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第二章 DNA晚宴（第1页）

第二章DNA晚宴

不过也有一些人能够登上天国，触摸那把开启永恒殿堂的金钥匙。

—约翰·弥尔顿

看着面前两杯半满的烈酒，我陷入了沉思。它们被精致地码放在一个小巧的木质托盘上，紧挨着我的甜点勺。每个人的桌前都有这样的标配。我的餐前酒还有大半杯：一方面，我并不是很想跳过它直接喝烈酒；另

一方面，此刻空气里弥漫着的欢庆气氛，又让我对这两小杯酒有些心动。

幸好，不论是我，还是其他坐在这个偌大而又拥挤的酒店舞厅里的人，终究还是抵挡住了**。毕竟，在庆祝DNA双螺旋结构发现50周年这样一个极具纪念意义的场合，如果有来宾在晚宴上“中毒”可就不好办了。

这场DNA晚宴是2003年在澳大利亚墨尔本召开的第19届国际遗传学大会的一大亮点。会议的组织者是一群从善如流而又勇敢无畏的人。虽然可能有那么一点危险性，但今晚绝对是令人难忘的一晚。估计你也能猜到，会场肯定少不了各种巨大的螺旋形气球，但有点出人意料的是，这些气球看上去有些特别。虽然不知道是谁，但负责设计它们的人一定是想让这些“双螺旋”看起来“瘦”一点；所以我们最终看到的成品看上去更像“三螺旋”[30]。会上，人类基因组计划的总协调人弗朗西斯·柯林斯[31]拿起了吉他，对着人类基因组演唱《祝你生日快乐》。

紧接着，“毒药”重磅登场了。

平心而论，抛开潜在的危险性不谈，这是个绝妙的主意。其中一个杯子里装着几近完成的某种植物DNA的提取物，另一个杯子里装的则是完成提取所需的最后一种原料。在夜幕刚刚降临的时候（也许就在天黑前的最后一刻），司仪让我们把其中一个杯子里的东西倒进另一个杯子里，然后神奇的一幕上演了，DNA真的分离出来了。今夜我们都为它而来，而此刻它就这么真真切切地呈现在了我们面前。

你在家里也完全可以做这个神奇的实验，用的都是一些再普通不过的原料（其中只有一种带有毒性）。听说烹饪书很畅销，这不，食谱来了：

原料：草莓适量（一般两三颗就够了，主要看草莓的大小），水，食用盐，洗洁精，消毒酒精（异丙醇，没有的话也可以用甲基化酒精代替）。

具体步骤：

1。在半杯温水中加入一小茶匙食用盐，搅拌直至其完全溶解。

2。在盐水中加入两茶匙洗洁精并轻轻搅拌（不要产生泡沫）。

3。把草莓放入装三明治用的密封塑料袋中并将封口封闭，再用手将草莓完全捣碎。

4。把备好的含洗洁精的盐水倒入装有草莓的密封袋中。

5。充分搅拌，但动作务必要轻，避免混合液产生泡沫。

6。用一张咖啡滤纸将混合液过滤至玻璃杯中，杯中**的量一定不能过少。为了便于后续操作，最好不要选用细长形的杯子。

7。将消毒酒精沿杯壁缓缓地注入杯中，与草莓提取液的比例控制在1∶1左右。此时酒精会悬浮在最上层。

8。杯中的溶液已具有毒性，请勿饮用。

9。现在，你只需要把一切交给时间，静静地等待黏稠的白色絮状物从溶液中析出，那便是你要的DNA。

如果你有兴趣的话，不妨用一根木棍把析出的DNA从玻璃杯里挑出来仔细观察，你会发现它有很多有趣的地方。首先，用木棍挑起絮状的DNA在杯壁上轻拍几下，团块的体积就变小了。这时，再小心翼翼地将它从溶液中提起，你就能得到一根细长的丝状物。DNA具有黏性，可以松散或紧密地盘绕在一起，所以你所看到的团块体积的减小，实际上是处于松散状态的DNA更加紧密地盘绕在了一起。你从溶液中提取出的那根细丝状DNA则是一长串独立的DNA链，只不过从容器里提出来的时候黏在了一起。

你一定要亲手尝试一下。要知道，这种手握生命密码的感觉十分绝妙，虽然它不管看上去还是摸起来都像极了鼻涕[32]。

弗朗西斯·柯林斯无疑是那天DNA晚宴上的焦点，不是因为他的吉他弹唱（虽然确实好听），而是因为他在人类基因组计划中所发挥的引领作用。三年前，也就是2000年的6月26日，时任美国总统克林顿在白宫举行的记者会上郑重宣布，人类基因组计划草图绘制完成，时任英国首相托尼·布莱尔也以卫星视频的形式参会。招待会上，备受瞩目的除了柯林斯和他领导的由国际公共基金资助的人类基因组计划，还有一家名为塞雷拉[33]的私人公司。1998年是国际人类基因组计划启动的第8年，同年，塞雷拉公司成立并宣布其将利用最新技术在3年内完成人类基因组的测序工作，一场人类基因组测序的公私对决就此打响。克雷格·文特尔[34]率领下的塞雷拉与人类基因组计划国际公共团队势均力敌，最终打成了平手—双方同时宣布人类基因组工作草图绘制完成。

一些人可能会说，此时庆祝还为时过早，毕竟这一基因组序列中还有很多的裂口—不少于150000个，而且还有至少10%的序列缺失。事实上，2003年4月14日，中、美、日、德、法、英6国科学家才联合宣布，人类基因组计划的测序工作全部完成；然而，即使那时的基因组序列仍有许多裂口。到2004年，情况有了很大的改善，但仍有341个裂口亟待填补。时至今日，这项庞大的工程也没有完全完成。

尽管如此，在2000年首次宣布的时候，一份较为完善的工作草图已经诞生了。说句公道话，这也确实符合当时宣布的“人类基因组计划草图绘制完成”。对大多数研究人员来说，这份草图的意义在于，他们可以通过查阅这些数据获取某个他们感兴趣区域的详细信息，并且大多数情况下都能找到答案。那确实是一个激动人心的时刻，但对于我们这些临床一线的医务工作者来说，这份基因序列的意义似乎还不得而知。

那要从2001年末的一天说起，那天，我们部门收到了一份包裹。塞雷拉公司为我们免费寄来了一张存有人类基因组的光盘。我们兴冲冲地拆开包裹，将光盘放入电脑，准备一探究竟。但是，很快我们便放弃了，因为我们根本无法解读这些信息，更不用说将其与我们的病人联系起来了。事实证明，人类基因组数据从产生到普遍应用于遗传病的诊断和临床治疗，耗费了十多年的时间。如今，我每周都要访问无数次由加州大学圣克鲁兹分校创立和维护的基因组数据库（UeBrowser）。可以说，没有它我就无法工作。

那么，基因组里有什么？我频频浏览加州大学圣克鲁兹分校的数据库又到底是为了找什么呢[35]？

你还记得从草莓里提取出来的白色黏稠物吗？它由四种不同的化学物质组成，分别是腺嘌呤、胞嘧啶、鸟嘌呤和胸腺嘧啶，首字母分别是A、C、G、T，它们被统称为“碱基”。碱基大多数时候都以碱基对的形式存在，这是因为DNA通常为双螺旋结构，人类基因组含有约30亿个碱基对。这种双螺旋由两条单链组成，它们互为补充。一条链上的A与另一条链上的T配对，而C则与另一条链上的G配对，所以双螺旋结构是这样的：

这两条链的方向是相反的，DNA有特定的转录方向。这一方向与其被复制和翻译以合成蛋白质有关。与“GATTACA”形成互补的链会被细胞解读为“TGTAATC”，而非“CTAATGT”。

让我举一段自己最喜欢的基因组—TBX20基因的一部分，我取得博士学位它功不可没。如果以相同的字距打印在A4纸上（单面打印），你要用781250张纸才能打印出完整的人类基因组。如果每张纸的厚度是0。1毫米，你需要一沓78米厚的纸，大致相当于悉尼歌剧院和自由女神像的平均高度。当然，如果没有一把关键的钥匙，这就是一大堆毫无意义的字母罢了。一旦掌握了这把钥匙，这沓纸揭示的就是无尽的科学财富。

那么，这把钥匙究竟是什么？基因组里又暗藏了什么玄机？事实证明，破解基因组奥秘的钥匙远远不止一把。其实，我们的DNA诉说着很多故事，关键是你能不能读懂。

正如前一章中所述，我们体内的染色体是成对存在的。这是因为你有一半的遗传信息来自你的母亲，一半来自你的父亲。同理，你也会把一半的遗传信息传给你的每一个孩子。你的1号染色体一条来自母亲，一条来自父亲，其余22对染色体都可以以此类推下去。1号染色体是人类染色体中最大的一条，它含有近2。5亿个碱基对，其上的基因数超过2000个。最小的是21号染色体，含有不到5000万个碱基对，只有几百个基因。不起眼的Y染色体比21号染色体长一点，但只有约50个基因。

在我们的细胞核外其实还有一些DNA，这便是我们的第二基因组，一个很小的基因组（它仅由16569个碱基对组成，共包含37个基因）。它存在于一种叫线粒体的结构中，这一点之后会详细介绍。

基因这个概念你一定不陌生，毕竟基因组中最有名的就要数基因了。正如我之前解释的那样，基因的作用就相当于一张蓝图，告诉细胞如何合成蛋白质。你体内的一切生命活动都离不开这些蛋白质的参与。在人类基因组中，这种指导蛋白质合成的基因只占约1%—2%。

剩余的基因中到底有多少真正发挥作用，目前众说纷纭。其中一些非编码DNA肯定是有用的，而且扮演着重要的角色，着丝粒就是个很好的例子。它位于染色体的腰部，在细胞分裂中发挥着指导染色体运动的重要作用。正是由于着丝粒的存在，染色体才能够正常分离并均匀分配到两个子细胞中。如果这一环节出错，后果将不堪设想。在染色体的末端还有一种叫端粒（telomere）的结构，相当于给染色体戴上了“保护帽”。你应该听过伯纳德·布雷斯劳的那首关于脚的歌《你需要双脚》，其中有句歌词是：

你需要双脚穿上袜子

以保护它们不被磨破

染色体当然不会穿袜子，但就像你的双脚一样，它们的“脚”也怕磨。随着年龄的增长，你体内染色体的端粒本身也会有一些“磨损”，会随着细胞分裂次数的增加而逐渐变短。很多癌症都会伴随端粒的明显缩短，有时端粒甚至会完全消失，使得染色体的末端**在外，极易受到损伤。令人费解的是接下来发生的事：细胞发生癌变的过程中，它们染色体的端粒会“重获新生”。这是癌细胞得以“永生”的一部分原因。