想像一下讓你複製一個圖書館，若要一個人做這事幾乎要永無止境了。你或許要叫上一些朋友，做個分類計劃，然後各個擊破。
當人類的細胞在每次分裂的時候，都將面臨複製60億個DNA（脫氧核糖核酸）字母的艱巨任務。然而，DNA的複製機制並不是逐條染色體慢慢複製，而是在多個起源點同時「發力」。一些區段可能比另一些更早或更晚得到複製。
來自哈佛醫學院、哈佛布羅德研究所和麻省理工學院的基因學家開展了一項新研究，他們發現，包括起源點位置和DNA片段複製順序在內的「複製時機」竟然因人而異。
11月13日《細胞》在線版發表了這一成果，該研究還確認了第一組由「複製時機」精心策劃的基因變異體。
隱藏的「複製時機」能影響基因突變率
「每個人的細胞都有複製基因的計劃，但並非所有人的複製計劃都一樣，這一點既讓人驚訝又引人入勝。」論文作者斯蒂文·麥卡羅爾說，他是哈佛醫學院基因遺傳學助理教授。
DNA複製是細胞進程中最基礎的機制，人與人之間的任何差異都可能影響基因遺傳，包括個體疾病風險和人類進化。
新研究指出，就目前所知，「複製時機」會影響基因突變率，DNA片段過早或過晚複製都可能引起更多錯誤，不同的「時機」會導致基因突變風險的不同模式。
麥卡羅爾的課題組發現，這個因果關係能解釋為什麼有些人更容易罹患白血病。
研究人員此前知道，一個名為JAK2的後天基因突變會導致這種血液癌症，他們還注意到，攜帶JAK2突變基因的人，在該基因附近存在一系列特殊的遺傳基因變異體，但是他們並不能肯定，遺傳變異體和新的突變之間具有何種聯繫。
「『複製時機』可能是遺傳變異體影響此後基因突變和疾病風險的一種方式，而我們通常認為這種方式發生得很偶然。」麥卡羅爾說。博士後研究員、第一作者阿曼·科倫說，「這是個出乎所有人意料的全新形式。」
全新方法反映出「真實的生物學規律」
麥卡羅爾和科倫等研究人員之所以取得這些發現成果，很大程度上因為他們發明了一種儲存DNA「複製時機」數據的新方法。原來，它就藏在人們的眼皮底下。
在此之前，要想研究「複製時機」，科學家需要煞費苦心地「讓細胞在幾周內成長，用特殊的機器對這些細胞進行分類，再做一個大型的、複雜的、昂貴的、費時的實驗。所有這些都是為了同時獲得幾個人的相關材料。」科倫解釋道。
研究人員探索了一個更簡便的方法。他們求助於一個「1000基因圖譜項目」，該項目包含了從世界各地幾百人身上採集的在線基因序列數據。
由於這個項目中的大多數DNA都已從積極分裂細胞中提取完畢，研究小組假設，「複製時機」的信息就隱藏在其中。
他們猜對了。他們計算了每個基因圖譜中單個基因的複製數量。因為較早得到複製的起源點所生成的基因片段數量比晚生成的片段多一些，這樣他們就能為每個人生成各自個性化的「複製時機」映射圖。
「人們之前看到過這樣的模式，但是因為基因組測序技術的落後而錯過了這些現象。」麥卡羅爾說，在進行了許多排除可能性的大量測試後，「我們發現，這種模式反映了真實的生物學規律。」
研究人員接下來用個人基因序列數據，比較每個人的「複製時機」差異是否與特殊基因變異體相匹配。從161個樣本中，他們確定了16個基因變異體。這些變異體很短，大多數也很普遍。
期待能窺見整個「冰山」的大型實驗
未來，在研究中會發現更多的變異體，研究人員在實驗室將會更熟練地掌控「複製時機」，還會搞清楚它是如何工作的，以及其在生物學中的重大意義。
類似的研究應該繁榮發展，「研究『複製時機』，現在需要做的就是培養細胞並對DNA測序，而現在很多人都在做。」科倫說，新方法「更簡單、更快捷、更省錢，我希望它能帶來一種變革，因為我們現在完全可以在更大範圍內搞大型實驗。」
「在基因序列數據中，我們發現了生物學信息。」麥卡羅爾補充道，「但這只是一個附屬的生物學實驗而已。想像一下，當我們和其他人真正設計了研究這一現象的實驗，並從中所獲取的結果吧。」
比如，變異體的位置臨近複製起源點，這讓研究小組想知道，通過改變一個人的起源點能否影響「複製時機」；他們還懷疑，變異是否是通過改變染色體結構來實現的以及為什麼會這樣；他們還想尋找控制「複製時機」的其他變異體。
「這16個基因變異體只是冰山一角。」科倫說。