成功地破译生命密码的人类基因

人体蛋白质魅力何在随着科学家成功地破译生命密码的人类基因组之后，一个以揭示蛋白质功能与结构为研究重点的后基因组时代也拉开了它的帷幕。
　　2001年，人类基因组图谱公布后，人们发现人类基因数目只比低等生物线虫或果蝇多两倍。如此少的基因是怎样创造出人类如此复杂的生命活动的呢？
　　答案就是蛋白质。也就是说，人体内真正发挥作用的乃是蛋白质，蛋白质扮演着构筑生命大厦的重要角色。搞清蛋白质的结构与功能，将有助于开发出诊断疾病的新方法和治疗疾病的新药物。
　　蛋白质图谱研究是生命科学的前沿之一。专家认为，绘制生物的基因组图谱只是研究生命活动规律的第一步，更重要的是弄清基因所编码的各种蛋白质的功能及相互作用，因为几乎所有的生命活动都要靠蛋白质来完成。蛋白质组学的研究无论是工作量还是技术难度，都比基因组学的研究要复杂得多。
　　尽管如此，但经过科学家们的努力分析和潜心研究，绘制微生物类蛋白质组图谱和解析生物蛋白质等方面的工作，目前已成果不断，这为人体蛋白质组图谱的绘制开辟了光明的前景。
　　在绘制微生物类蛋白质组图谱方面，法国捷足先登。2002年1月初，法国哈伯里健尼克斯公司宣布绘制成功一幅蛋白质组图谱，揭示出了幽门螺旋杆菌体内蛋白质组相互作用的关系。专家们认为，这将有助于研究这种细菌体内各种蛋白质的功能，寻找治疗胃肠疾病的新方法。
　　继法国之后，德国与加拿大科学家最近又公布了酿酒酵母的部分蛋白质组图谱，并根据这一图谱发现了蛋白质复合体之间的交换作用具有动态特性。
　　对此，科学家认为，具体弄清这种特性可能有助于找到人体组织、器官和细胞等发生病变的机理。蛋白质组与基因组相对应，但又与基因组有根本区别。一个有机体只有一个确定的基因组，组成该有机体的所有不同细胞都共享一个确定的基因组。而蛋白质组则是一个动态的概念，不仅在同一个机体的不同组织和细胞中不同，而且在同一机体的不同发育阶段、不同生理状态甚至不同的外界环境下都是不同的。
　　科学家认为，在后基因时代，最重要的工作就是弄清基因的全部蛋白质产物的结构和功能。蛋白质的功能取决于蛋白质的结构，蛋白质的结构可以给人类提供一个蛋白质是否正常的信息，例如镰状血红细胞疾病来源于蛋白质的缺陷，老年痴呆症来源于蛋白质的结构错误。由于这项研究涉及全人类的健康及制药产业的巨大利益，所以它已经成为新世纪科学发展的最大热点。
　　蛋白质的研究与开发极具魅力的一个显著特点是其实用性，它的研究信息有可能直接应用于生物技术产业中，产生出极大的商业前景。
　　德国海德堡大学的科学研究小组对酿酒酵母进行了蛋白质组的研究。科学家首先对其1700多个蛋白质以同源重组方式进行标记，然后通过质谱分析确证了232个蛋白质复合体，并新发现了344个蛋白质在细胞中可能具有的功能。德国媒体评价说，在人类基因组破译阶段德国处于落后地位，而上述发现则标志着德国在后基因组研究中处于领先地位。
　　加拿大多伦多大学的科研小组也对酿酒酵母进行了类似的研究。他们的研究结果与德国科学家的研究结果共同公布在同一期《自然》杂志上。
　　另外，日本北里大学和名古屋大学的研究小组最近也宣布，它们的研究人员已经在纳米水平上对人和果蝇等63种生物进行了研究和分析，并在此基础上绘制成了大约52.2，得到了很多人类学家的支持，但也出现了反诘的声音，反诘的理由主要包括：①海猿在海洋中生活了400万年，并获得了一些适合于水中生活的海洋生物特征，但重返陆地后，为了适应陆地的生活条件，也应该丢掉这些不适应于陆地生活的特征———如不能对体内盐分进行精确的控制等，为什么在重返陆地后的几百万年中这些特征没有丢失？这显然是违反进化规律的；②对于造成的400万年的化石断档，“海猿理论”仍没有给予很好的解释。因为现在人们在大量发现海洋生物化石的同时，却从来没有找到过海猿的化石。显然这一理论又陷入了另一个方式的化石断档现象；③根据分子人类学研究的理论则得出，人与猿开始分化的时间距今500～400万年，这一点并不支持“海猿理论”。
　　鉴于二者难以调和的矛盾，于是一种折衷的“海陆双祖先复合理论”又诞生了。这种理论认为，人类祖先，一个是古猿，一个是海猿。对400万年的化石断档期他们提出的解释是，古猿与海猿在这期间发生了基因重组，于400万年前产生了“南方古猿”，而这种重组发生的时间极短，只用了几代到十几代的时间便完成，因而在较长的地质时期没有留下化石。这个理论看起来既可以说明人类化石进化的断档现象，又能说明人类为何有很多海洋生物的特点。然而，由于没有充分的证据及分子学上的支持，并没有得到很多学者的支持，便被搁置一边。正当争论困扰着人类学家时，从中国传来的研究结果似乎又再次支持了“海猿理论”。
　　1999年3月，中国科学院古生物研究所的周民博士提出的理论认为：从鱼类到人类事实上是脊椎动物的进化史，而人类及所有陆地脊椎动物都应隶属于硬壳鱼类，在鱼类向人类进化的漫长历史中，每一个体的发育史都会重演整个进化历史。例如，婴儿在胚胎发育阶段会有腮裂现象，显示出鱼类的特征。再如，初生的婴儿在水中会充满了自信，他会睁着眼睛在水中潜游，然而一旦踏上陆地，并立刻充满了恐惧，要经历很长时间才能学会在陆地上行走。硬壳鱼是如何上岸的？周民博士对这一个过程进行了详细的描绘：由于受到了干旱的威胁，这些鱼类为了适应环境，不得不爬上陆地，开始可能还会得到水源，但由于水源的不断枯竭———我们在前面的内容中提到，地球存在过这样的时期———水中生存环境的日益恶劣，迫使它们发展成为两栖动物：一边适应全新的陆地环境，一边沿习着在水中产卵的老习惯。之后，羊膜被进化出来，硬壳鱼在繁殖上摆脱了对水的依赖，羊膜为胚胎提供了水的环境6万个蛋白质的立体结构预测模型。
　　近日又有报道说，这一研究成果现在已经开始用于研究艾滋病病毒对药物产生抗药性的抗药机制。前不久，日本文部科学省还决定从2002年4月开始实施一项名为“蛋白质3000”的大型生命科学研究计划。它的实施目标是，争取在5年之内解析3000种蛋白质的结构与功能，并尽可能多地获得这项研究的专利。日本东京大学科学家加藤茂明最近发现了两种新的蛋白质复合体，这两种物质具有抑制乳腺癌细胞增殖的作用，因此可望被用于新型抗癌药物的开发。这两种蛋白质复合体分别被称为“trrap”和“gcn5”，它们是通过抑制细胞功能来抑制癌细胞增殖的，即它们能够阻碍蛋白质与细胞内被称为er的雌性激素受体结合，因而可以大幅度地抑制癌细胞的增殖。日本神奈川科学技术研究所还揭示出了与白血病有密切关系的“c－myb”和“c／ebpβ”这两种蛋白质的立体结构及其作用机制。日本横滨市立大学教授绪方一博士指出，这一发现不仅有助于查明正常细胞形成和癌细胞发生的机制，而且它将成为诊断和治疗癌症的新线索。蛋白质是脑细胞的主要成分之一，约占脑重量的35％，在人的记忆、语言、思维、神经传导等方面发挥着重要作用。日本大阪大学远山正弥教授最近发现，一种名为“ps2”的蛋白质能引发老年性痴呆症，这一发现为进一步开发出新的治疗老年性痴呆症药物提供了可能。
　　美国科学家新近研究发现，俗称早老性痴呆症的阿尔茨海默氏症有朝一日也许能通过验血得到早期发现和诊断。根据此前研究证实，在患者出现痴呆症状之前的10到20年，大脑中的贝塔－淀粉蛋白就开始积聚，当这些蛋白积聚到一定程度就会形成蚀斑。有理论认为，正是这些蚀斑损害了患者脑细胞，导致大脑功能衰退，并引发其他症状。美国国家卫生研究所和日本物理化学研究所的研究小组还发现了一种与大脑记忆有关且有控制食欲作用的蛋白质。这种被称作“蕈毒碱性受体”的蛋白质，除了具有减肥效果外，还有助于查明引起过食症的病理机制，进而为研究出治疗过食症的方法开辟了道路。研究人员山田对此指出：“如果开发出能够抑制这种蛋白质作用的药品，那么过食症就可以得到有效的治疗。”日本东京大学药学系新井洋由教授最近发现了能促进胆固醇合成的蛋白质“spf”。研究人员将制造spf的基因植入经过培养的肝细胞内，结果发现肝细胞内胆固醇的合成量升高了20倍以上。据认为，如果进一步开发出能抑制spf蛋白质制造胆固醇机能的药物，将给高血脂症患者带来福音。基因的主要功能是通过其表达产物———蛋白质来实现的，而蛋白质在合成之后，又具有它们相对独立的修饰、转运和相互间的作用能力，同时还具有对外界因素发生反应的能力。
　　日本现在已把人工合成蛋白质的研究作为政 . 府蛋白质科研计划的重要组成部分，日本的一些大学和机构在这方面的研究也不断有新成果问世。日本大阪大学中村敏一和松本邦夫两位教授最近成功地合成出能阻止癌细胞扩散的名为“nk4”的蛋白质。经过在动物体内试验证实，这种蛋白质对胰腺癌、肺癌、乳腺癌和胆囊癌四种癌症很有疗效。松本教授说，许多癌细胞都能攻击人体内分布很广的纤维母细胞，使之释放出肝细胞增殖因子（hgf）。这种因子与癌细胞表面的受体结合后，癌细胞就会向周围组织进行扩散。两位教授解析了肝细胞增殖因子的结构后合成出了“nk4”。试验结果表明，“nk4”能作用于癌细胞的受体，使之无法与肝细胞增殖因子结合，因而防止了癌细胞向正常组织扩散。日本角弘公司最近发表报告说，公司研究人员已经从大马哈鱼的鼻软骨中提取出了用途广泛的高纯度蛋白多糖。蛋白多糖是由蛋白质和葡萄糖胺聚糖构成，存在于动物的关节软骨中，起关节润滑剂的作用。研究人员将50条大马哈鱼的鼻软骨粉碎、脱脂、干燥，再去除骨胶原，结果从中提取出了约1.4克蛋白多糖。这种物质可用来制作治疗关节炎的药物和化妆品等。迄今为止，这种蛋白多糖是从鲨鱼和牛的软骨中提取的，市场售价每克约30万美元。据角弘公司说，用大马哈鱼的鼻软骨做原料，可把蛋白多糖的制作成本降低到原先的十分之一以下。
　　为了尽快研制出征服人类各种疑难病症的新药，美、欧、日等科技发达国家都在加紧这项新技术研究与开发。与此同时，世界各大生物技术公司也都在为研究开发蛋白质组投入大量资金。美国《科学》杂志说，今年世界上就将有可能出现以蛋白质为基础的新型药物靶标，可以说人类利用蛋白质药物来治疗疾病已经为期不远。
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作者：不详　内容来自：网络