基因能決定我們的一切嗎?

2020-12-05 熱愛思考的科學家

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「橘生淮南則為橘,生為淮北則為枳。」雖然是擁有相同基因組的橘子,但生長的環境不同,長出的果實也不同。其實,不光是橘子。同卵雙胞胎的基因是完全相同的,但由於兩個孩子生長的環境不同所以長大後的身高、體重甚至樣子都會不同。在排除了基因突變的情況後,生物學家們認為是後天環境影響了基因的表達,這種影響被稱為表觀遺傳學。

環境的差異使相同基因的雙胞胎長相不同

什麼是表觀遺傳學呢?就是在基因也就是DNA序列不變的情況下,外在環境對生物性狀的調節。這種調節通過DNA甲基化、基因沉默和RNA編輯等方式影響基因的表達,也就是DNA的轉錄和翻譯。中心法則認為DNA轉錄為RNA翻譯為蛋白質,而蛋白質決定了生命體的種種特徵。然而,表觀遺傳學的提出改變了DNA決定性狀的說法,認為基因自身不能完全決定個體的宿命。

轉錄和翻譯水平的調節為表觀遺傳學

下面,我來介紹幾種常見的表觀遺傳學調控方式。

1.DNA甲基化:在DNA甲基化轉移酶的作用下,s一腺苷甲硫氨酸提供的甲基可以修飾細胞核的DNA序列。被修飾的核苷酸增加了甲基基團後空間結構發生改變,導致該片段的基因無法表達。

甲基化後核苷酸的結構發生改變

2.RNA編輯:mRNA的核苷酸序列可以通過插入、替換和刪除某個鹼基而改變所翻譯出的蛋白質。比如一開始DNA轉錄的mRNA為CAA,經過RNA編輯後變成了UAA,最後根據mRNA翻譯出的蛋白質也會改變。這種RNA編輯受環境的影響,不同條件下的編輯結果各不相同。

RNA編輯後蛋白質翻譯提前終止

3.RNA幹擾:細胞內除了mRNA外,還有一些不能被翻譯為蛋白質的長度較短的RNA,被稱為小RNA(siRNA, small interference RNA),如miRNA。這些RNA可以和成熟的mRNA相結合從而幹擾其轉錄和翻譯。

miRNA使mRNA和翻譯的蛋白質降解

表觀遺傳學具有顛覆性的意義,因為它打破了傳統生物學的觀點:即基因決定形狀,而是基因與環境的相互作用共同決定了生物現在的樣子。也就是說,我們雖然很難改變自身的DNA,但我們可以通過飲食、生活習慣等方式影響基因的表達。這種後天的生活方式的改變可以讓對自身不利的基因如致癌、引起自身免疫病的基因不表達或減少表達,從而使自己更健康。

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