“垃圾DNA”是垃圾吗？

    如果说人类基因组计划是为了精确地撰写生命之书，那么当2003年这个堪比曼哈顿计划和阿波罗登月的工程收工时，科学家们却发现，他们仍然看不懂基因这本谜一样的“天书”。于是同年9月，一项名为“DNA元件百科全书”（ENCODE）的庞大“解密计划”正式开展。历时9年，耗资1.5亿美元，来自5个国家32个科研机构的442名科学家，终于在2012年9月5日，以在著名学术期刊Nature，Genome Biology和Genome Research上同时发表30篇论文的方式，向世人展示他们的研究成果，宣示这一生命科学领域国际合作项目的完成。他们研究的对象，是那些曾经被认为没有生物意义的“垃圾DNA”。

    1972年，遗传学家Susumu Ohno提出了“垃圾DNA”的概念，用来形容那些基因组上没有生物学意义的非编码DNA序列。由于当时的科学家普遍认为蛋白质才是决定生物性状的关键，而且也没有一种好的理论和技术手段来解释这些“垃圾”存在的原因，于是“垃圾DNA”这一观念逐渐根深蒂固，并影响着人们对于基因组的认识与研究工作。

    然而，当人类基因组计划完成时，人们发现人类的全基因组包含了超过30亿个碱基对、大约20000个基因。但奇怪的是，即使把所有基因的序列加起来，也只有全基因组长度的1.5％！难道这1.5％就能解释同卵双胞胎的差异，就能帮助人们找到各种疾病的原因？难道人类基因组中其他的98.5％都是垃圾——这就像一部100分钟的电影，98.5分钟都是广告。

    于是，科学家们开始重新审视传统观点：或许“垃圾DNA”并不是我们原以为的那样无用。通过ENCODE，科学们发现多达400万个基因开关和功能调节因子，它们占据着大约20％的基因组序列。这强烈地冲击了“DNA序列=生物性状”的传统观点：想象一下，每个基因对应着差不多200种各类型的调节方式，而不同的调节方式又决定着生物性状的差异，那么真正影响生物性状的，或者说生物精髓的，就不该是DNA序列，而是那些丰富的调节方式。

    有人认为，传统的基因概念已经过时，应该重新定义为那些具有生物意义的转录本。著名的科普刊物《科学美国人》甚至宣称，“垃圾DNA”是一种“邪恶”的观念，迟滞了人们的基因组学的研究。

    也正是随着ENCODE的完成，一些长期困扰科学家的疑惑，得到了较为合理的解释，比如在生物医药领域。以前生物医药研究的重点在于寻找致病基因，虽然科学家们的确发现了这样一些基因，也解释了一些疾病的机理，可几十年来收效甚微。这让科学家们疑惑不已，他们或怀疑是技术手段的缺陷，或是筛选的样本不够充分，甚或是新的基因没有被发现。但与此同时，人们发现，同一种治病手段用在不同的人身上，效果并不一样，甚至会截然相反。这种差异往往被解释为环境和遗传共同作用的结果，然而环境又是如何去影响、调控机体的？没有理论和机制去解释。

    ENCODE的成果，为解决这种困惑提供了新的思路——疾病的发生，也许并不是某些基因的缺陷，而是复杂的调控网络出现了紊乱；人与人个体的差异，恰恰也是源于这种调控网络间的差异。因此，同一种手段去干扰这种网络，自然会得到不同的结果。伴随着这种机制的逐渐揭示，个体化医疗也将必然走近人们的视野中，传统的医疗模式或许将被逐渐淘汰，代之以个体医疗模式，疾病预测和治疗手段也将更加个性化、精确化。

    应该说，ENCODE已经颠覆了我们的传统思维，将我们带入了一个新的基因组时代。但我们仍需摆正心态，客观地观察判断。

    ENCODE的完成仅仅说明80％的基因组可能有生物功能，但还没有完全弄清楚它们的机制，更不用说那剩下的20％究竟有何意义。而且，也有证据指出，敲除部分序列的小鼠仍然能够健康地长大。所以，我们仅仅可以知道，“垃圾DNA”也许不是“垃圾”，而不能说“垃圾DNA”根本就不存在。所以现在还不是欢呼雀跃的时候，应冷静地面对、分析这些宝贵的数据，真正地吃透、掌握、理解并最终运用生命这部“天书”，为人类生命科学研究作贡献。那种融资、量产数据、堆砌数据的模式，才是生命探索之路上真正的悲剧。

    （由多米诺基因科普协会提供）