從RNA干擾現(xiàn)象到諾貝爾獎

從RNA干擾現(xiàn)象到諾貝爾獎?wù)?006諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎授予兩名美國人一一安德魯■菲爾和克雷格■梅洛，他們發(fā)現(xiàn)了控制基因信息流動的基本機制，因RNA干擾（RNAi）的發(fā)現(xiàn)而入選。他們從科學(xué)發(fā)現(xiàn)到獲獎才8年時間，這在諾貝爾獎歷史上實屬罕見，這也是諾貝爾獎首次不發(fā)給一個擁有答案的研究。RNA干擾已先后在不同生物中被發(fā)現(xiàn)，它的機制為我們提出了更多需要解答的問題，為基因技術(shù)研究提供了令人興奮的可能性。更重要的是科研人員也從中獲得了更多思維空間。關(guān)鍵詞：RNA干擾;諾貝爾獎;基因技術(shù)研究;思維空間FromRNAInterferencephenomenontoNobelPrizeAbstract:ApairofAmericans-AndrewFireandCraigMellowontheNobelPrizeinmedicineorphysiologyfor2006fortheirdiscoveryoftheRNAinterference.Theyfoundthebasicmechanismaboutthecontrolofthegeneflowofinformation.Itwasonly8yearssincetheirscientificdiscoveryswitchedtothereward,whichwasamazinginthehistoryoftheNobelPrize,theNobelPrizewasgiventoaresearchunresolvedforthefirsttime.RNAinterferencewasobtainedfromdifferentorganismsoneafteranother,themechanismoffereduslotsofproblemstoansweranditwasworthbeingexcitingtodothegenetechnologystudy.What’smore,ourresearchercouldgetmorethinkingspacefromit.Keywords:RNAinterference;NobelPrize;genetechnologystudy;thinkingspace0、?刖言自1953年DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)被提出，生物學(xué)家將研究的重點都放在DNA層面，并認為RNA在生命過程中的作用僅僅是將遺傳信息從DNA傳遞到蛋白，就象蜂群中的雄蜂般沒有創(chuàng)意。直到上世紀70年代，部分研究者開始認識到RNA會影響生物體的整個生命活動。但限于科技的發(fā)展，在隨后的幾十年里有關(guān)RNA工作的進度比較緩慢，不過各項投入在逐年遞增。自2000年以來RNA的研究已經(jīng)有六年被Science雜志列入世界十大科技進展，尤其是RNAi領(lǐng)域，2006年還摘得諾貝爾獎的殊榮，這充分說明了RNA的研究在當前生物學(xué)領(lǐng)域的核心地位［1］。RNA干擾是指用20多個核苷酸組成的短的雙鏈RNA(siRNA)代替?zhèn)鹘y(tǒng)反義核酸進行轉(zhuǎn)錄后基因沉默，已經(jīng)迅速而廣泛地應(yīng)用到基因功能，基因表達調(diào)控機制研究等熱門領(lǐng)域，并為基因治療開辟了新的途徑⑵?！癛NA干擾〃已成為時尚名詞，甚至有人大聲宣稱：RNA干擾時候已經(jīng)到來。但是對于RNA干擾是否真能給人類帶來的諸多效應(yīng)，更有待于作進一步的探究［3］。1RNAi的生物學(xué)研究背景1.1RNAi的發(fā)現(xiàn)RNAi現(xiàn)象早在1993年就有報道：將產(chǎn)生紫色素的基因轉(zhuǎn)入開紫花的矮牽牛中，希望得到紫色更深的花，可是事與愿違，非但沒有加深紫色，反而成了白色。當時認為這是矮牽牛本來有的紫色素基因和轉(zhuǎn)入的外來紫色素基因都失去了功能，稱這種現(xiàn)象是“共抑制"。1995年，康奈爾大學(xué)的SuGuo博士用反義RNA阻斷線蟲基因表達的試驗中發(fā)現(xiàn)，反義RNA(antisenseRNA)和正義RNA(senseRNA)都阻斷了基因的表達，他們對這個結(jié)果百思不得其解。直到1998年，AndrewFire的研究證明，在正義RNA阻斷了基因表達的試驗中，真正起作用的是雙鏈RNA。這些雙鏈RNA是體外轉(zhuǎn)錄正義RNA時生成的。于是提出了RNAi這個詞［4］。RNA干擾機制的發(fā)現(xiàn)引導(dǎo)人們發(fā)現(xiàn)了一種全新的基因?？茖W(xué)家們逐漸發(fā)現(xiàn)，非編碼基因的數(shù)量是非常大的，在高等生物體內(nèi)，科學(xué)家們認為非編碼基因的數(shù)量可以和編碼基因相比擬。目前普遍認為，RNAi作用的分子機制，是通過雙鏈RNA(dsRNA)的介導(dǎo)特異地降解靶mRNA,抑制相應(yīng)基因的表達?，F(xiàn)已初步闡明dsRNA介導(dǎo)的同源性靶mRNA降解過程主要分為兩步：第一步(起始階段)是較長dsRNA在ATP參與下被RNasem樣的特異核酸酶切割加工成21~23nt的由正義和反義鏈組成的小干擾RNA(smallinterferingRNAsiRNA)。第二步(效應(yīng)階段)是siRNA在ATP參與下被RNA解旋酶解旋成單鏈，并由其中反義鏈指導(dǎo)形成RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合體(RNA-inducedsilencingcomplex,RISC)。1.3RNAi的應(yīng)用前景[6]依據(jù)RNA干擾現(xiàn)象，科學(xué)家建立了RNA干擾技術(shù)，即人為設(shè)計合成針對某特定基因序列的dsRNA來關(guān)閉或抑制該基因的表達。但RNA干擾已被證實是一種特異、高效、經(jīng)濟的使基因表達受抑的技術(shù)手段。它可有效地將靶基因的表達水平降到一個低的水平，甚至于完全的清除。美國麻省理工大學(xué)醫(yī)學(xué)中心PhillipZamore預(yù)言“RNA干擾將在哺乳動物細胞遺傳學(xué)上引起革命性的變化。〃人們不再需要花6個月的時間設(shè)法去關(guān)閉某個基因的表達，利用這項技術(shù)，可以在一周之內(nèi)就可關(guān)閉10個基因。1.3.1研究基因功能與使用基因敲除技術(shù)來檢測基因功能相比，RNAi技術(shù)卻能方便，快捷的達到這一目的，即使是在一般條件的實驗室也可開展這項工作。利用RNAi技術(shù)，科學(xué)家已對幾乎全部線蟲基因(大約19000個基因)功能進行分析檢測。Wianny也報道用dsRNA來阻斷小鼠早期胚胎特異基因，包括卵母細胞的c-mos和早期胚胎E-cadherin及GFP轉(zhuǎn)基因的表達。1.3.2抗病毒作用我們可將病毒在復(fù)制中起關(guān)鍵作用的基因作為目標設(shè)計dsRNA來抑制病毒的復(fù)制。自1986年植物學(xué)家首次利用轉(zhuǎn)入煙草花葉病毒(TMV)的核衣殼(CP)基因?qū)胫仓昱嘤隹共《局仓旰?，已培育了一大批抗病毒植株。在植物的轉(zhuǎn)基因試驗中，經(jīng)常發(fā)生基因沉默。因此，對轉(zhuǎn)基因沉默機制的探索可以為在轉(zhuǎn)基因研究中避免基因沉默提供對策。1.3.4基因治療RNAi作用的高度特異性有可能特異地抑制致病的等位基因的表達而達到治療目的，但又不影響正常等位基因。Wilda等在白血病細胞K562試驗中，用對M-BCR/ABL融合基因特異的siRNA轉(zhuǎn)染K562細胞，發(fā)現(xiàn)K562細胞中相應(yīng)的mRNA被清除，并出現(xiàn)強烈的細胞凋亡現(xiàn)象。2RNAi帶來的辨證科學(xué)思維RNAi發(fā)現(xiàn)獲諾貝爾獎的原因諾貝爾獎評審委員會自有諾貝爾獎之日起，一直堅持著一條不成文的''慣例〃，那就是研究成果要經(jīng)過數(shù)十年實踐驗證才有資格入選，然后前面已經(jīng)說過，RNAi自發(fā)現(xiàn)到獲獎只用了八年時間，所以這種破例必然有它獨特之處。［7］引用諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎評審委員會主席戈蘭■漢松的話說：''我們?yōu)橐环N基本機制的發(fā)現(xiàn)頒獎。這種機制已被全世界的科學(xué)家證明是正確的，是給它發(fā)個諾貝爾獎的時候了?！ǘZ貝爾獎評審委員會在評價Fire和Mello的研究成果時說：''他們的發(fā)現(xiàn)能解釋許多令人困惑、相互矛盾的實驗觀察結(jié)果，并揭示了控制遺傳信息流動的自然機制。這開啟了一個新的研究領(lǐng)域?！ǎ?］諾貝爾獎評審委員會發(fā)布的公報指出，RNA干擾已被廣泛用作研究基因功能的一種手段，并有望在未來幫助科學(xué)家開發(fā)出治療疾病的新療法。RNA干擾機制的發(fā)現(xiàn)使得科學(xué)家可以對侵入細胞的病毒RNA進行控制。諾貝爾獎評審委員會指出，RNA干擾機制將來有望應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)和農(nóng)業(yè)等眾多領(lǐng)域，用來開發(fā)針對病毒感染、心血管疾病和癌癥等的新療法。RNAi的發(fā)現(xiàn)展現(xiàn)出的科研人員應(yīng)具備的品質(zhì)通過查閱有關(guān)安德魯■菲爾和克雷格■梅洛的個人資料，我們不難發(fā)現(xiàn)一個好的科研人員除了必須具備基本的嚴謹，敏銳，縝密，細致等基本等思維模式和做事態(tài)度之外，還有很重要的就是要有一個靜態(tài)的心理狀態(tài)，菲爾在卡內(nèi)基學(xué)會工作的18年間都一直在研究RNAi作用機制，同時指導(dǎo)博士生和博士后。另外，濃厚的興趣和強烈的好奇心也是科研人員所應(yīng)該具備的，在馬薩諸塞州大學(xué)工作的梅洛與在卡內(nèi)基學(xué)會工作的菲爾就因為好奇心和興趣驅(qū)使他們在一起開展了一系列合作研究。最后，菲爾和梅洛敏銳的觀察力和敢于創(chuàng)新的品質(zhì)使得他們1998在《自然》雜志上共同發(fā)表了有關(guān)發(fā)現(xiàn)RNAi機制的論文，被同行稱為''近一段時間來分子生物學(xué)最激動人心的發(fā)現(xiàn)之一氣2.3RNAi發(fā)現(xiàn)給其它領(lǐng)域的研究提供了新的思路RNAi是生物學(xué)科之間求異性思維的結(jié)果，單一學(xué)科很難實現(xiàn)這一點。菲爾和梅洛針對Guo的實驗條件進行優(yōu)化，極具針對性的從中篩選出相同和不同的條件，最終才有RNAi這一劃時代意義的發(fā)現(xiàn)。［8］-［如］今，環(huán)境、計算機、農(nóng)業(yè)等等領(lǐng)域同生物密切相關(guān)，許多交叉學(xué)科已經(jīng)應(yīng)運而生，諸如生物信息學(xué)，環(huán)境微生物等等，RNAi的發(fā)現(xiàn)將促使各領(lǐng)域的工作者充分運用本專業(yè)和交叉專業(yè)的知識，并結(jié)合哲學(xué)中同中求異和異中求同的方法，最終更好的為人類造福。3RNAi留下的社會思考3.1理性對待RNAi的現(xiàn)有成果RNAi技術(shù)將和納米技術(shù)、生物技術(shù)、信息技術(shù)一樣，成為21世紀世界科技前沿與主導(dǎo)技術(shù)，人類將進入到RNA干擾的新時代。美國康乃狄格大學(xué)的遺傳學(xué)家瑞南說：“RNA是把DNA的性能再擴大，它似乎什么都可做氣試想如果我們遵循科學(xué)技術(shù)發(fā)展最一般的規(guī)律的話，RNA干擾時代真的會這么快來到嗎？科學(xué)家對RNAi的了解到底有多深？RNAi技術(shù)能在人類身上安全實現(xiàn)嗎？科學(xué)家們說，RNAi技術(shù)尚停留在實驗階段，所以針對愛滋病，癌癥等疾病的疫苗還不能夠研究出來，更不用提產(chǎn)業(yè)化，而科學(xué)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化才會導(dǎo)致經(jīng)濟繁榮oRNAi真正進入尋常百姓家還需一定時日，因此，我們必須有清醒的認識。3.2RNAi引發(fā)的針對高新技術(shù)在國內(nèi)發(fā)展的戰(zhàn)略早在十幾年前，就有人預(yù)言，21世紀是生物的世紀，新的時代帶來了新的機遇。RNAi在世界水平的研究正處于起步時期，而在中國的研究雖然也有開展，但是涉及的范圍還是比較少的，那么如何在如此激烈的高新技術(shù)競爭中搶占制高點呢？我們應(yīng)該首先創(chuàng)造一個綜合教育的平臺。近年國家加大了教育制度的改革，實行部分高校強強合并，為培養(yǎng)全面發(fā)展的綜合性人才提供良好的外部環(huán)境，但是還不成熟，應(yīng)在發(fā)展的過程中作出相應(yīng)的完備。其次，我們應(yīng)該努力促進邊緣學(xué)科的興起。正如前所說，將重心放在學(xué)科和學(xué)科之間的整合方面，使多學(xué)科多流派持不同學(xué)術(shù)觀點的研究人員的思想相互碰撞，往往產(chǎn)生新的聯(lián)想和獨到的見解，產(chǎn)生創(chuàng)新性科學(xué)理論與方法。再次，我們應(yīng)該調(diào)整科研人員自身的知識結(jié)構(gòu)并要以求異性思維工作的核心。最后，我們還應(yīng)有科技前沿和創(chuàng)新兩大意識，醫(yī)學(xué)工作者有無創(chuàng)新意識及此意識的強弱是直接影響到他能否作出知識創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新的前提和基礎(chǔ)。如果不能及時的了解前沿的領(lǐng)域，不能與世界接軌，我們也很難有所建樹。綜上所述，舉RNAIi對肝病的治療為例，中國肝病攜帶者及患者占世界很大的比例，利用RNAi干擾現(xiàn)象相關(guān)技術(shù)生產(chǎn)合適的疫苗，我們有基因上的優(yōu)勢，因為許多保存完好的家系在國內(nèi)都有，至于后期能否生產(chǎn)出來，我們就需要做到上面幾點，這樣既能真正對自己負責，又能掌握新技術(shù)。4小結(jié)與結(jié)論任何高新技術(shù)的產(chǎn)生，都是科研工作者前期辛勤工作的結(jié)果，這過程中我們必須保持清醒的頭腦，具備一切科研人員應(yīng)該具備的各種品質(zhì)。正如RNA干擾的發(fā)現(xiàn)，以及它所帶來的成就，這些統(tǒng)統(tǒng)告訴我們：思考+付出+機遇有時候就等于成功。參考文獻1.JRMinkel程中軍.RNA的遺傳地位[J].科學(xué)（北京）SCIENTIFICAMERICAN,2005,8.2.SharpPA,ZamorePD;RNAinterference[M].Science;2000:15-23.陳忠斌,于樂成，王升啟.RNA干擾作用(RNAi)研究進展[J].中國生