斯坦福科学家日前在Cell杂志上发表著述，提议了一个全新的主见——“细胞规定”。作家斗胆联想：将来的生物学商讨也许不仅要照应基因和卵白质，更要交融细胞中的信息流。这不仅有助于解答人命的基本问题，还可能为医学、合成生物学等领域带来冲破性进展。
撰文|顾舒晨
“咱们的躯壳究竟由什么组成？”这个问题在生物学领域一直是个不朽的谜题。
“基因决定一切”的说法人人大约并不生分。基因佩戴着遗传信息，按照“中心规定”指导卵白质合成。卵白质手脚人命步履的主要本质者，庸俗参与细胞内种种人命步履。正因如斯，包含繁多基因的DNA显得至关垂危，仿佛人命的通盘隐私都赋存在其双螺旋结构之中。但人命的真相，果真如斯通俗吗？
自DNA双螺旋结构被发现、第一个卵白质结构细目以来，科研东谈主员如故能够从原子层面解释诸多分子机器的运作机制。但跟着基因组测序时期的练习，咱们冉冉理解到，人命的复杂性远不啻于此。如今，咱们如故完成了通盘主要方法生物的完满基因组的测序，发现了特出2.5亿个基因，并如故细目了20万个卵白质的结构。联系词，即便在分子层面获取了重要进展，东谈主们依然无法都备交融这些基因和卵白质是怎样协同责任，进而组成人命的最小不可分割单元——细胞。
近期，斯坦福大学的科学家斯蒂芬·R·奎克（StephenR.Quake）在顶级期刊Cell上发表了一篇著述，提议了一个全新的主见——“细胞规定”（TheCellularDogma）[1]。这篇著述不仅为东谈主们理解人命提供了新视角，还指明了将来生物学商讨的垂危标的：从细胞中的信息流探索人命的隐私。
从“中心规定”到“细胞规定”：探寻人命信息的种种性
“中心规定”是分子生物学的核情态论之一，由弗朗西斯·克里克（FrancisCrick）在1958年提议。它姿色了细胞中的信息流，即遗传信息在生物体内的传递标的，即从DNA到RNA，再到卵白质。通俗来说，即是DNA通过转录生成RNA，RNA再通过翻译合成卵白质，而卵白质则是本质细胞功能的主要分子。
“中心规定”的提议意旨不凡，不仅揭示了人命的基本运作机制，也为后续的基因工程、基因组学等领域的冲破奠定了基础。该规定提议之日，恰是分子生物学刚刚起步之时，科学家们正试图交融细胞中单个分子的功能和它们的生成旨趣。这一规定在那时宛若一盏明灯，照亮了分子生物学的清晨。
不外，跟着科技的越过，尤其是基因组学和单细胞时期的迅速发展，咱们冉冉理解到，细胞中的信息流远比“中心规定”所姿色的复杂得多。以逆转录病毒（如HIV）为例，它能借助逆转录酶将RNA基因组逆转录为DNA，并整合到宿主细胞基因组中，这种从RNA到DNA的信息流与“中心规定”的标的都备违犯[2]。还有一些RNA病毒（如流感病毒、SARS-CoV-2）的RNA基因组不错通过RNA依赖的RNA团员酶（RdRP）径直复制RNA，而这种信息流都备绕过了DNA[3]。此外，表不雅遗传修饰（如DNA甲基化、组卵白修饰）能在不更正DNA序列的情况下影响基因抒发，何况这些修饰未必会在细胞鉴别时传递给子代细胞[4]。这些表象都充分体现了细胞中信息流的复杂性和种种性。
受克里克“中心规定”的启发，奎克在著述中提议了一个斗胆的联想：将来的生物学商讨也许不仅要照应基因和卵白质，更要交融细胞中的信息流，他将这一挑战称为“细胞规定”。同期，奎克还提议了一系列值得探索的问题，举例基因组怎样编码细胞信息？不同细胞类型是怎样进化而来的？东谈主工智能能否助力咱们交融细胞中的信息？这些问题不仅对基础生物学商讨意旨重要，还可能为医学、合成生物学等领域带来立异性冲破。
基因组的奥密：信息远不啻于DNA
时时，东谈主们会把基因组看作人命的“证实书”，觉得其中详备记载了构建和开动生物体的通盘提醒，这些信息都存储在DNA的碱基对中。联系词，本色情况并非如斯通俗。如今，科研东谈主员如故完成了多数生物的基因组测序，以致能够展望卵白质结构，但仍然无法仅凭基因组序列，径直判断一个生物体的细胞类型。
早在25年前，大肠杆菌（E.coli）的基因组就已完成测序，但直到当今，东谈主们仍不显然其大多数基因的调控机制。部分原因在于基因组是带有表不雅遗传化学修饰的分子，而这些修饰并未在基因组序列中体现。这就好比东谈主们诚然理解了基因的“字母”，却还莫得掌捏它们的“话语”。
更复杂的是，基因组自己并不是孤苦存在的。它被包装在染色质中，染色质的化学修饰和物理景象的变化也会影响基因的可及性。基因组包含的DNA序列，除了编码卵白质的基因，还有调控基因抒发的非编码区域。DNA怎样通过特定的碱基陈设存储遗传提醒，以及这些提醒怎样被细胞解读和本质，都是交融细胞信息流的枢纽。此外，基因组序列仅仅细胞信息的一部分，细胞中的RNA、卵白质、代谢物等其他化学物资也传递着垂危信息。一些非编码RNA（如miRNA、lncRNA），诚然并不会被翻译成卵白质，但也参与基因抒发的调控[5]。前边提到的表不雅卵白修饰能够储存和传递信号，细胞代谢物则能反应细胞景象，参与细胞功能调换[6]。因此，商酌基因组序列编码的信息量，以及细胞中其他化学物资的信息存储表情，是极具价值的商讨标的。
多细胞生物的隐私：从单细胞迈向复杂人命
若是说单个细胞的信息流如故弥散复杂，那么多细胞生物的信息流则更是宛如一场精密的交响乐。当生物体从单个细胞发育为多细胞完通盘这个词体时，细胞之间需要密切配合，通过发送和秉承信号调和各自步履。诚然科研东谈主员如故了解到很多信号分子（如肽、受体、配体等）在细胞通讯中推崇着垂危作用，但关于这些信号怎样协同责任，进而指导单细胞发育成复杂多细胞生物，Ag百家乐时间差仍然莫得都备弄显然。
比如，有的细胞会告诉它的邻居们：“我要造成腹黑细胞了，你们也赶紧造成血管细胞吧！”这种通讯依靠卵白质、激素等极度分子终了。但现时，东谈主们并不都备显然这些信号是怎样被精确终结的，也不解白细胞为何能在正确的时刻和所在作念出稳妥反应。
现时，科学家们已通过实验方法创建了单细胞转录组图谱，这些图谱展示了每个细胞类型中抒发的基因的mRNA数目，为咱们提供了慎重的参考，但咱们却发现基因组序列并不成都备展望多细胞生物的细胞类型。神经元、肌肉细胞、上皮细胞等不同类型的细胞，虽领有相易的基因组，但基因抒发方法却迥乎不同。不外，诚然基因组序列不成径直展望细胞类型，但它照旧为展望提供了基础。
跟着时期握住越过，将来大约能通过整合基因调控网罗、表不雅遗传数据和单细胞组学等新时期的信息，仅依据重生物的基因组序列展望其细胞类型。这也激励了一个意思意思的联想：若是基因组序列不及以界说细胞类型，那将是一个颠覆性的发现，意味着除了DNA，细胞中的卵白质、代谢物等，其他分子也可能佩戴枢纽信息。
进化与发育经过中的信息流：多细胞生物的发源与进化
多细胞生物中存在很多不同的细胞类型，细胞类型就像是生物体的“器用箱”，不同的器用（细胞类型）负责不同的任务。比如，肌肉细胞负责领略，神经细胞负责传递信号。但令东谈主敬爱的是，这些“器用”在进化经过中是怎样演变的呢？鱼类的鳍和东谈主类的手外形相反强大，它们是否由一样的细胞类型演化而来？互相之间又存在怎样的关系？也即是说，细胞类型之间的关系能否揭示生物体节约单到复杂的进化历程？趋同进化（不同物种清静进化出一样结构）是否依赖相易的细胞类型？对这些进化经过中信息流的商讨，不仅有助于深化了解进化生物学，还可能为合成生物学提供新念念路。若是能够露出细胞类型的进化关系，大约就能打算出新的细胞类型，以致创造出全新的生物结构。
更令东谈主惊叹的是，多细胞生物的发育经过具有很强的可塑性。科学家曾将胚胎的一部分移植到另一个胚胎中，生物体依然能够日常发育。这种抗扰动的踏实性标明，细胞之间的信息流具有高度冗余性和活泼性。只须胚胎的枢纽信号中心（如胚胎的组织者区域）未被破碎，胚胎时时就能日常发育。深化商酌这种信息流的机制，将为东谈主们揭示人命的更多隐私。
东谈主工智能与细胞信息流：开启将来但愿之门
在东谈主工智能和机器学习旺盛发展确当下，这些时期在交融细胞信息流方面展现出强大后劲。跟着时期握住越过，东谈主们有契机构建模子来捕捉细胞里面和细胞之间的信息流。事实上，东谈主工智能在卵白质结构展望领域如故获取显耀效用，AlphaFold名堂即是很好的例证。将来，雷同时期大约能匡助东谈主们交融细胞景象的变化，以致打算出新的细胞类型。
借助东谈主工智能大模子，咱们以致不错将细胞的通盘可能转录景象视为一个高维空间，而其中唯唯独小部分代表了细胞本色不错达到的生物景象。通过覆按话语模子，有望学习到这些可达到的细胞景象的“流形”，并运用这些模子打算合成生物学方法，创造出工程细胞景象。
人命的密码，依然恭候着破解
自19世纪细胞学说建树以来，东谈主类对细胞的探索从未罢手。资格了深化商讨基因的“基因世纪”后，如今似乎正迎来聚焦细胞的“细胞世纪”。细胞，不仅是人命的基本单元，亦然将来医疗立异的中枢。
交融细胞中的信息流，不仅有助于解答人命的基本问题，还可能为医学、合成生物学等领域带来冲破性进展。将来十年，跟着基因组学、单细胞时期和东谈主工智能不绝发展，生物学有望迎来又一次重要立异，而这场立异的枢纽，大约就笼罩在细胞中的信息流里。
人命的密码，正恭候着东谈主们去破解。
（本文审核人人：沈阳药科大学曹家庆副诠释）
参考府上
[1]QuakeSR（2024）.Thecellulardogma.Cell，187(23):6421-6423.
[2]Temin，H.M.，&Mizutani，S.(1970).RNA-dependentDNApolymeraseinvirionsofRoussarcomavirus.Nature，226(5252)，1211-1213.
[3]Baltimore，D.(1971).Expressionofanimalvirusgenomes.BacteriologicalReviews，35(3)，235-241.
[4]Allis，C.D.，&Jenuwein，T.(2016).Themolecularhallmarksofepigeneticcontrol.NatureReviewsGenetics，17(8)，487-500.
[5]Bartel，D.P.(2004).MicroRNAs:genomics，biogenesis，mechanism，andfunction.Cell，116(2)，281-297.
[6]FiehnAG百家乐路子，O.(2002).Metabolomics—thelinkbetweengenotypesandphenotypes.PlantMolecularBiology，48(1-2)，155-171.
