一門新興的學科“表觀遺傳學”最近清除了遺傳學中陳舊的觀點。基因并非固定不變,它在一生中都可能發(fā)生變化。我們可以通過生活方式,比如飲食,“打開”或者“關(guān)閉”基因。由于基因?qū)е碌募膊】梢酝ㄟ^這種方法加以預防。甚至這些基因還能傳遞到下一代,乃至再下一代生命中去。

基因可以“打開”和“關(guān)閉”

人類的遺傳物質(zhì)有300億個基本組成部分,大約2.5萬個基因,此外還有總共長達2米的脫氧核糖核酸(DNA)。最近數(shù)年以來,越來越多的跡象顯示,許多基因的活動可能受到外部的影響:一些蛋白質(zhì)和DNA復合在一起,幫助酶到達自己位置,這些酶能讀出遺傳密碼。

當前分子生物學領(lǐng)域中,有了一個新的分支學科―――表觀遺傳學。表觀遺傳學研究的就是這種特征是如何作用的。表觀遺傳的記號不在DNA里面,而是分布在它的周圍。他們的作用就像一個“開關(guān)”,打開或者關(guān)閉基因。過去幾年里,表觀遺傳學家在這方面的認識上取得很大進步。他們越來越清楚,表觀基因?qū)】瞪矬w的發(fā)育起著和DNA一樣重要的作用。在研究中,表觀基因也更容易通過外部的影響改變。它給人最大的驚訝是:表觀遺傳信號會從父母傳遞給他們的后代。

這一新發(fā)現(xiàn)動搖了到目前為止關(guān)于遺傳學的認識,開始質(zhì)疑被普遍接受的觀點:DNA決定了我們的外表、性格和易患疾病。現(xiàn)在這種觀點已經(jīng)過時了。因為就算人們有一模一樣的基因,他們各自基因活動的模式經(jīng)常也是不同的,表現(xiàn)出他們各自特征的不同。

目前科學家正在深入研究,希望揭開表觀遺傳學的生化機制?？茖W家已經(jīng)了解到,酶和DNA的相互作用可以決定基因是否會變得活躍。不過,其中很多具體的細節(jié)還不為人所知。

酶能夠阻止癌癥發(fā)生

“生命一直在改變之中,”加拿大麥吉爾大學的藥學家莫什·斯奇夫說,“表觀基因就是機制,使我們適應這些變化。”斯奇夫第一次把表觀基因記號和疾病聯(lián)系了起來。如果控制細胞分裂的基因被“關(guān)閉”,那么癌癥就會發(fā)生。當他用一種酶制止了這個過程,腫瘤便不會生長。

這個過程也可以反過來發(fā)生,導致促進癌細胞的生長,其后果是災難性的。和基因的變化不同,表觀基因從理論上來說可以產(chǎn)生相反的變化。美國藥監(jiān)局已經(jīng)通過了一種應用這個原理的藥物,治療一種有生命危險的血液病。

綠茶阻礙腫瘤的生長

準確的診斷和有效的治療是一方面,更理想的是徹底杜絕疾病發(fā)生。一些研究者想辦法采取預防措施,保證表觀基因的完整。他們想到了綠茶。在動物實驗中,綠茶能夠阻止腫瘤在不同的器官里生長。有研究者發(fā)現(xiàn),綠茶含有的一種物質(zhì)能夠“打開”和“關(guān)閉”和癌細胞生成有關(guān)的基因?？茖W家們還發(fā)現(xiàn)大豆中的一種物質(zhì)也有類似的作用。

進一步的研究甚至還成功扭轉(zhuǎn)了幼兒早期的影響:一種物質(zhì)能讓容易害怕的小老鼠更能承受壓力,另一種物質(zhì)則能讓膽大的老鼠變得謹慎。這一結(jié)果第一次解釋了,為什么環(huán)境因素也能改變復雜的行為方式;而且說明,表觀基因不僅能在發(fā)育期間形成,也可以在此后的時間里成型。通過藥物或者營養(yǎng)物質(zhì),我們也可以在成年后“修改”表觀基因。加拿大麥吉爾大學的心理學家邁克爾·米尼說:“實驗證實了環(huán)境在生物發(fā)育中的重要性。”

相關(guān)鏈接 環(huán)境影響人類后代

倫敦兒童健康研究所的遺傳學家馬可·潘伯瑞假設(shè),如果營養(yǎng)充足的話,會對人體內(nèi)的性染色體X和Y留下遺傳痕跡。就像后來的分析顯示,這種效應要在下一代人身上顯現(xiàn)出來,必須取決于“時機”―――這個時機就是第一代人享受到充分營養(yǎng)時的年齡。

潘伯瑞的研究讓人猜想,一個人的營養(yǎng)、行為和環(huán)境條件對后代的健康有著不可忽視的影響,而且還能繼續(xù)下去。這意味著:考慮這一因素,我們必須為自己的孩子和孩子的孩子負起責任。與這一猜測相符合的是,現(xiàn)在流傳的一些疾病很可能是過去人類基因受環(huán)境改變影響的結(jié)果。

麥克爾·米尼還考慮到,表觀遺傳學還可能對社會留下后果。他想到,由于貧窮、生活過度勞累或者長時間的爭吵,孩子的認知能力可能受到影響。那么這些消極因素會不會遺傳給后代?

“我們開始在社會、經(jīng)濟條件和人類幼年大腦的發(fā)育狀態(tài)之間尋找某種因果關(guān)系,”米尼說。據(jù)他認為,兩者之間的關(guān)系十分緊密。

控制生物的新機制

表觀遺傳學幫助科學家打開了新的視野,讓他們看見了控制生物的新機制,使他們意識到,可以控制這個過程為人類所用。

直到不久前,以下這種觀點還被視為科學界的異端邪說:一種生物對環(huán)境的適應會傳遞到給后代。這個觀點和進化理論的普遍認識相矛盾。

按照進化理論,即使這些對環(huán)境的適應是生物體在求生中得到的,而且能使生物體更成功地繁衍下去,它們只不過是遺傳物質(zhì)的偶然改變。比如說,男人可以通過舉啞鈴鍛煉肌肉使之強壯,卻不一定能讓自己的孩子一出生就強壯;女人可以通過節(jié)食使身材苗條,但很少能生出身體同樣勻稱的孩子。父母身上的這些改變不會使遺傳物質(zhì)發(fā)生變化。

特征可以傳播下去

1999年,生物學家愛瑪·惠特勞得到證據(jù),表明表觀遺傳特征是可以從上一代傳播到下一代的。這些特征不會因為單個個體的死亡而丟失。

惠特勞說:“目前很多人相信,我們從父母那里得到的遺傳信息位于DNA的序列里。而我們的研究顯示,除了DNA還有更多的東西會被遺傳。”

讓遺傳學家更驚訝的是:表觀遺傳特征不會只在直接繼承的下一代結(jié)束遺傳,而是會繼續(xù)傳播,一直到孫輩、重孫輩、玄孫輩等。

2004年,美國華盛頓州大學的遺傳學家邁克爾·斯奇納檢驗一種在農(nóng)業(yè)中經(jīng)常使用的抗霉菌農(nóng)藥怎樣對雄性老鼠睪丸的形成產(chǎn)生作用。他的發(fā)現(xiàn)讓他很驚訝:雄老鼠在母親體內(nèi)時如果接觸過高劑量的農(nóng)藥,它們成年以后產(chǎn)生的精子就會減少。更讓他沒有想到的是,在這些雄老鼠的下一代中繼續(xù)有這個現(xiàn)象―――盡管農(nóng)藥一點也沒有改變過DNA中的任何結(jié)構(gòu)。最后,這種缺陷還會在第二代、第三代老鼠上體現(xiàn)出來。到現(xiàn)在,越來越多的證據(jù)顯示,表觀遺傳特征也會體現(xiàn)在人類身上。

2005年11月,倫敦兒童健康研究所的遺傳學家馬可·潘伯瑞為自己的理論提出證據(jù):他和瑞典同事研究了一個偏僻的瑞典北方城市從1890年開始的農(nóng)業(yè)收成、食物價格和死亡的記錄。

其中顯示,如果爺爺輩在小時候曾經(jīng)有過營養(yǎng)過剩的情況,那么他的孫子患上糖尿病的可能性就會加大―――同時還面臨更大的短命風險。這個規(guī)律只在爺爺輩的男性后代中發(fā)現(xiàn),而女性后代就能免受威脅?？墒钱攲O女的祖母曾經(jīng)營養(yǎng)過剩時,她們患糖尿病的可能性也變大了;這個時候祖母的孫子們反而能保持健康。