這樣算下來,基因中的堿基就分別是A、T、G、C、5mC和5hmC。這些被稱為基因音符的堿基還是比音樂中的7個基本音符少了一個,不過,這已經比較接近人類音樂的基本要素了。
迄今研究人員還沒有從基因音樂來認識這兩種新的音符,不過,從基因功能來看,它們與基因音樂是有關係的,因為它們對基因的功能和表達有重要的作用。
第5和第6堿基的作用
第5堿基(5mC)和第6堿基(5hmC)具有不同的作用,最大的作用就是與疾病和健康有關,更確切地說,與癌症和某些遺傳病有很大關聯。
海因茨和克裏奧希昂裏斯通過對小鼠健康腦細胞基因組測序,發現第5堿基分布在更具致密包裝、不易接近的DNA鏈上,而第6堿基則大部分位於鬆散包裝的DNA區域。而且,第6堿基的分布如果發生變化,就可能與癌症有關,因為過去的研究發現,腫瘤細胞中都存在第6堿基的分布改變。
更有意思的是,第5堿基主要分布在沉默的基因組CpG島上。CpG島是指DNA上的一個區域,這個區域含有大量相聯的胞嘧啶(C)、鳥嘌呤(G),以及使兩者相連的磷酸酯鍵(p)。哺乳類動物基因中的啟動子上含有約40%的CpG島,而人類則更多,約有70%。而且,一般CpG島的長度為300~3000個堿基對。但是,第6堿基則更多地位於基因高水平表達的基因組區域。這就是說,第5堿基主要是使基因沉默,而第6堿基主要是使基因表達。
當然,第5堿基與第6堿基的區別還在於,第6堿基主要分布在基因主體上,基因主體是編碼蛋白質的部分。同時,作為一種回避或分散原則,在基因序列中出現第5堿基的地方就很少出現第6堿基,反之亦然。雖然研究人員還不能確認第5和第6堿基的精確作用,但是一些線索已經提示,它們分別或共同與癌症和其他一些疾病有關。
例如,一些研究發現,在一些癌症,包括急性白血病和骨髓增生異常綜合征中,第6堿基被高度耗竭。而且,這種耗竭伴隨著腫瘤抑製基因TET2的破壞。
同時,研究人員也發現,一種主要產生於女孩身上的疾病——雷特綜合征(頭小綜合征)也與第5和第6堿基有關。這是一種遺傳病,屬於神經係統的嚴重失常,病症會影響到患者的運動能力,患兒智力低下,出現語言和交流障礙,行為刻板,共濟失調以及出現自閉症行為等。
雷特綜合征的發病與一種稱為甲基化CpG結合蛋白2 (MeCp2)的分子有關。正常情況下,MeCp2既能結合第5堿基,又能結合第6堿基。但是海因茨和克裏奧希昂裏斯發現,如果MeCp2發生突變,就隻能結合第5堿基,而不能結合第6堿基。此時,就會導致雷特綜合征的發病,並讓患者產生輕微的認知和語言能力的下降。
期待深入了解基因音符
人和動物基因中的堿基或基因音符是否隻有6種呢?現在尚不會有明確答案,但是,就現有的6種基因音符來看,有可能以它們為基礎開發出診斷疾病和表現生命特征的基因音樂。因為,在第5和第6堿基出現較多或反複出現的地方,基因音樂肯定是不一樣的。
首先是,美妙動聽的音樂是與健康細胞的基因中的堿基正常而有規律的排序相關。過去有研究人員按英語的習慣把四個堿基T、G、A、C分別對應為3(mi)、4(fa)、5(sol)、ī(do,高音),由此譜出的胰島素基因的樂曲優美迷人,其旋律就像《幸福勤勞》那樣動聽。既如此,現在發現了第5和第6堿基(音符),就有可能按照這6個基因音符來譜出更為複雜和組合更廣泛的音樂,而且這樣的音樂也可能更為優美動聽。
另一方麵,如果人們患病,如癌症,而癌細胞是不正常的細胞,其中的6個堿基的分布就有可能打破正常的規律和程序,就如同雷特綜合征患者的細胞中隻出現第5堿基,而沒有出現第6堿基一樣。在沒有第6堿基這個音符時,譜出的樂曲就顯然不如正常人既有第5堿基(音符),又有第6堿基(音符)所譜出的樂曲那麼動聽。
一個簡單的例子是,過去有研究人員把白血病Ⅱ型病毒的基因按簡譜的對應關係譜曲,產生的音樂使人愁腸百結,就像一個厭世者頻頻發出的悲歎。
所以,未來生物醫學研究人員與音樂工作者結合,根據現在發現的6個基因音符來譜曲,有可能創造出識別和區分健康與疾病的基因音樂。而且,隨著未來發現的基因音符越來越多,也就可以既從生物學角度,又從音樂角度為認識生命現象、健康和疾病提供更多的線索。
【責任編輯】張田勘