解構生命方程式 生物學將改觀

資料來源:中時新聞

2000年6月27日

 本報專用紐約時報特稿

 人類基因組的草圖已繪製出來,這是潛藏在去氧核醣核酸(DNA)

中的遺傳密碼首度呈現全貌,這些DNA共有二十四條,每條由無數

四個字母代表的密碼持續聯繫,構成一個以字碼書寫、中間無標點的

超生命方程式,乍看之下,這些字碼像外星訊息般毫無意義,但假以

時日,這些謎終能解開並對全人類產生深遠的影響。

 醫學將是第一個受惠於人類基因組研究的領域,甚至可能因此產生

革命性的變化。但基因組研究的重要性絕不止於此,未來的生物學也

可能完全改觀,使我們對人類本身、人類歷史、人類內在潛能、以及

人類與其他萬物間關係的知識都因此而重新界定。

 以往的生物學像家庭手工業,生物學家一次只能研究一個基因或一

種蛋白質,但基因組圖譜的掌握將把生物學推展到一個全新境界,讓

一個細胞的所有基因或所有蛋白質可以同時被研究。

 為解讀及分析基因組所含的遺傳訊息,一些新學科正在形成,例如

以撰寫電腦程式來「注解」(annotate)基因組的生物資訊學(bioi

nformatics),或稱電腦基因組學,內容包括分析所有的基因;其次是

proteomics,係以大規模方式分析細胞內各種蛋白質的學科。

 基因組研究的第一個任務是注解,這個辭彙係借用電腦程式設計師

撰寫軟體時加注的解釋而來,因為基因組就像生物性的電腦程式,只

是中間連指示每個基因起點與終點的標點符號都付諸闕如,遑論解釋

哪些基因負責哪些功能或任務的注腳。

 缺乏標點符號使得基因的辨認很困難。每個基因都會被若干外顯子

(exon,或稱表現序列,這是DNA中帶有蛋白質氨基酸密碼的序列

)切成幾段,外顯子在DNA的螺旋狀長條構造中出現的機率不高,

只佔卅億個密碼的三%。

 人類細胞定期複製某些起作用的基因,生物學家已經取得一些被複

製的基因,並分析其段落結構。根據這些已知的基因段落,和基因組

中各DNA的字碼序列比對,就可挑出許多外顯子並據以辨認某個基

因。

 一旦辨認出某個基因,電腦基因組學家可就它在DNA中所佔的序

列和其他功能已被發現的基因比對,從而猜出它的功能。目前有許多

細菌及兩種動物(線蟲與果蠅),其基因組已被定序及注解,其中許

多基因的功能也已被辨認出來。

 由於生命演化的一致性,每個人類基因的序列與其他生物同等基因

的序列,看起來都很相似。

 在這種情況下,解讀人類基因組更有用的關鍵可能是老鼠,方法很

簡單,就是把老鼠與人類的基因組放在一起比對,尋找兩者的DNA

序列相同的地方。

 生物學家判斷,如果回溯到老鼠與人類的共同祖先,其後大約有一

億年兩者的DNA序列大致相同,然後開始產生歧異。目前已經解讀

的其他生物基因組中,約有三分之一的基因與人類已知的基因無法配

對,這是因為這些物種與人類的歧異太大。等到生物學家破解老鼠的

基因組後,可為辨認人類基因提供更多的線索。

(尹德瀚譯)