skulle du köpa en bok med över 98 procent av texten skriven på gibberish? Biologi har ingen verksamhet i bokbranschen, men det skriver fortfarande en ganska fascinerande guidebok: DNA. Vår genetiska manual innehåller instruktionerna för de proteiner som utgör och driver våra kroppar. Men mindre än 2 procent av vårt DNA kodar faktiskt för dem.
resten-98,5 procent av DNA-sekvenser – är så kallat” skräp-DNA ” som forskare länge trodde värdelösa. De icke-proteinkodande sträckorna såg ut som gibberish meningar i ett bokutkast — värdelös, kanske bortglömd, skrivande. Men ny forskning avslöjar att de ”junky” delarna av vårt Genom kan spela viktiga roller ändå.
ord utan mening
naturen har ett märkligt sätt att skriva. Vårt genetiska skript använder bara fyra bokstäver: A, G, C och T. långa kombinationer av dessa bokstäver utgör våra gener, som informerar konstruktionen av proteiner. Men proteintillverkningsprocessen är inte lika enkel som att läsa ett matlagningsrecept. Innan proteiner sätts ihop transkriberas DNA till trådar av RNA som hackas och återmonteras i mindre bitar.
under hackningen kasseras de icke-kodande sträckorna — skräpet, vilket innebär att de aldrig ens vänjer sig för att göra proteiner. Varför naturen bär så mycket till synes onödigt material i sin guidebok är en fråga som forskare fortsätter att fundera över. Den mest logiska förklaringen är att detta ”skräp-DNA” kanske inte är så värdelöst trots allt.
funktioner för den värdelösa
nästan ett decennium efter slutförandet av Human Genome Project, som gav oss den första fullständiga läsningen av vårt genetiska skript i början av seklet, släppte ett team på över 400 forskare vad de kallade Encyclopedia of DNA Elements, eller kodar för kort. Det internationella samarbetet undersökte funktionen hos varje bokstav i genomet. Resultaten av det massiva företaget krävde en omvärdering av skräp-DNA. Även om mindre än två procent av genomet gör proteiner, utför cirka 80 procent någon form av funktion.
vad som föll i encodes definition av funktionalitet var dock ganska bred. Varje ”biokemisk aktivitet” var rättvist spel — transkriberas till RNA, även om det hackas senare i processen, kvalificerade sekvenser som funktionella. Men många av” skräp ” – sektionerna har viktiga roller, inklusive reglering av hur DNA transkriberas och översätts därifrån till proteiner. Om proteinkodande sekvenser är anteckningarna i en Symfoni, fungerar några av de icke-kodande sekvenserna som ledaren, vilket påverkar mästerverkets takt och repetitioner.
men inte varje bit av skräp-DNA kan ha en funktionell användning. I en studie publicerad i cellens molekylärbiologi 2008 rengjorde forskare skräp-DNA från jästens genom. För vissa gener blev de av med introner – de sektioner som hackas bort efter DNA-transkription. De rapporterade att intron-borttagningen inte hade några signifikanta konsekvenser för cellerna under laboratorieförhållanden, vilket stödde uppfattningen att de inte har någon funktion.
men studier som publicerades i Nature i år argumenterade annars. När maten är knapp, fann forskare att dessa sekvenser är väsentliga för jästöverlevnad. Användbarheten av dessa introner kan bero på sammanhanget, dessa studier hävdar — fortfarande långt ifrån att vara skräp.
användbar skräp
andra forskningsframsteg under det senaste decenniet föreslår också att ”skräp-DNA” bara kan missförstås genetiskt material. Forskare har nu kopplat olika icke-kodande sekvenser till olika biologiska processer och till och med mänskliga sjukdomar. Till exempel tror forskare att dessa sekvenser ligger bakom utvecklingen av livmodern och även av våra motsatta tummar. En studie publicerad i Annals of Oncology förra året visade att ett icke-kodande DNA-segment fungerar som en volymknopp för genuttryck, vilket i slutändan påverkar utvecklingen av bröst-och prostatacancer. Och en studie i Nature Genetics i år fann mutationer utanför genkodande regioner kan orsaka autism.
att utforska rollen för icke-kodande sekvenser är nu ett område med intensiv forskning. Ökande bevis tyder på att dessa icke-kodande sekvenser kan hjälpa cancerbehandling, och experter ser dem nu som lovande verktyg för cancerdiagnos.
trots antalet funktioner som nu tillskrivs skräp-DNA, tror vissa forskare fortfarande att det mesta av den genetiska koden är värdelös. Dan Graur, en evolutionär biolog vid University of Houston, tycker att minst 75 procent av den inte har någon funktion. för att komma fram till numret använde Graur matematisk modellering för att bestämma hur mycket DNA som skulle kunna vara användbart. Han ansåg frekvensen av skadliga mutationer-skadliga förändringar eller raster till den dubbla spiralen — vårt genom förvärvar över tiden, tillsammans med fertilitetshastigheter. Eftersom dessa mutationer kan vara dödliga uppskattar Graur i ett 2017-papper i Genombiologi och Evolution att inte mer än en fjärdedel av vår genetiska kod kan vara funktionell — längre och vi skulle ackumulera dödliga mutationer i en ohållbar takt.
frågor och mycket debatt kvarstår kring skräp-DNA. Om Graur har rätt kan en stor del av det bara vara skrapsidor som skyddar de användbara sakerna från mutationer. Men det är inte så illa för ett skräpmaterial, eller hur?