DNA的專業(yè)“裝修工程隊(duì)”

易白

DNA是生命的遺傳物質(zhì)，如果DNA不斷出錯(cuò)，生命將會(huì)被各種疾病所困擾，生命也將難以延續(xù)下去。2015年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的3位獲獎(jiǎng)?wù)咦屛覀儾槐剡^于擔(dān)心，因?yàn)樯穷B強(qiáng)的，細(xì)胞內(nèi)自有一套修復(fù)DNA損傷的特殊法寶。這3位科學(xué)家分別是瑞典生物化學(xué)家托馬斯·林達(dá)爾、美國(guó)生物化學(xué)家家保羅·莫德里奇、擁有美國(guó)與土耳其雙重國(guó)籍的生物化學(xué)家阿齊茲·桑賈爾。

DNA其實(shí)很脆弱

30多年前，科學(xué)界曾認(rèn)為DNA是非常穩(wěn)定的分子，在某個(gè)生物的一生中都不會(huì)發(fā)生變化。然而，科學(xué)家很快就發(fā)現(xiàn)，DNA其實(shí)很容易受傷。

就以我們?nèi)梭w而言，細(xì)胞內(nèi)的DNA每天受紫外線輻射以及自由基和致癌物的影響而受損。即使沒有這些外部“攻擊”，基因分子內(nèi)部也不穩(wěn)定，一個(gè)基因組每天都會(huì)發(fā)生數(shù)以千計(jì)次的自然變化。此外，人體每天都在進(jìn)行數(shù)百萬次的細(xì)胞分裂，基因被復(fù)制時(shí)也有可能會(huì)出現(xiàn)缺陷。

受傷了，怎么辦

盡管如此，人類的基因并沒有因此而變成一堆亂碼，它們都還是乖乖地在人體內(nèi)保持完整狀態(tài)。這是因?yàn)榧?xì)胞內(nèi)有一個(gè)負(fù)責(zé)監(jiān)控并修復(fù)DNA的“工程隊(duì)”，無時(shí)無刻不在發(fā)揮作用。

細(xì)胞內(nèi)用來修復(fù)DNA的“工程隊(duì)”由不同的蛋白質(zhì)組成，它們始終監(jiān)控著這些基因。一旦DNA出現(xiàn)損傷，它們就立即進(jìn)行修復(fù)。但有時(shí)候，“工程隊(duì)”并不能完全消除DNA的損傷，只能使細(xì)胞忍受這種損傷而繼續(xù)生存。

細(xì)胞對(duì)受傷的DNA有很多種修復(fù)方法，3位獲獎(jiǎng)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了其中3種不同的方法。

托馬斯·林達(dá)爾在實(shí)驗(yàn)中把DNA單獨(dú)提取出來后，發(fā)現(xiàn)它根本沒有人們想的那么穩(wěn)定。此后，他又發(fā)現(xiàn)細(xì)胞里有一種蛋白質(zhì)，專門尋找一種特定的堿基錯(cuò)誤。找到錯(cuò)誤后，就簡(jiǎn)單粗暴地把它從DNA的鏈子上切掉，這種修復(fù)叫“堿基切除修復(fù)”。

我們都知道，DNA是雙鏈結(jié)構(gòu)，它在復(fù)制的過程中會(huì)拆成兩條，各自作為模板形成新鏈條。但復(fù)制的過程中難免會(huì)出錯(cuò)，導(dǎo)致兩邊的堿基對(duì)不上號(hào)，相當(dāng)于給鎖配錯(cuò)了鑰匙。細(xì)胞是如何處理這種DNA錯(cuò)配的呢？莫德里奇發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞會(huì)對(duì)DNA的鏈條進(jìn)行標(biāo)記，蛋白質(zhì)可以憑借這個(gè)標(biāo)記來判斷哪條是舊有的，哪條是新加的，從而知道該去修復(fù)誰，這種修復(fù)叫“錯(cuò)配修復(fù)”。

桑賈爾對(duì)DNA的興趣是被一個(gè)特別的現(xiàn)象所激發(fā)的：細(xì)菌經(jīng)致命的紫外線照射之后，如果再用可見藍(lán)光照射，它們突然就能死里逃生。隨后，他發(fā)現(xiàn)把DNA從紫外線傷害中解救出來的功臣是光解酶，這個(gè)過程被稱為“核苷酸切除修復(fù)”。

DNA修復(fù)意義重大

DNA修復(fù)的秘密，不僅讓人們更了解細(xì)胞的運(yùn)作機(jī)制，還為了解一系列遺傳病的分子成因、癌癥和衰老的發(fā)生機(jī)制提供了知識(shí)。研究DNA修復(fù)是探索生命的一個(gè)重要方面，而且與軍事醫(yī)學(xué)、腫瘤學(xué)等密切相關(guān)。

有了DNA修復(fù)的相關(guān)知識(shí)，我們可以主動(dòng)、有效地避免致癌物，如適時(shí)采取各種防曬措施。同時(shí)，還可以通過基因檢測(cè)篩查，診斷遺傳性腫瘤，早診斷早預(yù)防早治療。還可以通過產(chǎn)前檢查，阻斷基因缺陷傳給后代。