DNA,你能破解多少生命奥秘?

基因示意图。(资料图)

一名被拐儿童父亲从公安人员手中接过儿子时,紧紧将其搂在怀里。新华社记者郭斌 摄
近日,一则新闻让人备感欣慰:9月7日下午,有9名被拐儿童在福建省泉州市与亲生父母相聚。据报道,今年6月以来,福建公安机关通过DNA比对,已经为17名被拐儿童找到亲生父母。
17名被拐儿童最终得以身份确认,得益于自今年6月起公安部开展的为期半年的来历不明儿童集中摸排行动。具体做法是,各地公安机关与民政、人口计生、妇联、教育、卫生等部门密切协作,按照“村(街)不漏户、户不漏人”的原则,逐户逐人核对实有人口情况,全面摸排来历不明儿童并采集其生物检材检测DNA,利用全国打拐DNA信息库比对,查找解救失踪被拐儿童。
DNA,对于这三个英文缩写字母的含义,能说出个大概齐的人有不少,但对DNA技术能够有一个详尽、全面了解的人,似乎就不那么多了。
DNA是怎样一种东西
DNA英文全称为“deoxyribonucleic acid”,中文名称为“脱氧核糖核酸”,又称“去氧核糖核酸”。DNA是一种分子,可组成遗传指令,以引导生物发育与生命机能运作。带有遗传讯息的DNA片段称为基因,其他的DNA序列,有些直接以自身构造发挥作用,有些则参与调控遗传信息的表现。
最早分离出DNA的弗雷德里希·米歇尔是一名瑞士医生,他在1869年从废弃绷带里所残留的脓液中,发现一些只有显微镜可观察到的物质。由于这些物质位于细胞核中,因此米歇尔称之为“核素”。
在细胞内,DNA能组织成染色体结构,整组染色体则统称为基因组。染色体在细胞分裂之前会先行复制,此过程称为DNA复制。对真核生物,如动物、植物及真菌而言,染色体是存放于细胞核内;对于原核生物而言,如细菌,则是存放在细胞质中的类核里。染色体上的染色质蛋白,如组织蛋白,能够将DNA组织并压缩,以帮助DNA与其他蛋白质进行交互作用,进而调节基因的转录。
DNA是由什么组成的,并通过什么具体办法把生命的那么多信息传递给新的接班人的呢?一位叫莱文的科学家通过研究,发现DNA是由四种更小的东西组成,这四种东西的总名字叫核苷酸,它们只是随便地聚在一起、相互的连接没有什么规律,相互组合的方式也千变万化,大有奥秘。
单个的核苷酸连成一条链,两条核苷酸链按一定的顺序排列,然后再扭成“麻花”样,就构成DNA的分子结构。在这个结构中,每三个碱基可以组成一个遗传的“密码”,而一个DNA上的碱基多达几百万,所以每个DNA就是一个大大的遗传密码本,里面所藏的遗传信息多得数不清,这种DNA分子就存在于细胞核中的染色体上,它们会随着细胞分裂传递遗传密码。
人的遗传性状由密码来传递。人大概有2.5万个基因,而每个基因是由密码来决定的。人的基因中既有相同的部分,又有不同的部分,不同的部分决定人与人的区别,即人的多样性。人的DNA共有30亿个遗传密码,排列组成约2.5万个基因。
DNA技术广泛发挥作用
除了通过DNA比对,让被拐儿童与亲生父母团聚这样的亲子鉴定之外,在我们的生活中,DNA技术还可以发挥更广泛的作用。
首先,DNA技术日渐成为侦查破案的一个“杀手锏”。作为最前沿的刑事生物技术,DNA分析为法医物证(毛发、皮屑、体液等)检验提供了科学、可靠和快捷的手段,使物证鉴定从个体排除过渡到了可以作同一认定的水平,DNA检验能直接认定犯罪、为凶杀案、强奸杀人案、碎尸案、强奸致孕案等重大疑难案件的侦破提供准确可靠的依据。在DNA技术的支撑下,各地公安机关破获了一批重大疑难犯罪案件,为社会的和谐稳定提供了强有力的科技支撑。
最近的两个例子,今年8月,江西省公安机关刑侦部门充分发挥DNA技术在侦查破案中的作用,连破8起杀人案,直接认定犯罪嫌疑人23名;还是在今年8月,浙江诸暨发生了两起命案,经认定,两起命案为同一支枪开火,警方因此怀疑同为一人所犯。正在为找不到证据发愁时,不同时间段案发现场案犯留下的两个烟蒂成为突破口,警方从上面提取的DNA立了大功,最终证实两起命案确为一人所为。
在国外,警方利用DNA技术侦破疑难命案,还发展到了开始使用一种名为家族性DNA的技术搜寻凶手——去年7月,美国加州的犯罪学科学家就利用家族性DNA搜寻法,终于将一名与过去20多年中发生在洛杉矶的至少10起命案和一起谋杀未遂案有关的连环杀手逮捕归案。
发生在洛杉矶的命案最早可追溯到20世纪80年代中期,从2008年开始,加州同意允许使用一种名为家族性DNA的技术搜寻凶手。利用这种技术,调查人员可以将案发现场采集到的DNA证据与该州采集的包括130万名已定罪重犯的DNA数据库进行比对,搜寻相近但不是精确的匹配目标。
其次,在这些年发生的每一次重大灾难之后,DNA技术都发挥了关键作用,让逝者的亲人获得些许精神慰藉。去年海地发生七级大地震,女婴詹妮因为被深埋在地震废墟下数天仍然存活而被称“奇迹婴儿”,在她被当做孤儿送往美国两个月后,经过DNA检测,终得以与在地震中失散的父母重聚。
在今年3月11日日本发生的九级大地震中,被强震引发的海啸无情吞噬掉生命的众多亡者,也是因为通过DNA检测,遗体才得以被亲属们领走而得到妥善安置的。此外,在我国2008年发生的四川汶川大地震中,DNA检测技术也在罹难者的身份鉴定上发挥了不小的作用。
早在10年前,国际人类基因组计划总协调人柯林斯博士就人类关心的基因科学的前景进行大胆预测:到2010年,对于某些疾病,人类可以进行基因检测,以预测疾病发生的可能性。对一些疾病还可以通过基因干预来减少发生的风险,有几种疾病甚至可以采用基因治疗的方法。
所谓基因检测,就是通过血液、其他体液或细胞对DNA进行检测的技术。检测的时候,先把受检者的基因从血液或其他细胞中提取出来,然后用可以识别可能存在突变的基因的引物和PCR技术将这部分基因复制很多倍,用有特殊标记物的突变基因探针方法、酶切方法、基因序列检测方法等判断这部分基因是否存在突变或存在敏感基因型。
令人兴奋的是,柯林斯博士的预测在今天已变成现实。目前已经有20多种疾病可以用基因检测的方法进行预测。应用最广泛的基因检测是新生儿遗传性疾病的检测、遗传疾病的诊断和某些常见病的辅助诊断。目前有1000多种遗传性疾病可以通过基因检测技术做出诊断,比如对遗传病、肿瘤、心脑血管疾病、病毒细菌寄生虫病和职业病等的诊断。
DNA技术应用前景广阔
DNA技术的应用不仅仅在于亲子鉴定、认定犯人、预测和治疗疾病,科学家还在推动功能学基因组学研究中,赋予了DNA技术以广阔的前景。
早在2001年,我国科学家通过研究表明,大学生自杀很可能与基因有关。以前重点大学的学生自杀率比较高,人们往往指责他们心理承受力差。然而,科学家对基因的研究表明,很可能是因为这些学生的基因中带有特殊的遗传信息,再加上环境因子的作用。因而,如果能识别这些特殊的基因,就能提早把他们从同龄人群中划分出来,改变其生活方式,避免惨剧的发生。
在美国,炭疽、埃博拉病毒和天花,这些危险的病原体属于一份所谓的选择性介质名单,任何人想要处理和储存这些病原体则必须服从于专门的政府法规。然而那些与已知病原体一样具有潜在致命性的人造基因组又该如何处理呢?美国国家科学院去年8月3日发布的一份报告指出,将这些未知而又存在的事实置于规则之下的唯一途径,便是发展出一套新的基于DNA序列的选择性介质定义体系,即用DNA序列定义新体系打击生物恐怖主义分子。这是因为,被提议的分类体系能够帮助基因合成公司和政府官员发现潜在的生物恐怖图谋,包括用客户订制的DNA的不同片段修补出新的有机生物。
世界上每年都有数百万人死于疟疾,而导致疟疾的罪魁祸首往往只是一只小小的蚊子。英国科学家2001年宣称,他们正在进行一项雄心勃勃的研究计划,对蚊子进行基因改良,以彻底消灭肆虐的疟疾:向蚊子体内植入一种特别的基因,可以使蚊子产生对疟原虫的抗体,在未来的2到25年内,把传播疟疾的蚊子改造成略微不同的物种——虽然还可以吸血,但不再传播疾病。尽管迄今为止蚊子仍然在传播疟疾,但这种对生物基因进行改良的思路无疑是值得肯定的。
2009年9月3日,由深圳华大基因研究院与西南大学合作的研究成果《40个基因组的重测序揭示了蚕的驯化事件及驯化相关基因》在国际学术期刊《科学》上发表。这项研究共获得40个家蚕突变品系和中国野桑蚕的全基因组序列,从全基因组水平上揭示了家蚕的起源进化,发现了驯化对家蚕生物学影响的基因组印记。这一研究的意义在于,该计划后续所有的目标都将集中在“发现基因、研究基因和利用基因”上,推出利用转基因技术制作的优化了之后的新型蚕品种和相关产品。
DNA技术,是一把打开生命奥妙的金钥匙,堪称科学研究造福于人类的最成功典范。不过,其中的基因技术向人类展示它奇妙“魔术师”般魅力的同时,也引来大量科学家对这种技术的发展予以人类伦理和生态演化自然法则的冲击的极大担忧。因为从理论上讲,这种技术发展的一个极致就是使人类拥有了创造任何生命形态或从未有过的生物的能力。人们现在虽然还不能想像将会出现怎样的后果,但这无疑是一个应该慎重对待的问题。
人类基因组研究大事记
1860至1870年,奥地利学者孟德尔根据豌豆杂交实验提出遗传因子概念,并总结出孟德尔遗传定律。
1909年,丹麦植物学家和遗传学家约翰逊首次提出“基因”这一名词,用以表达孟德尔的遗传因子概念。
1944年,3位美国科学家分离出细菌的DNA(脱氧核糖核酸),并发现DNA是携带生命遗传物质的分子。
1953年,美国人沃森和英国人克里克通过实验提出了DNA分子的双螺旋模型。
1969年,科学家成功分离出第一个基因。
1990年10月,人类基因组计划在美国正式启动。
1999年9月,中国获准加入人类基因组计划,负责测定人类基因组全部序列的1%,也就是3号染色体上的3000万个碱基对。12月1日,国际人类基因组计划联合研究小组宣布,人类首次成功地完成人体染色体基因完整序列的测定。
2000年4月底,中国科学家按照国际人类基因组计划的部署,完成了1%人类基因组的工作框架图。5月8日,由德国和日本等国科学家组成的国际科研小组宣布,已基本完成了人体第21对染色体的测序工作。6月26日,中、美、日、德、法、英等6国科学家宣布首次绘成人类基因组“工作框架图”,标志着人类在解读自身“生命之书”的路上迈出了重要一步。12月14日,美英等国科学家宣布绘出拟南芥基因组的完整图谱。
2001年2月12日,中、美、日、德、法、英等6国科学家联合在学术期刊上发表人类基因组“工作框架图”及初步分析结果。8月26日,人类基因组“中国卷”的绘制工作宣告完成。
2003年4月14日,中、美、日、德、法、英等6国科学家宣布人类基因组序列图绘制成功,人类基因组计划的所有目标全部实现。已完成的序列图覆盖人类基因组所含基因区域的99%,精确率达到99.99%。



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