DNA与生命的创造

生命是一个不断复制和进化的过程,这个过程起始于DNA(脱氧核糖核酸)的复制。DNA在复制时,首先双螺旋逐渐解开,借助特殊的酶,以每条母链为模板,合成一条与它互补的子链。这就如同仿造楼梯一样,先把两扶手拆开作模板,用原料按模板原样各造一条扶手,然后配成两条双扶手螺旋形楼梯。DNA就是按照这种方式,照原来的样子一份一份地复制,从而保证了父辈的密码像拷贝一样准确无误地传给子孙。至此,千百年来一直困扰人们的遗传之谜被解开了。

据科学家统计,一个体细胞的全部DNA“螺旋楼梯”约为2米。若将一个人的全部DNA连接起来,可以在地球和太阳之间扯80个来回。就一个细胞来说,虽然DNA连接起来有2米长,但它的直径只有20埃(l埃等于1/10毫微米)。让我们设想一下:如果我们建造一个人的全套DNA模型,其螺旋直径为1米的话,则这模型的全长将会有100万千米,可围地球赤道转25圈。

 生物进化的历史长河中,从水生到陆生、从冷血到热血、从卵生到胎生这一次又一次的飞跃是何种神灵的打造;我们的高矮、相貌的变化如此悬殊;肿瘤、艾滋病、糖尿病等不治之症,都成了我们的一直思索的玄而又玄的问题。50年前,两位年轻的科学家Crick和Watson通过讨论和反复的验证,发现了一个双螺旋式链条状结构。这个双螺旋式结构研究的课题,就是包含着人体全部遗传信息奥秘的脱氧核糖核酸,也就是目前人类所说的基因。

  基因是控制生物遗传性状的最基本单位,是一种离分子化合物,是两条由4种(A、T、C、G)脱氧核苷酸分子连接而成的长链,具有独特的双螺旋结构,生物的遗传信息贮存在基因分子的脱氧核苷酸的序列中,生物的遗传性状也藏于此中。如从学术上讲,基因组是指一个生物种的遗传信息即基因的总和,通俗点儿来说,就是人是怎么用一个个基因“堆”起来的。人类基因组计划就是画出一张人体地图,找到46条染色体上30亿个碱基对(约10万个基因)的准确位置。

  不过迄今为止,我们不能确定所有基因的位置和功能,尽管我们已经知道控制人类生老病死的物质是基因,也找到了几千个基因在染色体上的位置,但我们无法了解全部10万个基因所在的确切地点以及它们究竟控制着生命的哪一个方面:是与癌症有关、与糖尿病有关,还是与心血管疾病或是精神病有关,我们无法破译这小小的基因上所承载的生命奥妙。

  人类基因组计划正是在这种“困惑”的基础上建立起来的。80年代中期,面临着要么“零敲碎打”从人类基因组中找几处与疾病相关的基因,要么对人类基因进行全部测序这两种选择时,美国科学家RenatoDulbecco在1985年首先提出人类基因组计划,美国政府1990年10月正式启动,耗资30亿美元。

  如果说人类的第一张人体解剖图,把我们的器官组织诸如骨头、血管、心脏、神经、眼睛等基本结构都描绘出来,才有了今天的现代健康理论与医学手段,那么同样,人类基因的画就将奠定21世纪医学发展的基础。首先是给人类基因组绘制几张地图,标上一个一个路标,根据路标的不同,可分为物理图、遗传图,最终画出分子水平的序列图,达到对基因的识别。

  专家们把人类基因组用一条长达300万公里的铁路来比喻,物理图的制作就是在这条铁路隔一定距离插上一块“里程碑”,先是较粗的,例如先插上300个,每两个“里程碑”间的平均间距是1万公里,然后再发展到3万个,间距100公里,也就是说把人类基因组分成3万个片段,平均为100个核苷酸。遗传图是以“遗传标记”为“里程碑”,以“遗传单位”作为两个“里程碑”间的间距,它反映的是两个“遗传标记”之间的遗传上的效应关系,依据一个“遗传性状”的传递规律,就可大致决定它的基因在何处。

  序列图是人类基因组计划中最重要也是最难的一张图,若把它理解为由30亿个枕木组成的铁路,所要搞清楚的是每个枕木到底是由A、T、C、G材料中的哪一种制成的。假若人类基因组的这三张图绘制成功,就可按照地图去寻找、确定人类的所有基因,人类本身的很多奥秘都可以揭开。