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AG百家乐路子 Cell: 在“中心规定”除外, 或存在另一套深沉的人命规定

发布日期:2024-04-09 20:27 点击次数:105

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.

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