哥伦比亚大学的研究人员发现，细菌可以在染色体外产生自由浮动的临时基因，这挑战了长期以来认为所有遗传指令都包含在基因组中的信念。这一发现开启了类似基因可能存在于人类中的可能性，可能会彻底改变我们对遗传学和基因编辑的理解。
哥伦比亚大学的研究人员发现，细菌会在基因组外产生临时的、自由浮动的基因，这一突破可能会重塑遗传学和基因疗法。
自 20 世纪 60 年代首次破译遗传密码以来，我们的基因就像一本打开的书。通过将我们的染色体解读为类似于小说中的句子的线性字母序列，我们可以识别基因组中的基因，并了解基因代码的变化如何影响健康。
人们认为，这种线性生命法则支配着所有生命形式——从人类到细菌。
但哥伦比亚大学研究人员的一项新研究表明，细菌打破了这一规则，可以产生自由漂浮和短暂的基因，这增加了在我们自己的基因组之外存在类似基因的可能性。
瓦格洛斯内外科医学院生物化学与分子生物学副教授塞缪尔·斯特恩伯格 (Samuel Sternberg) 表示：“这一发现颠覆了染色体拥有细胞用来产生蛋白质的全套指令的观念。”他与医学院医学博士/哲学博士生史蒂芬·唐 (Stephen Tang) 共同领导了这项研究。
“我们现在知道，至少在细菌中，可能存在其他未保存在基因组中但对细胞生存至关重要的指令。”
“惊人”与“外星生物”几个月前，这篇论文首次以预印本的形式发表时，科学界的反应就已引起关注。在《自然新闻》的一篇文章中，科学家称这一发现是“外星生物学”，“令人震惊”和“令人震惊”。
“它一次又一次让我们难以置信，”唐博士说：“当其中的原理逐渐显现出来时，我们从怀疑变成了惊讶。”
细菌和病毒之间的战斗已经持续了数个世纪，病毒试图将其DNA注入细菌基因组，而细菌则想出巧妙的方法（例如 CRISPR）来保护自己。许多细菌防御机制仍未得到探索，但可能会带来新的基因组编辑工具。
斯特恩伯格和唐选择探索的细菌防御系统很奇怪：该系统涉及一段功能未知的RNA和一种逆转录酶，后者是一种从 RNA 模板合成 DNA 的酶。细菌中最常见的防御系统会切断或降解进入的病毒 DNA，“因此我们对通过 DNA 合成来保护基因组的想法感到困惑，”唐说。
自由浮动的基因为了了解这种奇怪的防御机制是如何运作的，唐博士首先发明了一种新技术来识别逆转录酶产生的 DNA。他发现的 DNA 很长但具有重复性，包含防御系统 RNA 分子内短序列的多个副本。
随后他意识到，RNA 分子的这一部分折叠成一个环，而逆转录酶会绕环多次，从而产生重复的 DNA。“这就像你打算复印一本书，但复印机却开始一遍又一遍地复印同一页，”斯特恩伯格说。
研究人员最初认为他们的实验可能出了问题，或者是酶出了错误，它产生的 DNA 毫无意义。
“这时斯蒂芬进行了一些巧妙的挖掘，发现 DNA 分子是一个功能齐全、自由浮动、瞬时基因。”斯特恩伯格说。
研究人员发现，该基因编码的蛋白质是细菌抗病毒防御系统的关键部分。病毒感染会触发该蛋白质的产生（研究人员将其称为 Neo），从而阻止病毒复制和感染邻近细胞。
人类的染色体外基因？如果在高等生物的细胞中发现类似的基因自由漂浮，“那将是一个真正改变游戏规则的发现，”斯特恩伯格说：“可能存在不存在于人类 23 条染色体中的任何一条上的基因或 DNA 序列。也许它们只在特定的环境、特定的发育或遗传背景下产生，但却提供了我们正常生理所依赖的关键编码信息。”
该实验室目前正在使用唐的方法寻找逆转录酶产生的人类染色体外基因。
人类基因组中存在数千个逆转录酶基因，其中许多基因的功能尚未发现。“这是一个巨大的空白，有待填补，可能会揭示一些更有趣的生物学现象。”斯特恩伯格指出。
基因编辑源泉尽管利用 CRISPR 编辑的基因疗法正在临床试验中（去年一种用于治疗镰状细胞的疗法已获批准），但 CRISPR 并不是一项完美的技术。
将 CRISPR 与逆转录酶相结合的新技术为基因组工程师提供了更多能力。“逆转录酶让你能够在 CRISPR 切割的位点写入新信息，而 CRISPR 本身无法做到这一点，”唐博士指出：“但每个人都使用几十年前发现的同一种逆转录酶。”
产生 Neo 的逆转录酶具有某些特性，可能使其成为实验室基因组编辑和开发新基因疗法的更好选择。细菌中还存在更多神秘的逆转录酶，等待人们去探索。
“我们认为细菌中可能蕴藏着丰富的逆转录酶，一旦我们了解了它们的工作原理，它们就可能成为新技术的良好起点。”斯特恩伯格强调。
来源：哥伦比亚大学欧文医学中心
免责声明：康嘉年華致力于健康常识分享，内容根据公开资料编辑，版权归原作者；如有侵权请在线留言删除。文章旨在介绍健康科学进展，不能作为治疗方案；如需精准健康指导，请至正规医院诊疗。
