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通過修改染色體進行頭部“整容”？

小知識

人類自身的遺傳工程一直是科幻作品中的熱門話題 ， 而遺傳工程要優化的目標不外乎那么幾種 ， 讓人變得更健康、更聰明、更強壯、更漂亮等等 。 可惜的是 ， 現在我們對基因的各項功能還知之不多 ， 很多所謂的“優化”如果不是出現在科幻作品中 ， 則很可能是騙局 。
不過呢 ， 科學家在這方面總是在不斷努力 ， 上個月由勞倫斯伯克利國家實驗室的科學家阿克瑟爾?維塞爾（Axel Visel）組織的科研合作團隊發表在《科學》雜志上的一項研究表明 ， 通過編輯小鼠的一些調控片段 ， 人們可以影響最終出生的小鼠的頭骨形狀 ， 給小鼠“整容” 。 這給人們帶來了一些啟發 ， 或許也使我們向通過遺傳工程來優化人類更近了小小的一步 。
要用遺傳工程對小鼠進行“整容” ， 首先要確定對小鼠的什么部位下手 。 維塞爾他們并沒有像大多數人的研究那樣對基因直接下手 ， 而是把目光對準了控制基因的DNA片段——增強子 。
在我們進一步說明維塞爾小組都作了些啥之前 ， 請讓我先在這里用一個比喻來解釋一下增強子到底是個什么玩意 。
在每一個細胞里 ， 有若干條不同的染色體 ， 每一條就好比是一張長長的掛軸（請想象一幅長達幾千米的掛軸） 。 基因則是畫在掛軸上的圖紙 ， 記錄了細胞以及生物個體所需要的各種信息 ， 一幅掛軸上可能有很多這樣的圖紙 ， 幾十幾百上千都有 ， 但每幅掛軸上其實只有很小一部分的面積畫了圖紙 。
當細胞需要用到圖紙上的內容的時候 ， 就會派出復印機——被稱作RNA聚合酶的蛋白 ， 專門去掛軸上復印圖紙（稱為基因的轉錄） ， 并把成品交給下游去實現各種功能（合成蛋白等） 。 然而 ， 復印機本身并不知道應該復印掛軸的什么地方 ， 所以每張圖紙的前端畫有一些特定的標記——稱為啟動子——意思是說“這里有圖紙 ， 速來復印” ， 而細胞中還有各種向導——被稱作轉錄因子的蛋白 ， 能識別這些標記 ， 從而指引復印機完成其復印工作 。
然而 ， 細胞還需要控制各種圖紙的復印速度 ， 所以很多啟動子并不會說“速來復印” ， 而是僅僅說“這里有圖紙” ， 至于要不要來復印 ， 說得比較含蓄 。 這時候 ， 掛軸上的另一種標記——稱為增強子——就來起作用了 ， 有些增強子上面畫的內容類似于“速來復印離此處100米以內的圖紙” 。 這樣的話 ， 向導認出了增強子的內容之后 ， 就會拉著增強子去找對應的啟動子 ， 最后指引復印機復印對應的圖紙 。
啟動子和增強子雖然都是染色體上的片段 ， 但一般都在基因之外（啟動子在基因的頭上 ， 增強子則可能會在距離基因比較遠的地方） ， 由于它們的作用是控制基因轉錄水平的高低 ， 所以人們把它們歸入“調控片段” 。 需要說明的是 ， 關于基因具體是怎么調控的 ， 哪些增強子和哪些啟動子在什么時候如何相互作用等等 ， 現在仍然有著很多未解之謎 。
維塞爾的研究小組要拿增強子作為研究對象 ， 需要克服幾個問題：首先 ， 如何找到增強子？其次 ， 如何確定找到的增強子是有效的？他們首先通過在染色體上定位已經增強子結合的特定轉錄因子 ， 把小鼠胚胎頭骨中起作用的增強子給找到 。 之后利用轉基因手段 ， 在增強子附近插入了會對增強子起反應的啟動子以及后續的顯色基因（相當于在增強子描述的有效范圍里 ， 插入了一張復印之后會變色的圖紙） 。 這樣 ， 如果增強子確實在頭骨中有效 ， 那么做出來的轉基因小鼠胚胎的頭骨就會生產出顯色用的蛋白 ， 能在顯微鏡下被人看到 。 通過這項技術 ， 他們不但確定了增強子在小鼠胚胎的頭部有效 ， 更發現不同的增強子會在頭部的不同區域分別起作用（見下圖） 。 經過這兩步實驗 ， 維塞爾小組確定了55個在小鼠頭部發育過程中起作用的增強子 。

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