”相互交换。

数据模型表明,接种疫苗后,菌群中“附属基因”的水平没有太大变化,但菌株的类型已经完全改变。

换言之,接种疫苗后出现的菌株与被疫苗消灭的菌株,体内带有相似的“附属基因”。由此可见,“附属基因”意义重大,影响着细菌种群对疫苗的反应。

同样重要的是,接种疫苗后,某些还原为初始水平的“附属基因”,还参与了对抗抗生素的过程。

“我们刚刚还发表了一篇文章,认同‘附属基因’的‘中立模型’。”柯兰德说,“现在我真是大吃一惊。”

“附属基因”并非“中立”的发现,有助于深化对菌群的抗药性研究。借助这一发现,我们可以预判,如果改变细菌性疾病的治疗方案,哪些菌群的传播速度会更快。

柯兰德指出,“如果没有高清的观测手段,我们绝不可能有这样的发现,也不可能知道人类基因组存在这么多变体,更不可能认识到,这些罕见的附属基因竟有如此重要的作用。”

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