DNA的专业“装修工程队”

DNA是生命的遗传物质,如果DNA不断出错,生命将会被各种疾病所困扰,生命也将难以延续下去。2015年诺贝尔化学奖的3位获奖者让我们不必过于担心,因为生命是顽强的,细胞内自有一套修复DNA损伤的特殊法宝。这3位科学家分别是瑞典生物化学家托马斯·林达尔、美国生物化学家家保罗·莫德里奇、拥有美国与土耳其双重国籍的生物化学家阿齐兹·桑贾尔。

DNA其实很脆弱

30多年前,科学界曾认为DNA是非常稳定的分子,在某个生物的一生中都不会发生变化。然而,科学家很快就发现,DNA其实很容易受伤。

就以我们人体而言,细胞内的DNA每天受紫外线辐射以及自由基和致癌物的影响而受损。即使没有这些外部“攻击”,基因分子内部也不稳定,一个基因组每天都会发生数以千计次的自然变化。此外,人体每天都在进行数百万次的细胞分裂,基因被复制时也有可能会出现缺陷。

受伤了,怎么办

尽管如此,人类的基因并没有因此而变成一堆乱码,它们都还是乖乖地在人体内保持完整状态。这是因为细胞内有一个负责监控并修复DNA的“工程队”,无时无刻不在发挥作用。

细胞内用来修复DNA的“工程队”由不同的蛋白质组成,它们始终监控着这些基因。一旦DNA出现损伤,它们就立即进行修复。但有时候,“工程队”并不能完全消除DNA的损伤,只能使细胞忍受这种损伤而继续生存。

细胞对受伤的DNA有很多种修复方法,3位获奖科学家发现了其中3种不同的方法。

托马斯·林达尔在实验中把DNA单独提取出来后,发现它根本没有人们想的那么稳定。此后,他又发现细胞里有一种蛋白质,专门寻找一种特定的碱基错误。找到错误后,就简单粗暴地把它从DNA的链子上切掉,这种修复叫“碱基切除修复”。

我们都知道,DNA是双链结构,它在复制的过程中会拆成两条,各自作为模板形成新链条。但复制的过程中难免会出错,导致两边的碱基对不上号,相当于给锁配错了钥匙。细胞是如何处理这种DNA错配的呢?莫德里奇发现,细胞会对DNA的链条进行标记,蛋白质可以凭借这个标记来判断哪条是旧有的,哪条是新加的,从而知道该去修复谁,这种修复叫“错配修复”。

桑贾尔对DNA的兴趣是被一个特别的现象所激发的:细菌经致命的紫外线照射之后,如果再用可见蓝光照射,它们突然就能死里逃生。随后,他发现把DNA从紫外线伤害中解救出来的功臣是光解酶,这个过程被称为“核苷酸切除修复”。

DNA修复意义重大

DNA修复的秘密,不仅让人们更了解细胞的运作机制,还为了解一系列遗传病的分子成因、癌症和衰老的发生机制提供了知识。研究DNA修复是探索生命的一个重要方面,而且与军事医学、肿瘤学等密切相关。

有了DNA修复的相关知识,我们可以主动、有效地避免致癌物,如适时采取各种防晒措施。同时,还可以通过基因检测筛查,诊断遗传性肿瘤,早诊断早预防早治疗。还可以通过产前检查,阻断基因缺陷传给后代。