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小核糖核酸寡核苷酸挑战DNA
年末，美国《科学》杂志评出年度十大科技科学成就，关于小核糖核酸（寡核苷酸）的研究成果再次入围，该项研究已经连续数次获得《科学》“年度十大科技突破”称号。小核糖核酸（寡核苷酸）在生命科学领域扮演着越来越重要的角色，科学家们希望能够借助它的力量治疗恶性疾病并更好地控制基因表达。 从“配角”到“主角”人类对遗传基因的研究已经进行了上百年，一直以来，科学家们的目光无不专注于脱氧核糖核酸（DNA）的研究领域。然而上世纪90年代以来，以往并不受重视的核糖核酸（RNA），尤其是短链的小核糖核酸（寡核苷酸）（miRNA），开始展现自身的价值。年对于核糖核酸的研究进展被美国《科学》杂志评为重大科技突破；年“RNA干扰”作为当年最重要的科学研究成果之一，再次入选“十大科技突破”；年对于小RNA的研究更是荣登“十大科技突破”榜首；去年小核糖核酸（寡核苷酸）的研究第四次入选“十大科技突破”，排在第四位。北京大学生物化学及分子生物学系原系主任朱圣庚教授指出，对于小RNA的研究连续多年被评为重大科技突破，足以看出国际学术界对其研究的重视。在生命科学的舞台中，RNA已经逐步摆脱了DNA光芒的掩盖，从“配角”变成“主角”，并且对DNA的中心地位提出了新的挑战。年美国学者吉尔博特（W?Gilbert）提出“RNA世界”的假说，认为生命起源时最早出现的是RNA。专家介绍，在生命发育的最初期，蛋白质根据DNA储存的遗传信息合成，同时DNA的合成需要蛋白质作为酶来催化复制，两者不能相互脱离。那么最先出现的是蛋白质还是DNA？这就好像鸡与蛋之间的关系。吉尔博特指出，RNA既能像DNA一样携带遗传信息，又能像蛋白质一样起催化功能，就是说RNA兼有DNA和蛋白质的功能———能够自我复制，又能遗传信息，所以科学家们推测在生命起源早期，首先出现的是RNA。年科学家发现，一小段RNA可以关闭线虫体内的基因，这与早前发现的，一些RNA小片段能使植物基因处于关闭状态的基因抑制现象十分相似；随后，又在老鼠和人的体细胞中发现了类似的RNA干扰现象。分子生物学家们认识到，这种RNA干扰对研究基因功能可能有非常重要的价值。年针对核糖核酸的进一步研究表明，一些长度较短的小核糖核酸（寡核苷酸），能够对细胞和基因的很多行为进行控制，如打开、关闭多种基因，降解一些不需要的信使RNA。其中最令人兴奋的发现是，小核糖核酸（寡核苷酸）在细胞分裂过程中也能发挥重要的控制作用，可以指导个体的发育和分化。继发现长度较短的核糖核酸能调控基因表达之后，年科学家们继续专注于小RNA如何协调细胞习性的研究，正在探索如何利用小核糖核酸（寡核苷酸）的本领来对付疾病。有关专家指出，这一领域的研究发现可以为操作干细胞分化提供新工具，并且可以用于探索治疗癌症等由于基因组错误所导致的疾病的新方法。 不只是“信使”长期以来科学家们从事生命科学领域的研究，寻找生命核心的遗传材料。人们最终发现从细菌到最高级的生物———人类，其生长所需的全部命令和信息都储藏在DNA这个密码库里，脱氧核糖核酸理所当然地成为了生命科学领域的明星；而核糖核酸好像“灰姑娘”一样一直遭受冷落。RNA被认为是“信使”和蛋白质合成的“模板”，不断忙碌着，按照DNA的命令，把氨基酸合成蛋白质，构造生命的基础。朱圣庚教授指出，越来越多的研究成果显示，RNA的作用被人们小看了，它不光是遗传的“信使”，在某种程度上也扮演“纠错者”和“控制者”的角色，DNA携带的遗传信息经由RNA才得以表达。在对于核糖核酸的研究中，“RNA干扰”的发现具有重大意义。朱教授介绍，RNA干扰现象最早是在线虫体内发现的：长度在20多个核苷酸的RNA能够与控制发育程序的一些蛋白质mRNA互补，抑制其翻译功能。随后科学家们发现，大小在22个核苷酸左右的RNA广泛存在于所研究的各种生物中，这种被称为小RNA的核糖核酸也能够与蛋白质形成复合物以影响基因活性，调节细胞的基因表达。专家介绍，生物在生长发育过程中，基因表达的时间和空间程序的控制，通过小RNA进行调节，一些能够控制生物生长发育的蛋白质mRNA也受到小RNA的调控。朱教授指出，小RNA的发现极大丰富了对RNA在基因表达调控中重要性的认识。他认为，基因好像一个藏有丰富资料的图书馆，各种图书资料都储存在里面，RNA的作用正是把这些图书资料的信息整理出来，用于指导实践活动，所以是RNA对基因的解读控制着生物的生长、发育、分化这些过程。 “关闭”有害基因在对核糖核酸的不断深入研究中，科学家们发现，某些小RNA分子能够通过引导基因打开或者关闭来决定细胞的命运。朱圣庚教授指出，各种疾病总是和某些基因的活动有关，我们了解了RNA对基因表达的调节、控制，就可以通过它干扰、影响这些基因的活动，从而达到对疾病预防和治疗的目的。专家介绍，在植物实验中，人们发现双链RNA能够阻止引入到植物中的外来基因的表达，而且使植物中原有的相同基因受到抑制，引起“基因沉默”。“基因沉默”是外来基因引起植物自身的反应，RNA干扰的机制与此相似。朱教授解释说，在一些异常情况下，例如外源基因进入细胞，病毒入侵，或者是自身合成RNA中出现错误，细胞内就会产生双链RNA，来阻止这些异常基因的表达。在这里双链RNA成为一种信号，双链RNA产生后，就会引起细胞抑制异常基因的表达，使机体借以将异常基因消除，因此RNA干扰又被称为基因组的免疫。朱教授进一步指出，RNA干扰实际上是一种核酸免疫，与抗原抗体的免疫机制相类似，外来的核酸或自身不正常的核酸产生，就会出现双链RNA，从而引起RNA干扰，阻止有害基因的表达。专家介绍，近期的一些研究发现，细胞内不仅可以通过RNA干扰阻止有害基因的表达，与RNA干扰的作用机制相类似，细胞内还有一些小RNA在进行基因表达的调节。小RNA和RNA干扰的研究，将为人们控制某一特定基因的打开或关闭奠定基础。这一研究具有广泛的应用前景，科学家们认为它将掀起一场生命科学的革命。朱圣庚教授指出，如果我们了解一些基因表达调节的过程，利用细胞本身的这些功能，人为加以引导，可以通过小RNA对基因表达进行调节———促进有益基因表达而关闭有害的基因，这一研究将成为取得医学突破的新途径。专家表示，随着对核糖核酸研究的加深，已有一些RNA制品应用于农业和临床治疗中，但是这一技术真正应用于人类疾病的防治尚待时日，还需要科学家广泛深入和细致持久的研究。朱教授说，“目前小RNA对基因调节的研究正在实验室中进行各种探索，已经有许多出色的工作，但这些成果应用到临床也需要一定的过程：在实验室中成功的实验，可以逐步在动物身上做，进而过渡到临床，现在正处在这样一个逐渐深入的过程中。” 启动RNA组研究朱圣庚教授介绍，我们国家对于RNA的研究曾经一度处于世界先进水平。在上世纪60年代，生物学领域刚刚开始了解核糖核酸的结构和功能，我们就进行了对RNA的研究，所以在年，我国出色地完成了一种小分子RNA———酵母丙氨酸tRNA的全合成，而且这种人工合成的RNA分子具有生物活性，完成了全部的碱基修饰，其产率和活性是世界上最高的。朱教授进一步指出，目前在RNA研究领域，国内一些实验室的工作也十分出色，研究水平是国际一流的。据介绍，国内有一些非常优秀的科学家从事核糖核酸的研究，他们眼光很敏锐，所研究的课题领先国际，并且对RNA的应用研究也有许多成果。其中，上海生化所有关RNA的研究以及中山大学、武汉大学对于小RNA作用的研究等课题都有着卓越的成绩。但朱教授也指出，目前国内RNA的研究应受到更大的重视。虽然我国对于RNA的研究在某些方面曾领先世界，但目前总体来说还是十分薄弱的。随着基因组研究取得辉煌的成就，人们的注意力逐渐转移到DNA的研究中；在基因组的整个测序工作得到决定性的结果后，人们意识到仅仅研究DNA是不够的，还必须研究DNA的基因产物———蛋白质，所以蛋白质研究又重新活跃起来，科学家们提出了蛋白质组的研究计划；可是解读DNA遗传信息的关键分子RNA在我国却一直没有得到重视。朱教授说：“目前我们的研究是抓了两头漏了中间，DNA就像储存遗传信息的磁盘，RNA是磁盘信息的处理器，负责解读基因遗传信息，用于指导蛋白质的合成；这其中RNA作为中间环节，是基因遗传活动的核心，可是这一部分却被长期忽视。”据介绍，在上世纪80年代初，朱圣庚教授已经在实验室中分离出小RNA，并且证实它的长度就是在20多个核苷酸，可是这项研究工作没有受到足够的重视，由于研究经费困难，组织科研队伍也有局限，所以与小RNA的研究成果擦肩而过。朱教授认为，目前国内的RNA研究应尽快引起重视，落实相关的RNA研究项目，并应该在后基因组计划，蛋白质组计划后，尽快启动RNA组计划的研究，使我国的核糖核酸研究取得新的突破。链接：DNA与RNA：脱氧核糖核酸（DNA）是生物的遗传物质，在染色体上以双螺旋结构存在，科学家们把它的立体形状形容成“一座两边有扶手、绕着同一竖轴螺旋上升的楼梯”。DNA的每条单链由脱氧核糖、核苷酸和磷酸构成。磷酸“规规矩矩”地排在链上，而核糖则伸出一只“手”，将离开主链与邻链进行“社交活动”的核苷酸上的碱基紧紧握住，因此，每条核糖、磷酸主链上都向内以碱基和肽对着延伸，并互相连接，恰好形成了这个有双扶手楼梯的一级级“台阶”。核苷酸的碱基有四种，分别为胸嘧啶、腺嘌呤、鸟嘌呤和胞嘧啶，它们的功能之一就是与邻链的四种碱基进行有规律的配对：腺嘌呤与胸嘧啶，鸟嘌呤与胞嘧啶，绝无任何差错。这种功能决定了从亲代得到的遗传信息可以传递给每一个子细胞。核糖核酸（RNA）包括三类：核蛋白体核糖核酸（rRNA）、转运核糖核酸（tRNA）和信使核糖核酸（mRNA）。核蛋白体糖核酸是细胞中核糖体的组成成分，它参与蛋白质的合成过程，其分子为螺旋结构，与多种蛋白质分子共同构成核蛋白体的大、小两个亚基，如同两个大小不一的皮球。两个大小亚基的结合就是蛋白质合成的开始，蛋白质合成一旦终止，它就分离为独立的两个大、小亚基。转运核糖核酸是核糖核酸RNA中分子最小的一种，其作用在于转运某一特定的氨基酸分子到信使核糖核酸分子上，它基本是单链，但常自交成双股螺旋。信使核糖核酸的作用是从核内脱氧核糖核酸DNA分子上转录出遗传信息，经细胞核孔带到核外的核蛋白体上，作为合成蛋白质的直接模板，起到信使的作用。信使RNA分子中核苷酸的排列顺序，由DNA所决定。
